立体化学 PPT讲稿.ppt

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1、立体化学 第1页，共103页，编辑于2022年，星期一 立体化学立体化学立体化学立体化学是研究分子中原子或基团在空间的排列状况，是研究分子中原子或基团在空间的排列状况，是研究分子中原子或基团在空间的排列状况，是研究分子中原子或基团在空间的排列状况，以及不同的排列对分子的物理、化学、生理性质所产生的以及不同的排列对分子的物理、化学、生理性质所产生的以及不同的排列对分子的物理、化学、生理性质所产生的以及不同的排列对分子的物理、化学、生理性质所产生的影响。影响。影响。影响。第2页，共103页，编辑于2022年，星期一异构现象：异构现象：第3页，共103页，编辑于2022年，星期一 立体化学起源于立体

2、化学起源于1848年，年，法国化学家法国化学家巴斯德巴斯德(Pasteur)将外将外消旋的酒石酸铵钠的结晶，分离成左旋体和右旋体，从而消旋的酒石酸铵钠的结晶，分离成左旋体和右旋体，从而发现了对映异构现象。发现了对映异构现象。立体化学是研究化合物分子在三维空间的立体形象与其物理立体化学是研究化合物分子在三维空间的立体形象与其物理性质，反应性能以及生理活性之间的关系的科学。性质，反应性能以及生理活性之间的关系的科学。立体化学已成为化学学科的一个重要分支，研究分子的立立体化学已成为化学学科的一个重要分支，研究分子的立体结构与性能之间的关系已成为化学的一项重要内容。体结构与性能之间的关系已成为化学的一

3、项重要内容。第4页，共103页，编辑于2022年，星期一n20世纪世纪50年代中期，反应停年代中期，反应停(沙利度胺，沙利度胺，Thalidomide)作为作为镇静剂，有减轻孕妇清晨呕吐的作用而被广泛应用。结果镇静剂，有减轻孕妇清晨呕吐的作用而被广泛应用。结果在欧洲导致在欧洲导致1.2万例胎儿致万例胎儿致 残，即海豹婴。于是残，即海豹婴。于是1961年该年该药从市场上撤消。后来发现沙利度胺药从市场上撤消。后来发现沙利度胺R型具有镇静作用，而型具有镇静作用，而S型却是致畸的罪魁祸首。研究人员进一步研究发现沙利型却是致畸的罪魁祸首。研究人员进一步研究发现沙利度胺任一异构体在体内都能转变为相应对映体

4、，因此无论度胺任一异构体在体内都能转变为相应对映体，因此无论是是S型还是型还是R型，作为药物都有致畸作用。型，作为药物都有致畸作用。反应停事件反应停事件:第5页，共103页，编辑于2022年，星期一(S)-thalidomide(R)-thalidomide反应停事件反应停事件第6页，共103页，编辑于2022年，星期一n1984年荷兰药理学家年荷兰药理学家Ariens极力极力提倡手性药物以单一对映体提倡手性药物以单一对映体上市上市，抨击以消旋体形式进行药理研究以及上市。他的一抨击以消旋体形式进行药理研究以及上市。他的一系列论述的发表，引起药物部门广泛的重视。系列论述的发表，引起药物部门广泛的

5、重视。n1992年，美国食品和医药管理局提出法规，申报手性药物时，年，美国食品和医药管理局提出法规，申报手性药物时，必须对不同对映体的作用叙述清楚。必须对不同对映体的作用叙述清楚。n2001年诺贝尔化学奖授予了年诺贝尔化学奖授予了3位美日科学家，表彰他们在位美日科学家，表彰他们在手性手性催化氢化反应和手性催化氧化催化氢化反应和手性催化氧化反应领域所做出的重大贡献。反应领域所做出的重大贡献。n目前，研究和发展新的手性技术，借此获得光学纯的手性药物，目前，研究和发展新的手性技术，借此获得光学纯的手性药物，已成为许多实验室和医药公司追求的目标。已成为许多实验室和医药公司追求的目标。第7页，共103页

6、，编辑于2022年，星期一构造：构造：分子中各原子间相互结合的顺序（连接顺序）分子中各原子间相互结合的顺序（连接顺序）构型：构型：原子或基团在空间的排列方式原子或基团在空间的排列方式 构构象象：具具有有一一定定构构型型的的分分子子由由于于单单键键旋旋转转使使分分子子内内的的原原子子或或原子团在空间产生不同的排列。原子团在空间产生不同的排列。问题：问题：二甲基环己烷有多少构造异构体？二甲基环己烷有多少构造异构体？1，3-二甲基环己烷是否存在构型异构体？二甲基环己烷是否存在构型异构体？其中顺式构型是否存在构象异构体？其中顺式构型是否存在构象异构体？第8页，共103页，编辑于2022年，星期一对映异

7、构体：对映异构体：互为镜象的两种构型异构体。互为镜象的两种构型异构体。手手性性：一一个个物物体体若若与与自自身身镜镜象象不不能能叠叠合合，具具有有手性。手性。不不能能与与镜镜象象叠叠合合的的分分子子叫叫手手性性分分子子；手手性性分分子都具有旋光性。子都具有旋光性。能与镜象叠合的分子叫非手性分子。能与镜象叠合的分子叫非手性分子。分分子子的的手手性性是是存存在在对对映映异异构构体体的的必必要要和和充充分分条件。条件。第9页，共103页，编辑于2022年，星期一2-1 对映异构对映异构 旋旋光光性性物物质质（光光活活性性物物质质）：能能使使偏偏振振光光旋转的物质。旋转的物质。光光学学活活性性的的物物

8、质质总总是是成成对对出出现现，一一个个左左旋旋，一个右旋，互为对映体；一个右旋，互为对映体；第10页，共103页，编辑于2022年，星期一判断分子具有手性的充分必要条件：判断分子具有手性的充分必要条件：分分子子既既没没有有对对称称面面，没没有有对对称称中中心心，也也没没有有四四重重交交替替对对称称轴轴。一一般般情情况况下下，只只要要分分子子中中既既没没有有对对称称面面也没有对称中心，即可判断它是手性分子。也没有对称中心，即可判断它是手性分子。手性分子的几种情况：手性分子的几种情况：分分子子含含有有手手性性中中心心即即不不对对称称碳碳原原子子（连连接接四四个个不不同同取取代代基的碳原子）基的碳原

9、子）非非碳碳手手性性中中心心（Si,N,S,P As以以及及B等等）；非非碳碳原原子子所所形形成成的的不不对对称称四四面面体体（或或三三角角锥锥体体）化化合合物物也也有有对对映映异异构构现象。现象。一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性第11页，共103页，编辑于2022年，星期一（3）手性膦、手性氮与手性砜类化合物）手性膦、手性氮与手性砜类化合物一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性第12页，共103页，编辑于2022年，星期一（4）含手性轴的化合物：）含手性轴的化合物：分子的轴上原子不是对分子的轴上原子不是对称的被取代，而使分子具有手性。称的被取代，而使分子具有手性。一

10、、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性第13页，共103页，编辑于2022年，星期一a.丙二烯衍生物丙二烯衍生物（具手性轴）（具手性轴）b.联芳基型化合物（具手性轴）联芳基型化合物（具手性轴）一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性第14页，共103页，编辑于2022年，星期一联苯型联苯型丙二烯型丙二烯型一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性第15页，共103页，编辑于2022年，星期一（5 5）手性面分子手性面分子（分子中无手性中心，无（分子中无手性中心，无手性轴）手性轴）取代对苯二酚双环醚衍生物。取代对苯二酚双环醚衍生物。一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素

11、和手性第16页，共103页，编辑于2022年，星期一一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性第17页，共103页，编辑于2022年，星期一下列哪些化合物为手性分子下列哪些化合物为手性分子 含手性轴，手性分子含手性轴，手性分子非手性分子非手性分子非手性分子非手性分子判断下列分子是否有手性：判断下列分子是否有手性：第18页，共103页，编辑于2022年，星期一手性分子的生物作用手性分子的生物作用 手性分子的立体结构与受体的立体结构手性分子的立体结构与受体的立体结构(受体靶受体靶位有互补关系时，其活性部位才能进入受体的靶位，位有互补关系时，其活性部位才能进入受体的靶位，产生应有的生理作用。而

12、一对对映体只有其中一个适产生应有的生理作用。而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理活性。合进入一个特定受体靶位，产生生理活性。第19页，共103页，编辑于2022年，星期一手性分子与手性生物受体之间的相互作用手性分子与手性生物受体之间的相互作用 第20页，共103页，编辑于2022年，星期一例如：例如：(+)-多巴多巴（无生理效应）（无生理效应）(-)-多巴多巴（抗帕金森病）（抗帕金森病）第21页，共103页，编辑于2022年，星期一你认为下列阐述中哪些是正确的？哪些是错误的你认为下列阐述中哪些是正确的？哪些是错误的？为什么？为什么？n一对对映体总有实物与镜影关系。一对对映

13、体总有实物与镜影关系。n所有手性分子都有非对映体。所有手性分子都有非对映体。n所有具有手性碳的化合物都是手性分子。具有所有具有手性碳的化合物都是手性分子。具有R构型的手性化合物必定有右旋的旋光方向。构型的手性化合物必定有右旋的旋光方向。n如果一个化合物没有对称面，它必然是手性如果一个化合物没有对称面，它必然是手性的。的。第22页，共103页，编辑于2022年，星期一两个圆偏振光重叠所产生的平面偏振光两个圆偏振光重叠所产生的平面偏振光二、旋光性和手性的关系二、旋光性和手性的关系第23页，共103页，编辑于2022年，星期一 例如，一束平面偏振光在例如，一束平面偏振光在右旋光活性右旋光活性的物质中

14、的物质中传播，其传播，其右旋圆偏振光右旋圆偏振光比左旋圆偏振光传播的速度快，比左旋圆偏振光传播的速度快，于是在通过这种物质之后，透射出来的两种圆偏振光于是在通过这种物质之后，透射出来的两种圆偏振光重新组合成的平面偏振光的偏振面就向右旋转了一个重新组合成的平面偏振光的偏振面就向右旋转了一个角度。角度。二、旋光性和手性的关系二、旋光性和手性的关系第24页，共103页，编辑于2022年，星期一 当偏振光通过一个当偏振光通过一个分子对称的介质分子对称的介质时，两种圆偏振光受到时，两种圆偏振光受到分子的作用相同，以相同的速度通过这种介质，偏振光原来的分子的作用相同，以相同的速度通过这种介质，偏振光原来的

15、偏振面不变，即对称分子无旋光活性。如果偏振光通过由偏振面不变，即对称分子无旋光活性。如果偏振光通过由手性手性分子分子组成的介质，则右旋圆偏振光从右边接近分子，左旋组成的介质，则右旋圆偏振光从右边接近分子，左旋圆偏振光从左边接近分子，圆偏振光从左边接近分子，由于分子的不对称性，这两种由于分子的不对称性，这两种圆偏振光所遇到的基团不同，不同基团的极化度不相同，圆偏振光所遇到的基团不同，不同基团的极化度不相同，所以两种圆偏振光的折射率不同，即两种圆偏振光经过所以两种圆偏振光的折射率不同，即两种圆偏振光经过手性分子时所手性分子时所遇到的阻力不同，从而使二者传播的速度不遇到的阻力不同，从而使二者传播的速

16、度不同。同。二、旋光性和手性的关系二、旋光性和手性的关系第25页，共103页，编辑于2022年，星期一三、外消旋体三、外消旋体 外消旋体（外消旋体（racemic mixture 或或racemate）：）：一对对映体的等量混合物，常用（一对对映体的等量混合物，常用（）或）或dl表示。表示。n外消旋体是否显旋光性？为什么外消旋体是否显旋光性？为什么？不显旋光性。因为对映体间旋光角度相不显旋光性。因为对映体间旋光角度相 等，而其方向相反，正好相互抵消。等，而其方向相反，正好相互抵消。第26页，共103页，编辑于2022年，星期一 (a)(b)(c)(d)对映体对映体 对映体对映体 (a)与与(c

17、)或或(d)、(b)与与(c)或或(d)间彼此不成镜像关系的立体异构体间彼此不成镜像关系的立体异构体称称非对映体非对映体。四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体第27页，共103页，编辑于2022年，星期一(a)(b)(c)(d)含对称面，对位交叉式构象含对称中心。是非手性分子，含对称面，对位交叉式构象含对称中心。是非手性分子，称称内消旋体。内消旋体。对映体对映体 相同相同 内消旋体内消旋体四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体第28页，共103页，编辑于2022年，星期一赤式和苏式：赤式和苏式：赤式：赤式：两个取代基在同侧。两个取代基在同侧。苏式：苏式：两个取代基在不同侧。两个取

18、代基在不同侧。如：如：Erythro(赤式赤式)threo(苏式苏式)四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体第29页，共103页，编辑于2022年，星期一酒石酸立体异构体的物理性质酒石酸立体异构体的物理性质 熔点（熔点（）溶解度（溶解度（g）()酒石酸酒石酸()酒石酸酒石酸内消旋酒石酸内消旋酒石酸()酒石酸酒石酸170170140206139.0139.0125.020.0-12+12 0 0 20D四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体第30页，共103页，编辑于2022年，星期一外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光必然为零。外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光必然为零。（i

19、）外消旋混合物）外消旋混合物（ii）外消旋化合物）外消旋化合物（iii）固体溶液）固体溶液外消旋化合物：外消旋化合物：左旋体与右旋体分子之间有较大亲和力，两种分子在左旋体与右旋体分子之间有较大亲和力，两种分子在晶胞晶胞中配对，形成计量学中配对，形成计量学上的化合物晶体。它们熔点多数高于纯旋光体，溶解度则低于纯旋光体。上的化合物晶体。它们熔点多数高于纯旋光体，溶解度则低于纯旋光体。外消旋混合物：外消旋混合物：纯旋光体之间的亲和力更大，左旋体与右旋体分别形成晶体。纯旋光体之间的亲和力更大，左旋体与右旋体分别形成晶体。它们熔点通常低于纯旋光体，溶解度则高于纯旋光体。它们熔点通常低于纯旋光体，溶解度则

20、高于纯旋光体。外消旋固体溶液外消旋固体溶液:纯旋光体之间，与对映体之间的亲和力比较接近，两种构型纯旋光体之间，与对映体之间的亲和力比较接近，两种构型分子排列混乱。熔点、溶解度和纯旋光体比较接近。分子排列混乱。熔点、溶解度和纯旋光体比较接近。四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体第31页，共103页，编辑于2022年，星期一2，3，4-三氯戊烷：三氯戊烷：四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体第32页，共103页，编辑于2022年，星期一假手性碳原子：假手性碳原子：四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体第33页，共103页，编辑于2022年，星期一（一）潜手性中心（一）潜手性中

21、心 非手性分子非手性分子CXCX2 2Y Y2 2 如如 CHCH3 3CHCH2 2CHCH3 3C-2C-2上上的的两两个个H H地地位位相相等等,（立立体体化化学学环环境境相相同同）等等位位（homotopichomotopic）关系。）关系。五、潜手性关系五、潜手性关系第34页，共103页，编辑于2022年，星期一另一非手性分子如丙酸：另一非手性分子如丙酸：C-2的两个的两个H地位并不相等。象地位并不相等。象CX2YZ分子中的碳原子分子中的碳原子被称为被称为潜手性中心潜手性中心(prochiral center)；分子中的；分子中的X被被不同于不同于X,Y,Z的基团取代后形成的对映体时

22、，两个基团的基团取代后形成的对映体时，两个基团(X)称为对映异位基团；两个基团的这一关系称为称为对映异位基团；两个基团的这一关系称为对映对映异位关系。异位关系。(R)(S)五、潜手性关系五、潜手性关系第35页，共103页，编辑于2022年，星期一 前（潜）手性碳和前（潜）手性氢前（潜）手性碳和前（潜）手性氢n被取代后，成为手性碳被取代后，成为手性碳 pro-C pro-Cn被被D D代后，得代后，得S-S-构型构型HHs sn被被D D代后，得代后，得R-R-构型构型HHR R五、潜手性关系五、潜手性关系第36页，共103页，编辑于2022年，星期一 具具有有对对称称面面的的不不饱饱和和键键经

23、经过过加加成成得得到到一一对对对对映映体体，可说明另一种潜手性关系，即可说明另一种潜手性关系，即 Prochiral face.如苯乙酮加氢得到外消旋产物如苯乙酮加氢得到外消旋产物-苯乙醇。苯乙醇。（二）潜手性面（二）潜手性面(prochiral face)第37页，共103页，编辑于2022年，星期一 从从左左侧侧看看，OCH的的顺顺序序，其其转转向向是是顺顺时时针针的的，称为称为R面；从右侧看，称为面；从右侧看，称为S面。面。R面面与与S面面，对对映映异异构构关关系系，称称为为对对映映异异位位面面；特特殊试剂可辨认。殊试剂可辨认。Eg.五、潜手性关系五、潜手性关系第38页，共103页，编辑

24、于2022年，星期一六、对映异构体的合成及化学六、对映异构体的合成及化学（一）手性中心的产生（一）手性中心的产生非手性分子转化成手性分子非手性分子转化成手性分子 如如：正正丁丁烷烷的的氯氯代代，控控制制条条件件可可得得到到主主要要产产物物2-2-氯氯丁丁烷烷，该该分分子子存存在在手手性性碳碳，但但产产物物不不旋旋光光。为为什什么？么？因因为为得得到到的的是是等等量量的的左左旋旋体体和和右右旋旋体体的的混混合合物物外外消旋体消旋体。第39页，共103页，编辑于2022年，星期一为什么会形成外消旋体？为什么会形成外消旋体？n正丁烷的氯代历程中，产生仲丁基自由基正丁烷的氯代历程中，产生仲丁基自由基中

25、间体中间体平面构型平面构型氯从平面上下方进氯从平面上下方进攻机会均等。攻机会均等。六、对映异构体的合成及化学六、对映异构体的合成及化学第40页，共103页，编辑于2022年，星期一（二）外消旋化（二）外消旋化(racemization):旋光物质转变为旋光物质转变为不旋光的外消旋体的过程不旋光的外消旋体的过程.(1)长期放置，如长期放置，如R-3-苯基苯基-2-丁酮在酸或碱的乙醇丁酮在酸或碱的乙醇水溶液中，通过烯醇化引起消旋化。水溶液中，通过烯醇化引起消旋化。(2)由于反应过程中产生碳正离子而消旋化，如：由于反应过程中产生碳正离子而消旋化，如：六、对映异构体的合成及化学六、对映异构体的合成及化

26、学第41页，共103页，编辑于2022年，星期一（三）外消旋体的拆分三）外消旋体的拆分 n1.接种结晶法接种结晶法 如谷氨酸的的拆分。如谷氨酸的的拆分。n2.生物化学法生物化学法 利用微生物或酶在外消旋体的稀溶液中生长利用微生物或酶在外消旋体的稀溶液中生长时，优先破坏其中一种对映体的方法。时，优先破坏其中一种对映体的方法。n3.手性色谱法手性色谱法 用手性的化合物如淀粉、蔗糖粉、乳糖粉等作用手性的化合物如淀粉、蔗糖粉、乳糖粉等作为吸附剂。如为吸附剂。如DL丙氨酸的拆分，淀粉为吸附剂，水作洗丙氨酸的拆分，淀粉为吸附剂，水作洗脱剂，左旋体先被洗脱。脱剂，左旋体先被洗脱。n4.化学法化学法 基于非对

27、映体的物理性质的差别，设法制成非对基于非对映体的物理性质的差别，设法制成非对映体。用常规分离手段分开，再经一定方法处理使其转换回映体。用常规分离手段分开，再经一定方法处理使其转换回原来的对映体。原来的对映体。n拆分试剂：人工合成的；天然产物。光学纯度拆分试剂：人工合成的；天然产物。光学纯度100%。n5.形成分子包和物形成分子包和物第42页，共103页，编辑于2022年，星期一例：化学法拆分外消旋酸例：化学法拆分外消旋酸（三）外消旋体的拆分三）外消旋体的拆分第43页，共103页，编辑于2022年，星期一外消旋体的拆分实例：外消旋体的拆分实例：（三）外消旋体的拆分三）外消旋体的拆分第44页，共1

28、03页，编辑于2022年，星期一（四）对映体与手性试剂及非手性试剂的反应（四）对映体与手性试剂及非手性试剂的反应n一对对映体与非手性试剂反应时，反应速一对对映体与非手性试剂反应时，反应速度完全相等。因过渡态也呈对映关系。度完全相等。因过渡态也呈对映关系。n如：如：第45页，共103页，编辑于2022年，星期一当与手性试剂反应时，反应速度不相等。当与手性试剂反应时，反应速度不相等。（四）对映体与手性试剂及非手性试剂的反应（四）对映体与手性试剂及非手性试剂的反应第46页，共103页，编辑于2022年，星期一（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学n1.不断裂与手性碳相连的键

29、不断裂与手性碳相连的键n例如：第47页，共103页，编辑于2022年，星期一未产生新的手性碳，原手性碳构型不变，但未产生新的手性碳，原手性碳构型不变，但构型符号可能改变。构型符号可能改变。S1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键第48页，共103页，编辑于2022年，星期一不产生新的手性碳，产物与反应物相比，产不产生新的手性碳，产物与反应物相比，产物的旋光纯度也与反应物相同。物的旋光纯度也与反应物相同。例如：用氯化氢处理具有例如：用氯化氢处理具有100%光学纯度的光学纯度的S-2-甲甲基基-1-丁醇（丁醇（比旋光度为比旋光度为:-5.756）得到的）得到的1-氯氯-2-甲基丁烷也应是

30、旋光纯的（比旋光度甲基丁烷也应是旋光纯的（比旋光度:+1.64 ）。）。1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键第49页，共103页，编辑于2022年，星期一产生新的手性碳，产物为一对非对映体，且产生新的手性碳，产物为一对非对映体，且是是不等量不等量的。的。为什么？为什么？1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键第50页，共103页，编辑于2022年，星期一从从中间体构象的稳定性来考察中间体构象的稳定性来考察:S-2-氯丁烷的氯丁烷的 C3 氯氯代时两种较稳定的构象代时两种较稳定的构象1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键第51页，共103页，编辑于2022年，星期一

31、71%29%1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键第52页，共103页，编辑于2022年，星期一2.断裂与手性碳所连的键，随反应机理的不同断裂与手性碳所连的键，随反应机理的不同而不同。可有三种情况：而不同。可有三种情况：n构型保持；构型保持；n构型翻转；构型翻转；n外消旋化。外消旋化。（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学第53页，共103页，编辑于2022年，星期一立体化学的结果为反应机理提供有力的证据。如烷烃的立体化学的结果为反应机理提供有力的证据。如烷烃的卤代：卤代：n链增长两种可能链增长两种可能：（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中

32、的立体化学第54页，共103页，编辑于2022年，星期一如何确定正误呢？关键考察如何确定正误呢？关键考察是否有烷基自由基是否有烷基自由基产生。产生。n使用手性分子，若手性碳上的氢被取代，生成的使用手性分子，若手性碳上的氢被取代，生成的产物若为产物若为外消旋体外消旋体，则可证实则可证实产生了烷基自由基。产生了烷基自由基。如：如：（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学第55页，共103页，编辑于2022年，星期一（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学第56页，共103页，编辑于2022年，星期一2-2 2-2 顺反异构顺反异构一、由双键引起的顺反

33、异构一、由双键引起的顺反异构（一）含（一）含C=C的化合物的化合物第57页，共103页，编辑于2022年，星期一 顺顺反命名：当反命名：当W=Y时，时，(A)为顺式，为顺式，(B)为反式。为反式。Z-E命名：基团按次序规则排列大小。两个优先（大）命名：基团按次序规则排列大小。两个优先（大）基团处于双键同侧，为基团处于双键同侧，为Z式；反之为式；反之为E式。式。（一）含（一）含C=C的化合物的化合物第58页，共103页，编辑于2022年，星期一B.顺反异构体数目：顺反异构体数目：N=2n(n为双键数为双键数)C.性质：性质：原因原因：稳定性稳定性:顺式顺式反式反式 顺式偶极矩大，分子间引力也大顺

34、式偶极矩大，分子间引力也大 密密 度度:顺式顺式反式反式 同上同上 折射率折射率:顺式顺式反式反式 同上同上 熔熔 点点：顺顺式式反式反式 同上同上 加热加热 顺式顺式反式反式（一）含（一）含C=C的化合物的化合物第59页，共103页，编辑于2022年，星期一（二）含（二）含C=N和和N=N的化合物的化合物 键不能旋转，产生顺反异构。键不能旋转，产生顺反异构。命名：命名：1.对于肟对于肟(=C=N-OH)、腙、腙(=C=N-NH2)和其它化合物，和其它化合物，若若W=Y，则，则(A)为顺式，为顺式，(B)为反式。为反式。2Z-E法：氮上的未共用电子对在顺序规则中位于法：氮上的未共用电子对在顺序

35、规则中位于H之后。之后。3偶氮化合物偶氮化合物(C)总是顺式或总是顺式或Z型；型；(D)则是反式或则是反式或E型。型。一、由双键引起的顺反异构一、由双键引起的顺反异构第60页，共103页，编辑于2022年，星期一二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构 环环中中的的键键不不能能自自由由旋旋转转，产产生生顺顺反反异异构构；也也可可能能出出现现对对映映异构体。异构体。对映体对映体 内消旋体内消旋体 反式异构体反式异构体 顺式异构体顺式异构体 顺式顺式 反式反式一、由双键引起的顺反异构一、由双键引起的顺反异构第61页，共103页，编辑于2022年，星期一 两两个个相相同同的的环环在在相相邻邻

36、原原子子间间并并联联的的稠稠环环化化合合物物，有有顺顺反反异构，无对映异构。异构，无对映异构。eg.十氢化萘十氢化萘 二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构第62页，共103页，编辑于2022年，星期一按稠合处两个氢原子的空间情况不同，有顺式和反式两种异构体。按稠合处两个氢原子的空间情况不同，有顺式和反式两种异构体。在反式十氢萘中，两个环己烷是以在反式十氢萘中，两个环己烷是以ee键稠合键稠合，它是一个刚性分子，它是一个刚性分子，不能转换成不能转换成aa键稠合的十氢萘形式。键稠合的十氢萘形式。而在顺式十氢萘中两个环己烷是以而在顺式十氢萘中两个环己烷是以ea键稠合的键稠合的，它可转换为，

37、它可转换为ae键键稠合的构象。稠合的构象。如下图：如下图：顺顺-十氢萘的构象对映体十氢萘的构象对映体二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构第63页，共103页，编辑于2022年，星期一两种十氢萘的稳定性不同，反式的比顺式的稳定。两种十氢萘的稳定性不同，反式的比顺式的稳定。主要是由于反式主要是由于反式十氢萘分子结构较为平展，而顺式十氢萘分子中在十氢萘分子结构较为平展，而顺式十氢萘分子中在C3、C4、C5、C7位上位上a键的氢原子彼此靠得较近，存在相互排斥作用，内能较高键的氢原子彼此靠得较近，存在相互排斥作用，内能较高而表现出相对的不稳定。如图。而表现出相对的不稳定。如图。二、脂环化合物

38、的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构第64页，共103页，编辑于2022年，星期一 两两个个不不同同的的环环并并联联时时，有有顺顺反反异异构构体体，也有对映异构体。也有对映异构体。二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构第65页，共103页，编辑于2022年，星期一一、立体选择反应一、立体选择反应（stereoselective reaction）定定义义：同同一一反反应应物物能能够够生生成成两两种种以以上上的的立立体体异异构构物物时时，其中一异构体或对映体生成较多的反应。其中一异构体或对映体生成较多的反应。一般为反式消除一般为反式消除60%20%20%2-3 反应过程中的立体化学反应过

39、程中的立体化学第66页，共103页，编辑于2022年，星期一2-碘丁烷的消除反应：碘丁烷的消除反应：较稳定的构象得到较较稳定的构象得到较多的消除产物。多的消除产物。2-3 反应过程中的立体化学反应过程中的立体化学第67页，共103页，编辑于2022年，星期一如如4-叔丁基的还原反应，为典型的高度立体选择性叔丁基的还原反应，为典型的高度立体选择性试剂的体积较小，以稳定的产物为主试剂的体积较小，以稳定的产物为主试剂的体积较大，以优先进攻空阻较小的方位。试剂的体积较大，以优先进攻空阻较小的方位。2-3 反应过程中的立体化学反应过程中的立体化学第68页，共103页，编辑于2022年，星期一二、立体专一

40、反应二、立体专一反应(stereospecific reaction)定定义义：一一定定立立体体异异构构的的原原料料在在某某种种条条件件下下只只取取得得一一定定构型产物的反应。构型产物的反应。eg.2-3 反应过程中的立体化学反应过程中的立体化学第69页，共103页，编辑于2022年，星期一二、立体专一反应二、立体专一反应第70页，共103页，编辑于2022年，星期一二、立体专一反应二、立体专一反应第71页，共103页，编辑于2022年，星期一符合事实的机理：符合事实的机理：反式加成（反式加成（antiaddition）二、立体专一反应二、立体专一反应第72页，共103页，编辑于2022年，星

41、期一二、立体专一反应二、立体专一反应第73页，共103页，编辑于2022年，星期一二、立体专一反应二、立体专一反应第74页，共103页，编辑于2022年，星期一立体选择性反应和立体专一性反应立体选择性反应和立体专一性反应n如如果果一一个个反反应应中中，有有可可能能生生成成几几种种立立体体异异构构体体，但但实实际际上上，只只得得到到或或主主要要得得到到其其中中一一个个立立体体异异构构体体或或一一对对对对映映体体，这这样样的的反反应应，称称为为立立体体选选择择性性反应（反应（stereoselective reaction）。）。n由由立立体体构构型型不不同同的的反反应应物物（顺顺-2-丁丁烯烯和

42、和反反-2-丁丁烯烯）产产生生立立体体构构型型不不同同的的产产物物（外外消消旋旋体体和和内内消消旋旋体体）的的反反应应，称称为为立立体体专专一一性性反反应应（stereospecific reaction）第75页，共103页，编辑于2022年，星期一 所有的立体专一性反应都是立体选择性的，但反过所有的立体专一性反应都是立体选择性的，但反过来就不对了，如对甲苯磺酸的消除反应：来就不对了，如对甲苯磺酸的消除反应：第76页，共103页，编辑于2022年，星期一利用立体选择反应可有效地合成某一光学异构体。利用立体选择反应可有效地合成某一光学异构体。其有效程度用对映体过量百分数（其有效程度用对映体过量

43、百分数（e.e enantiomeric excess）来衡量。）来衡量。2-4 不对称合成（不对称合成（Asymmetric synthesis）第77页，共103页，编辑于2022年，星期一光学纯度光学纯度:手性产物的比旋光度除以该纯净物质的比旋光手性产物的比旋光度除以该纯净物质的比旋光度称为手性产物的光学纯度。度称为手性产物的光学纯度。若旋光度与对映体的组成成正比，若旋光度与对映体的组成成正比，则光学纯度与对映体则光学纯度与对映体过量百分数相等（大致，不够准确）。过量百分数相等（大致，不够准确）。手性气相和液相及手性气相和液相及NMR法更好。法更好。对称合成方法有许多种，常用的一种是先在

44、非手性原料对称合成方法有许多种，常用的一种是先在非手性原料中引进一个手性基团，然后再进一步反应，与试剂发生中引进一个手性基团，然后再进一步反应，与试剂发生反应的官能团由于受到手性基团的影响，反应的官能团由于受到手性基团的影响，就有可能对两就有可能对两种立体选择中的某一方向更有利。种立体选择中的某一方向更有利。如乳酸的制备方法：如乳酸的制备方法：2-4 不对称合成不对称合成第78页，共103页，编辑于2022年，星期一如乳酸的制备：如乳酸的制备：外消旋体外消旋体2-4 不对称合成不对称合成第79页，共103页，编辑于2022年，星期一为什么（为什么（-）的乳酸过量？）的乳酸过量？PrelogPr

45、elog从分子构象分析进行解从分子构象分析进行解释：释：假定能谷的构象体中两个羰基共平面且处于反位。假定能谷的构象体中两个羰基共平面且处于反位。首先将（首先将（-）薄荷醇的结构用简式代表：）薄荷醇的结构用简式代表：SMLC*OHSMLC*OH，即：，即：2-4 不对称合成不对称合成第80页，共103页，编辑于2022年，星期一丙酮酸（丙酮酸（-）薄荷酯相对稳定的构象体可用透视）薄荷酯相对稳定的构象体可用透视式表示：式表示：因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方进攻因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方进攻有利。有利。2-4 不对称合成不对称合成第81页，共103页，编辑于2022年，星期一

46、因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方进攻有利。进攻有利。Prelog规律：规律：应用类似（应用类似（-）薄荷醇空间构型的）薄荷醇空间构型的试剂为光活性辅助试剂时，其试剂为光活性辅助试剂时，其-酮酸酯的主要酮酸酯的主要还原产物为还原产物为R构型。构型。2-4 不对称合成不对称合成第82页，共103页，编辑于2022年，星期一不对称催化反应（不对称催化反应（chiral catalysis）：）：少量催化剂与反应底物或试剂形成高反应活性的中间体少量催化剂与反应底物或试剂形成高反应活性的中间体催化剂作为手性模板控制反应物的对称面，经不对称反应催化剂作为手性

47、模板控制反应物的对称面，经不对称反应得到新的手性产物，而催化剂在反应中循环使用，达到手得到新的手性产物，而催化剂在反应中循环使用，达到手性增殖或手性放大作用。性增殖或手性放大作用。目前手性技术在工业中得到广泛应用，如不对称催化目前手性技术在工业中得到广泛应用，如不对称催化氢化，不对称催化环丙烷化，不对称催化羰基化等。氢化，不对称催化环丙烷化，不对称催化羰基化等。2-4 不对称合成不对称合成第83页，共103页，编辑于2022年，星期一如美国孟山都公司在如美国孟山都公司在20世纪世纪70年代成功地用不对称年代成功地用不对称催化氢化合成了治疗帕金森病的药物多巴。催化氢化合成了治疗帕金森病的药物多巴

48、。S-构型2-4 不对称合成不对称合成第84页，共103页，编辑于2022年，星期一（S）-萘普生（萘普生（S-Naproxen）ee值达值达96%非甾体抗炎镇痛的药物非甾体抗炎镇痛的药物20世纪世纪80年代年代，一种非甾体抗炎镇痛的新药一种非甾体抗炎镇痛的新药（S）-萘普生萘普生（S-Naproxen）走向市场，年销售额达）走向市场，年销售额达10亿美元。亿美元。2-4 不对称合成不对称合成第85页，共103页，编辑于2022年，星期一 2-5 构象和构象分析构象和构象分析 构构象象：由由单单键键旋旋转转所所形形成成的的分分子子中中基基团团在在空空间间不不同同排列的立体形象。排列的立体形象。

49、一、空间张力（一、空间张力（steric strain）用空间能反映空间能力；用空间能反映空间能力；Es Es=E()+E()+E(r)+E(d)第86页，共103页，编辑于2022年，星期一 E()：键键角角张张力力：表表示示键键角角偏偏离离正正常常键键角角（109.50）所所产生的能量变化，其大小与键角偏离值产生的能量变化，其大小与键角偏离值的平方成正比；的平方成正比；E()：扭转张力：扭转张力：连接于相邻原子上的非键基团所处的连接于相邻原子上的非键基团所处的空间向位，相对于对位交叉构象的空间向位所产生的能量空间向位，相对于对位交叉构象的空间向位所产生的能量变化，重叠式构象时，扭转张力最大

50、。它是由空间电子效变化，重叠式构象时，扭转张力最大。它是由空间电子效应所引起的。应所引起的。2-5 构象和构象分析构象和构象分析第87页，共103页，编辑于2022年，星期一 E E(r)(r)：拉拉伸伸张张力力：表表示示键键长长偏偏离离正正常常键键长长的的能能量量变变化化，其大小与键长偏离值其大小与键长偏离值r r的平方成正比。的平方成正比。E E(d)(d)：非非键键张张力力：表表示示不不成成键键的的基基团团之之间间的的吸吸引引力力和和排排斥斥力力，它它包包括括范范德德华华力力，偶偶极极（电电荷荷）作作用用力力，氢氢键键作作用用力力等。等。在在多多数数情情况况下下，非非键键张张力力常常常常