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1、第2章 立体化学原理第1页，共48页，编辑于2022年，星期一2主要内容：主要内容：2.1 手性的意义 2.2 一些基本概念 2.3 对称性与分子结构 2.4 旋光化合物的分类 2.5 含两个及多个手性碳原子的化合物 2.6 构型保持与构型反转 2.7 外消旋化 2.8 外消旋体的拆分 2.9 立体专一反应和立体选择反应 2.10 潜手性分子 2.11 不对称合成 2.12 构象分析第2页，共48页，编辑于2022年，星期一332.1 2.1 手性的意义手性的意义1874年，J.H.vant Hoff和J.A.Le Bel提出原子的三维取向问题，标志着立体化学的诞生。第3页，共48页，编辑于2
2、022年，星期一44蛋白质的组成部分氨基酸都是L-型的，构成纤维素/淀粉的糖都是D-型的。海螺的螺纹和缠绕植物几乎都是右旋的。第4页，共48页，编辑于2022年，星期一55（S)-天冬氨酸，苦味（R)-天冬氨酸，甜味(-)-benzopyryldiol，强致癌性(+)-benzopyryldiol，无致癌性沙利度胺（反应停）第5页，共48页，编辑于2022年，星期一6 6R 止吐S 致畸第6页，共48页，编辑于2022年，星期一77近年来,世界手性药物的销售总额在不断增加，据资料统计,1995年为425亿美元，1997年为 900亿美元，2000年已超过1200亿美元，2010年可望超过250
3、0亿美元。美国食品与药品管理局（FDA）规定，制药业在将一个外消旋的新药推向市场之前，必须它的两个对映异构体的活性和毒性都分别经过测试。第7页，共48页，编辑于2022年，星期一88for their work on chirally catalysed hydrogenation reactions for his work on chirally catalysed oxidation reactions The Nobel Prize in Chemistry 2001W.S.KnowlesR.NoyoriK.B.Sharpless第8页，共48页，编辑于2022年，星期一99Synth
4、esis of L-DOPA:(S)-BINAP(R)-BINAP第9页，共48页，编辑于2022年，星期一1010Sharpless Asymmetric Epoxidation:Sharpless Asymmetric Dihydroxylation:第10页，共48页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 一些基本概念一些基本概念2.2.1 2.2.1 顺序规则顺序规则1、将单原子取代基按原子序数大小排列，原子序数大的顺序大，原子序数小的顺序小。在同位素中质量高的顺序大。2、如果两个多原子基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其 它原子，比较时，按原子序数排列，先比较最大的，再顺序比
5、较居中的、最小的。3、含有双键或三键的基团，可认为连有两个或三个相同的原子。11第11页，共48页，编辑于2022年，星期一构造构造是指某个分子式中键的特定结合方式和原子的顺序。构型构型是指分子内原子与原子团在空间“固定”的排列关系。构象构象是指具有一定构型的分子由于单键的旋转或扭曲使分子内原子或原子团在空间产生不同的排列现象。2.2.2 2.2.2 构造、构型与构象构造、构型与构象12第12页，共48页，编辑于2022年，星期一2.2.3 2.2.3 构型表示法构型表示法1、楔形式2、锯架式13第13页，共48页，编辑于2022年，星期一4、Fischer投影式3、纽曼(Newman)式14
6、第14页，共48页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 对称性与分子结构对称性与分子结构对称轴对称轴(Cn)：绕该轴旋转360o/n，重复出现原化合物，则相应的称之为n重对称轴。对称面对称面()：如果一个分子相对于某平面左右对称，该平面就是分子的对称面。对称中心对称中心(i)：若分子中有一点“i”,分子中任何一个原子或基团向i连线，在其延长线的等距离处都能与相同原子或基团相遇，则i点是该分子的对称中心。15第15页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 旋光化合物的分类旋光化合物的分类(1)有手性碳原子的化合物(2)含有其它手性原子的化合物16第16页，共48页，编辑于2022
7、年，星期一(3)含有三价的手性原子的化合物(4)含手性轴的化合物(5)其它类型17第17页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 含两个及多个手性碳原子的化合物含两个及多个手性碳原子的化合物D-(-)-赤藓糖 (2R,3R)L-(+)-赤藓糖 (2S,3S)L-(+)-苏阿糖 (2R,3S)D-(-)-苏阿糖 (2S,3R)内消旋18第18页，共48页，编辑于2022年，星期一2.6 2.6 构型保持与构型反转构型保持与构型反转一个分子转变为另一个具有相同构型的分子，称为构型保持构型保持(retention of configuration)。一个分子的构型转变成另一个具有相反构型
8、的分子，称为构型反转构型反转(invension of configuration)。19第19页，共48页，编辑于2022年，星期一2.7 2.7 外消旋化外消旋化旋光物质转变为无旋光性的物质的过程，称为外消旋化外消旋化(racemization)。外消旋化原因：(1)长期放置；(2)物理或化学因素1、反应过程中发生烯醇化2、反应过程中产生碳正离子3、反应过程中产生自由基20第20页，共48页，编辑于2022年，星期一2.8 2.8 外消旋体的拆分外消旋体的拆分将不旋光的外消旋体的两个对映体分离成左旋体和右旋体两个组分，称为外消旋体的拆分外消旋体的拆分(resolution)。1、接种结晶法
9、2、生物化学法3、手性色谱拆分法脂酶21第21页，共48页，编辑于2022年，星期一4、化学法22第22页，共48页，编辑于2022年，星期一232.9 2.9 立体专一反应和立体选择反应立体专一反应和立体选择反应2.9.1 2.9.1 立体专一反应立体专一反应立体专一反应立体专一反应(Stereospecific Reaction)是指在相同的反应条件下，由立体异构的起始物得出立体异构的不同产物。第23页，共48页，编辑于2022年，星期一242.9.2 2.9.2 立体选择反应立体选择反应立体选择反应立体选择反应(Stereoselective Reaction)是指在特定反应中，单一一种
10、反应物能够生成两种或更多种立体异构产物，但观察到的是其中一种异构体的形成占优势。第24页，共48页，编辑于2022年，星期一252.10 2.10 潜手性分子潜手性分子一个对称的非手性分子，经过一个基团被取代失去其对称性而成为一个非对称性的手性分子，这个分子即称为“潜手性分子潜手性分子”。发生反应的对称碳原子，则是“潜手性碳原子潜手性碳原子”。第25页，共48页，编辑于2022年，星期一262.11 2.11 不对称合成不对称合成2.11.1 2.11.1 手性化合物组成的表示方法手性化合物组成的表示方法1、对映体超量(ee)及非对映体超量(de)对映体超量(ee)表示一个对映体对另一个对映体
11、的过量值，通常用百分数表示。非对映体超量(de)表示一个非对映体对另一个非对映体的过量值。光学纯度(%)=观察值/最大值 100%第26页，共48页，编辑于2022年，星期一272、比旋光的测量 测定的旋光，(o)；L 样品池光路长度，dm；c 浓度，g/100mL；D 用于测定的光波长，nm；20 测量温度，oC。光学纯度光学纯度指的是样品所测定的比旋光与最大(或绝对)比旋光之比。第27页，共48页，编辑于2022年，星期一28测定光学纯度测定光学纯度旋光光度法、手性气相和液相色谱法、NMR法。旋光光度法缺点：1、旋光度与对映体的组成有时不成线性关系；2、由于旋光性杂质等影响，比旋光度不易测
12、准；3、必须知道在实验条件下的纯对映体的比旋光度；4、需要相对多量的样品。NMR法两种途径：1、用光学纯试剂将对映体转变成非对映异构体；2、在测定样品中加入手性位移试剂。第28页，共48页，编辑于2022年，星期一29第29页，共48页，编辑于2022年，星期一30测定绝对构型测定绝对构型X射线衍射技术、化学相关法、旋光谱和圆二色谱、NMR法普通的X射线衍射技术不能区分对映体。对于含有重原子的分子，才可以通过这种方法测定其绝对构型。化学相关法：通常通过化学反应将待测样品转化为一个构型已知的目标产物，使两个化合物的绝对构型相关联。第30页，共48页，编辑于2022年，星期一312.11.2 2.
13、11.2 不对称合成不对称合成一个反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应试剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。也就是说，不对称合成是这样一个过程，它将潜手性单元转化为手性单元，使得产生不等量的立体异构产物。第一代，底物控制法；第二代，辅基控制法；第三代，试剂控制法；第四代，催化剂控制法第31页，共48页，编辑于2022年，星期一322.12 2.12 构象分析构象分析研究分子中优势构象的存在以及构象对分子的物理性质和化学性质的影响，称为构象分析构象分析(conformational analysis)。第32页，共48页，编辑于2022年，星期一33第33页，共48页，编辑于
14、2022年，星期一34第34页，共48页，编辑于2022年，星期一35构象效应构象效应由于构象不同而对分子的化学性质所产生的不同影响统称构象效应。构象效应。第35页，共48页，编辑于2022年，星期一36几个概念：几个概念：去对称化去对称化第36页，共48页，编辑于2022年，星期一37有机催化有机催化第37页，共48页，编辑于2022年，星期一38第38页，共48页，编辑于2022年，星期一39第39页，共48页，编辑于2022年，星期一40动力学拆分动力学拆分第40页，共48页，编辑于2022年，星期一41Dynamic kinetic resolution(DKR)is when the
15、 starting material can racemise under the reaction conditions,since this process is an equilibrium,with the faster reacting enantiomer being continually removed from the system,the major product of the reaction can exceed the previous maximum yield of 50%.DKR provides the possibility of up to 100%yi
16、eld,provided the racemisation is much faster than the irreversible reaction.第41页，共48页，编辑于2022年，星期一4242第42页，共48页，编辑于2022年，星期一4343第43页，共48页，编辑于2022年，星期一4444第44页，共48页，编辑于2022年，星期一用用R或或S标定每个手性碳原子的构型标定每个手性碳原子的构型第45页，共48页，编辑于2022年，星期一下列哪组化合物是对映体、非对映体、相同化合物？下列哪组化合物是对映体、非对映体、相同化合物？第46页，共48页，编辑于2022年，星期一(d)(e)第47页，共48页，编辑于2022年，星期一48第48页，共48页，编辑于2022年，星期一