立体化学03——邢其毅.ppt

第四章 立体化学（stereochemistry） 讨论分子的立体形象及与物理性 质的关系等。 讨论分子的立体形象对化学反应 性的影响及产物分子和反应物分 子在立体结构上的关系等。 原子在分子内的空间位置； 在反应中，分子内或分子间的原子重新组合，在空间上的 要求条件和变化过程如何？及由此如何决定产物分子中各 原子的空间向位？ 立体异构 构造相同,分子中原子或基团在空间的排列方式不同。 d- 异构体 有强兴奋作用 l- 异构体 抗兴奋作用 D-(-) 有杀菌作用 L-(+) 无药效 Z-R（有生理活性） 一. 分子的手性和对称因素 1. 手性(Chirality) 实物与其镜影不能重叠的现象。 2. 对称因素 1）平面对称因素() 具有平面对称因素的分子是对称分子。非手性分子。 2）中心对称因素 (i) 具有中心对称因素 的分子是对称分子。 非手性分子。 3）旋转轴对称因素 (Cn) 只含旋转轴对称因素的分子是非对称分子。手性分子。 4）反射对称因素(Sn) 具有反射对称因素的分子是对称分子。非手性分子。 一般情况下，不具有对称面和对称中心的分子，其实物 与镜影不能重叠，该分子称为不对称分子或手性分子。 手性分子具有光学活性。 二. 偏振光、比旋光度 1. 平面偏振光 光波振动方向与光束前进方向关系示意图 普通光 平面偏振光： 通过Nicol棱镜，仅在 一个平面上振动的光。 2. 旋光仪、旋光度、比旋光度 旋光性：使偏振光偏振面旋转的能力。 旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用表示。 旋光方向：右旋（+）、d- ; 左旋（-）、l- 比旋光度 t = (物理常数) 例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于20ml 氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。求其比 旋光度。 如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是-300o的左旋体？ 三. 含手性碳原子的分子的立体化学 1. 含一个手性碳原子的分子 1）手性碳原子的概念 与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。 含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。 D20= +3.8o(水) D20= -3.8o(水) 对 映 体 互为实物与镜 影关系，不能 相互重叠的两 个立体异构体 。 2）左旋体、右旋体及外消旋体 一对对映体中： 使平面偏振光向左旋的为左旋体，用“（）”或“ l”表示。 使平面偏振光向右旋的为右旋体，用“（+）”或“d”表示。 左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。 外消旋体：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。 外消旋体用 () 或 (RS) 或 (dl) 或 DL表示。 外消旋体可分离成左旋体与右旋体。 3）构型的 R、S 表示方法 手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同基团的空间排列。 R、S 标记手性碳原子构型。 SRR 4）Fischer投影式 规定 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个 键向后，交叉点为手性碳。 将下列化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。 顺序最小的原子(或基团)在竖线上, 顺时针排列为R构型, 逆时 针排列为S构型。 顺序最小的原子(或基团)在横线上, 顺时针排列为S构型, 逆时 针排列为R构型。 如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置，则分子 构型不变。 S S S S 试判断下列Fischer投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对映关系的有哪 几个？ 将投影式在纸平面上旋转90o,则成它的对映体。 R S 将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调, 对调一次 （或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。 5）D、L标记法 2. 含两个手性碳原子的分子 1) 含两个不同手性碳原子的分子 对映关系： 与； 与 非对映关系： 与、与、与、与 非对映体：构造相同, 构型不同, 相互间不是实物与镜影关系 的立体异构体。 非对映异构体其旋光性不同, 物理性质不同。 光活异构体数目 = 2n ; (n=不同手性碳原子数) 外消旋体数目= 2n-1 2）含两个相同手性碳原子的分子 内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面 对称因数)。 具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RS）构型。 R S 内消旋体无旋光性 (两个相同取代、构型相 反的手性碳原子，处于同一分子中，旋光性 抵消)。 内消旋体不能分离成光活性化合物。 指出下列(A)与(B)、(A)与(C)的关系(即对映体或非对映体关系)。 3.含三个不同手性碳原子的分子 八个旋光异构体、组成四对对映体。 C-2差向异构体 差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手 性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同， 这两个光活异构体称为差向异构体。 C-2差向异构：由C-2引起的差向异构。（C-2构型相反） 1. 内消旋 2, 3-二甲基-1, 4-丁二醇经氧化后得 到 2, 3-二甲基-4-羟基丁酸，问产物有没有 旋光性？ 2. 胆甾醇分子中有多少个不对称碳原子？ 四. 不含手性碳原子的光活性异构体 1. 丙二烯型分子 中心碳原子两个 键平面正 交, 两端碳原子上四个基团， 两两处于互为垂直的平面上。 当AB ，分子有手性。 类似物 ： 无 有 2. 联苯型分子 苯环间碳碳键旋转受阻，产生位阻构象异构。 当同一环上邻位有不对称取代时（取代基或原子体积较大）, 整个分子无对称面、无对称中心, 分子有手性。 当一个苯环对称取代时（即邻位两个取代基相同时）， 分子无手性。 联萘衍生物：2,2-联萘二酚是手性分子。 3. 螺旋型分子 (-)-六螺駢苯 末端两苯环不在同平面上。 4. 含其它不对称原子的光活性分子 五. 环状化合物的立体异构 meso- (S, S)- (R, R)- 同时存在顺反异构、对映异构。 （1R，3S）- 3-溴-1-环己醇 思 考 题 1）写出化合物 (1R,3S,5R)-1-甲基-3-硝基-5-氯环己烷的 结构并画出其优势构象。 2）写出环己六醇所有立体异构体及其中一个最稳定的 构象。 六. 外消旋化、差向异构化 外消旋化：某一旋光化合物的一半转化为其对映体，成为 外消旋体的过程。 差向异构化：在含有两个或多个手性中心的体系中，仅有一个 手性中心发生构型转化的过程。 七. 旋光异构体的性质 在相同的非手性条件下，旋光异构体的物理性质与化学性 质相同。 名称 熔点/oC 25(20%水） 溶解度 pka1 pka2 (+)-酒石酸 170 +12o 139 2.93 4.23 (-)-酒石酸 170 - 12o 139 2.93 4.23 旋光异构体在手性条件下(如手性试剂、手性催化剂等) 其反应 速率不同。 生物体内的酶和各种底物具手性。手性分子的对映体进入生物 体内手性环境后, 引起不同的分子识别, 使其生理活性相差很大 。 例如：抗妊娠反应的镇静药(R)-酞胺哌啶酮 (“反应停”) 手性药物的旋光异构与生物活性 1）旋光异构体具有不同的生物活性强度 非麻醉性的消炎镇痛药 (S)-酮咯酸 2) 旋光异构体具有完全相反的生物活性。 利尿药：(S)-(-)-依托唑啉 3) 旋光异构体的毒性或严重副作用 减肥药 (S)-(+)-氟苯丙胺 八. 不对称合成 非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。 为什么总得外消旋体 一个分子在对称环境下反应, 不可能有选择性。(左旋体与 右旋体过渡态能量相同, 反应活化能相同, 反应速率相同) 。 1. 由手性化合物进行不对称合成 构象分析 中间体自由基构象能 结果：产物为不等量的非对映体，且meso-占优势。 2. 非手性分子通过引入手性基团进行不对称合成 一个分子的构象决定了某一试剂接近分子的方向。 3. 非手性分子通过引入手性催化剂进行不对称合成 手性配体：(R)-BINAP 4. 选择性生物催化不对称合成 条件温和、高效、立体专一 5. 立体选择性反应与立体专一性反应 6. 对映体过量百分率、立体选向百分率与光学纯度百分率 九. 外消旋体的拆分 1. 化学分离法 2. 生物分离法 L-(+)-丙氨