复旦精品有机化学课件

1,第五章 旋光异构,2,一. 基本概念介绍,3,对映异构体：一对互为镜像且不能互相重合的分子,1. 对映异构体 (enantiomers)一类特殊的立体异构关系,4,2. 旋光异构体（旋光活性物质，光学活性物质）：可使平面偏振光振动方向发生改变的物质,3. 手性（手征性）：实物与其镜像不能重叠的特性叫手性或手征性,4. 手性分子：凡是与其镜像不能重叠的分子叫手性分子,对映体之间的差别：,物理性质：对偏振光的作用不同（有旋光性）,化学性质：对手性试剂的作用不同,手性化合物 = 光学活性化合物 = 旋光性化合物,5,二. 旋光性的测定,6,手性分子旋光能力的表示方式 比旋光 at,at =,a t l c,t : 实验观察到的旋光度 l : 样品管长度（dm, 分米） c : 样品浓度（g / cm3）,t : 测试时温度 : 波长,例：,(D, 钠光，=589.3nm),一对对映异构体的比旋光值大小相等，符号相反,7,光学纯 optically pure和光学纯度 optical purity 光学纯：一个样品中所有分子具有相同手性 光学纯度：一个对映体在样品中的含量，又称为对映体过量 percent enantiomeric excess (ee%) 已知(+)-乳酸的比旋光度为+3.8，现有某乳酸样品的比旋光度为-1.9， 请问 2 个对映体在该样品中的含量。 (+)-乳酸的含量为 25 ， (-)-乳酸的含量为 75 。,8,外消旋体 racemic mixtures 等量的右旋体和左旋体混合物，即各占50 外消旋体的光学纯度(ee值)为“0” 外消旋体的旋光度为“0” 命名时在名称前加“dl”或“()” 如：外消旋的2-丁醇标记为“dl-2-丁醇”或 “()-2-丁醇”,9,三. 化合物的旋光性与结构的关系,1. 有无对称面和对称中心,反-1,2-二氯乙烯 有一个对称面,丙烷 有两个对称面,顺-1,2-二甲基环丙烷 有一个对称面,(1) 对称面,有对称面的分子没有手性，没有旋光活性,10,(2) 对称中心,有对称中心的分子没有手性，没有旋光活性,有对称面或对称中心的分子都可以和其镜像重叠，都是非手性分子,11,2. 有无手性碳原子,手性碳原子：和四个不同的原子或基团相连的碳原子叫手性碳原子，也叫不对称碳原子,含手性碳原子的分子一般是手性分子（含一个手性碳原子的分子必定是手性分子 ，含两个或两个以上手性碳原子则需看情况而定）,12,四. 构型的表示方法,1. 球棍式,右旋乳酸 左旋乳酸 (+)-乳酸 (-)-乳酸,COOH,H,OH,CH3,COOH,CH3,H,OH,13,2. 透视式（伞形式）,右旋乳酸 左旋乳酸 (+)-乳酸 (-)-乳酸,14,3. Fisher 投影式,以垂直线相连的基团表示伸向纸后，以水平线相连的基团表示伸出纸前,(C不应写出),15,注意点：,(1) Fisher投影式在纸面上顺时针或逆时针旋转180o或其整数倍，表示的分子 构型不变,a b a=b,(2) Fisher投影式不能在纸面上旋转90o或其奇数倍，否则其表示的分子构型发生改变,a,b,a b a, b互为对映体,16,(3) Fisher投影式不能离开纸面旋转，否则其表示的分子构型发生改变,a b a, b互为对映体,a,b,(4) 与手性碳相连的四个基团中任意两个交换奇数次，分子构型改变，交换偶数次，构型保持不变,a b c,a b a, b互为对映体 a = c,17,五. 手性碳构型的命名,手性碳的绝对构型 R/S 方法,例： 2-丁醇,选择优先顺序最小的原子或基团远离观察者（在观察者对面）， 其余原子或基团依优先顺序排列,(S)-2-丁醇,(R)-2-丁醇,-OH -C2H5 -CH3 -H,18,(S)-(+)-乳酸,(R)-(-)-乳酸,R / S是可以判断的，而左旋(-) / 右旋(+)是无法判断或预测的，只能通过旋光仪测定,-OH -COOH -CH3 -H,19,六. 含两个不同手性碳原子的化合物,2,3,4-三羟基丁酸,含 2 个手性碳原子的有机分子最多有4 (22)个构型异构体 含 n 个手性碳原子的有机分子最多有 2n 个构型异构体,20,七. 含两个相同手性碳原子的化合物,酒石酸,21,内消旋体 meso forms 命名时在名称前加“meso”,有手性碳原子的非手性分子，旋光度为“0”,有对称面,有对称中心,(2R, 3S)-酒石酸,22,例: cis-1, 2-二甲基环己烷,两种分析结果一致, 但原因不同。,八. 环状化合物的立体异构,23,例: trans-1, 2-二甲基环己烷,平面式和构象式分析均存在一对对映体。,24,九. 不含手性碳原子的手性分子 丙二烯型,右旋,左旋,非手性分子,25,螺环型,26,联苯型 (位阻异构体、阻转异构体 atropisomers),非手性分子,27,(R)-1,1-联-2-萘酚 (S)-1,1-联-2-萘酚,28,螺旋型,29,立体专一性反应： 只生成一种类型的立体异构体的反应 （ Stereospecific Reaction ） 立体有择性反应： 主要生成某种类型立体异构体的反应 （Stereoselective Reaction）,十. 立体选择反应和立体专一反应,30,例1,31,32,立体有择性反应,33,自由基中间体构象分析:,优势构象,34,若由构象 I 反应,若由构象 II 反应,35,若由构象 III 反应,36,例2,立体专一性反应,37,38,39,十一. 手性分子的性质 物理性质 对映体：除旋光度以外，性质相同 非对映体：性质不同,40,化学性质 对映体：在一定条件下(试剂、溶剂、助剂等)性质相同 对映体之间在非手性条件下性质相同。 对映体之间在手性条件下性质不同。 非对映体：化学性质相似，但不完全相同。,41,十二. 手性分子的获得,获得手性分子的重要意义药物与人类的关系 构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的， 生物体的酶和细胞表面受体是手性的, 故对外消旋药物的识别、消化和降解过程也是不同的。,例：,42,43,2. 获得手性分子的方法 从天然界提取（糖类、氨基酸、生物碱、萜类化合物、甾体化合物）,外消旋体的拆分（Resolution）,巴斯德，L. Louis Pasteur (18221895),Louis Pasteur于1848年，借助放大镜，用镊子成功地将外消旋的酒石酸钠铵进行拆分，这一发现为其后的立体化学打下了基础。,44,(a) 化学法拆分,如:,拆分试剂,45,例: 外消旋a-苯乙胺的化学拆分,接下页,46,接上页,47,(b) 酶解法,（利用酶的选择性反应进行拆分）,例: DL-丙氨酸的酶解拆分,48,(c) 晶种结晶法,(d) 柱层析法,49,不对称合成(Asymmetric Synthsis)（选择性地生成立体异构体）