第四章 立体化学.doc

南方医科大学药学院教案首页授课教师谢 扬课程名称有机化学课次编号 N o:8授课日期2006.3.24授课年级2005本科生授课方式讲 授授课内容第四章 立体化学学 时 数3教 学 目 的 1、熟练掌握旋光异构体的构型2、理解旋光性与结构的关系3、了解手性化合物的制备（含重点、难点） 主 要 内 容 1、 同分异构体的分类2、 物质的旋光性3、 旋光性与结构的关系（难点）4、 旋光异构体的构型（重点）5、 含多个手性碳原子的分子6、 手性化合物的制备7、 立体异构体与生物活性复习思考题书后练习参考文献教 材1、有机化学（第6版）吕以仙主编 人民卫生出版社 （全国高等医药院校教材）2、基础有机化学（第二版） 刑其毅主编 教研室意见南方医科大学药学院教案 教 学 内 容备 注第四章 立体化学概述：是有机化学的重要分支，它描述分子中原子或基团的空间排布以及分子结构对化合物理化性质的影响。 一、同分异构现象的分类1、 构造异构：因原子连接方式与次序不同所致。2、 立体异构：因原子在空间的排布不同所致。其中旋光异构表现为对平面偏振光的作用不同。二、物质的旋光性1、 单色光：波长唯一但在所有可能的振动平面内振动的光波。如：钠光（也称D线，=589nm 黄光）。2、 偏振光(polarized light)：只在一个平面内振动的光.3、 旋光性物质：能使偏振光的振动面旋转一定角度的物质。4、 旋光度：其值不固定，与溶液浓度、盛液管的长度成正比。且与温度、光波波长、溶剂等有关。5、 比旋光度：对每一种旋光性物质而言均是固定值三、旋光性与结构的关系1、 无旋光性物质：水、乙醇、丙酮等有旋光性物质：乳酸、葡萄糖、酒石酸等2、 镜像、手性及其对映体 均匀的木棒、皮球或铁钉 物体与“镜像”可重合（物体是非手性的）。 剪刀、蜗牛壳、螺丝钉物体与“镜像”不能重合（物体是手性的！-chirality）。 分子的手性：化合物的分子与其镜像不能相互重合的性质，如左手与右手，他们相互对映，称为对映异构体（enantioner）.3、 一对对映体：由一个左旋体与一个右旋体构成。 如左旋乳酸与右旋乳酸的关系是实物与镜像的关系，它们的理化性质大部分一样。4、 旋光异构体：旋光性不同的立体异构体5、 分子对称性与不对称碳原子 均匀的木棒、皮球或铁钉 有对称面； 剪刀、蜗牛壳、螺丝钉 无对称面 对称面：可以将结构分成两部分，且这两部分互为镜像的平面。如氯溴甲烷有一个对称面，二氯甲烷有两个对称面，它们都是对称分子。 乳酸分子没有对称面，是手性的，具有旋光性。 不对称碳原子（手性碳）：又称立体基因中心(stereogenic center)或立构中心(stereocenter).交换手性碳上任意两原子均得另一对映体。南方医科大学药学院教案 教 学 内 容备 注6、 外消旋体：由等量的左旋体与右旋体混合而成，它们对偏振光的作用相互抵消，故无旋光性。racemic 外消旋，以 dl-或（）表示7、 外消旋体与相应的左旋体或右旋体的理化性质有差异，在生理作用方面，外消旋体仍发挥其左旋体与右旋体的相应效能。四、旋光异构体的构型1、 Fischer 投影式 将四面体构型按规定的投影方法投影在纸面上； 投影规则见pp.2、相对构型与绝对构型 绝对构型：分子中各原子或基团在空间的实际排布（1951年前无法测定，只知道旋光性不同的对映体分别着代表两种不同的空间构型）。 相对构型：人为规定标准物质甘油醛的构型分为D-型与L-型两种。其它旋光性物质的构型可以通过化学转变的方法与标准物质镜像关联来确定。（相对构型非实际测出！） J.M.Bijovert X射线分析 测出右旋酒石酸的绝对构型（1951年）。 J.M.Bijovert 实验结论：甘油醛的实际构型与人为规定完全吻合（纯属巧合！）。这说明与标准物质甘油醛关联而得到的其它旋光性物质的相对构型就是其绝对构型。3、D/L构型表示法 烃基R，R一般放在竖键上，且氧化态高者放在上端（-COOH-CHO-CH2OH-CH3） D，L只表示化合物的构型，与旋光方向无关（旋光方向只能实测）。 在糖类与氨基酸类物质中，常用D/L构型表示法。4、R/S构型表示法（1970年） 是根据化合物的绝对构型来命名的。 顺时针者用R表示（rectu, “右”的意思）；逆时针者用S表示（sinister, “左”的意思）。 用投影式表示分子构型时，也可确定其R，S构型。（视线在右后方向左观察或在左后方向右观察！）五、含多个手性碳原子的分子1、 含两个不相同手性碳原子的分子 有四个立体异构体； 不呈镜像关系的立体异构体称为非对映异构体（diastereomer）.它们旋光性不同，理化性质也有差异。2、 含两个相同手性碳原子的分子 三个立体异构体，一对对映体和一个内消旋体; 内消旋体（meso compound）:由于分子内部含相同的手性碳原子，分子的上半部分和下半部分互为实物与镜像的关系，从而使分子内部的旋光性互相抵消的化合物。 内消旋体与外消旋体有本质差异，内消旋体是一种纯物质，不可能拆分。南方医科大学药学院教案 教 学 内 容备 注3、 含两个以上手性碳原子的分子 含n个不相同C* 时，就有2 n个立体异构体； 若分子中含有相同C* 时，将存在内消旋体，则其立体异构体数目将少于2 n个。4、不含手性碳原子的手性分子 丙二烯型化合物A、 两个键相互垂直；B、 C1与C3上两个C-H键分处两个相互垂直的平面上C、 当C1与C3上两个C-H键被其他原子取代后，整个分子出现手性。如 2，3 戊二烯有一对对映体。 联芳香烃化合物 当分子中单键自由旋转受到阻碍时，产生旋光异构体。 螺环化合物 当螺环结构上的环相互垂直时就会产生一对对映体。 # 判断分子是否有手性，最好的办法是看该分子是不是对称分子。六、手性化合物的制备1、 手性源合成2、 化学拆分法（1） 将两个潜手性面置于纸平面上，如果基团顺序排列为顺时针方向，称为re-面（re-face）; 如果基团顺序排列为逆时针方向，称为si-面（si-face）.（2）如果分子的re-面与si-面的电性和立体效应相同（如乙醛分子），则反应后得到外消旋体。3、不对称合成手性因素（如手性试剂、手性溶剂、手性催化剂等）的存在，将使潜手性物质的re-面与si-面的电性和立体效应产生差异，因此当试剂进攻潜手性面时，就优先地从一个面进攻，很少或不能从另一个面进攻，如此则得到旋光性的产物。七、立体异构体与生物活性1、生