谈基础有机化学中的立体化学问题.pdf

第9卷第1期河南教育学院学报 自然科学版 Vol 9No 1 2000年3月JournalofHenanEducationInstitute NaturalScience Mar 2000 收稿日期 1999 10 21 作者简介 韩巧 1965 女 河南孟州人 郑州大学讲师 文章编号 1007 0834 2000 01 0056 04 谈基础有机化学中的立体化学问题 韩 巧 卢会杰 王敏灿 郑州大学 化学化工学院 河南 郑州 450052 摘要 本文对基础有机化学中经常遇到的一些立体化学问题进行了探讨 并提出了 相应的解决方法 关键词 立体化学 手性 构型 中图分类号 O62119 文献标识码 A 有机化学 课程 是化学专业和应用化学专 业学生的一门基础课 也是其他一些相关专业 的必修课 通过多年的一线教学实践 发现学生 对有机化学中的基本理论和基本反应掌握的都 较好 但是 一遇到立体化学问题 往往模棱两 可 不知所措 对此 在教学过程中 我们采取 认准难点 化解难点 的方法 使学生明白何时 需要考虑立体化学问题 如何分析和解决 多年 的实践证明 效果良好 1 认准难点 在学生初次接触到立体化学的概念时 就把 基础有机化学中可能会出现的立体化学问题分 别介绍给学生 111 分子本身的立体构型 这种问题常常出现在系统命名和书写结构 式中 有机化合物的系统命名包括几个部分 立 体化学部分 取代基部分和母体部分 其中立体化学部分又有几种情况 一是分子 中含手性中心 命名时需要标明对应手性中心的 R S构型 若有几个手性中心 则分别标出 并按 编号顺序排列在圆括号中如 2S 3R 第二种情 况是分子中有环状结构 简单的用顺 反表示如 反 1 2 二甲基环丙烷 包含一对异构体 H CH3 CH3 H dl 不能用顺 反表示的 则需用R S标出环上 手性碳的构型 如 1S 3R 1 甲基 3 氯 3 溴 1 碘环戊烷 第三种情况是分子中含有双键 常见的为C C 烯烃中顺 反异构体命名有两种形式 顺 65 反或Z E 顺 反只适用于同一个双键上的两个碳原子 至少有一个相同的原子或原子团 如反 1 2 二 氯乙烯 C H Cl C Cl H Z E构型则是适用范围更广的一种顺 反异 构体的表示方法 特别是双键碳上所连四个基团 互不相同时 可用这种表示方法 若分子中含有 多个双键且都有顺 反异构时 需分别标出双键 构型 并按母体中相应编号由小到大排列在括号 中如 2E 5E 6 氘 2 3 二氯 5 溴 2 5 辛二烯 C Cl CH3 C Cl CH2 C Br C D C2H5 取代基部分按次序规则由小到大排列 分别 表示出相应的位次 数目 名称 相同的取代基进 行合并 母体名称选择常按以下规律 1 含一个官能团 就以母体结构命名 2 分子中含有多个官能团 有以下优先选作 母体的次序 分子中的酸性基团和其他必须处 于链端的基团首先考虑选作母体结构 含主 要官能团的最长碳链优先选为无环化合物的母 体结构 环的俗名或半俗名常选作环状化合 物的母体 一些功能基团常作为取代基命名 烷氧基 烷硫基 卤素 硝基 亚硝基 叠氮基 重 氮基 3 糖类化合物有其特殊的表示方法 并以单 糖作为基础 单糖的表示方法中有D L和R S及 几种 符号 表示不同的意义 容易混淆 1 R S的意义 R S是对应着单糖分子中每一个有手性的碳 原子 一般来说 若分子中不是仅有一个手性碳 的话 应该有对应的序号 如2R 3S等 2 D L的意义及判断 D L则是一种相对的构型表示方法 在糖类 中普遍使用 由于这种表示方法是以D 甘油醛和L 甘油醛的Fischer投影式为标 准 不考虑其他的手型碳 只比较投影式中最大 编号的手性碳原子的构型 与前者相同即为D 型 反之 则为L型 因此 对于用Fischer式表示 的单糖构型很容易确定 但是 糖类化合物实际 上主要以半缩醛或半缩酮的形式存在 结构常用 Haworth透视式表示 用这种方法表示单糖构型 是使环上的碳原子按顺时针方向排列 当编号最 大的手性碳原子的羟甲基 若无羟甲基 则以该 碳上的氢原子 在环面上的为D型 反之 则为L 型 例如 但是 有时为了需要 将环翻转或回旋 使环 上的碳原子按逆时针方向排列 结果与上述规则 正好相反 例如 D 果糖 3 表示的意义及判断 Haworth环状结构比Fischer开链式结构多一 个手性中心 相应地有一对非对映异构体 分别 用 表示 这种构型的确定 对于Fischer式 E G V Pepival等提出 2 半缩醛结构中C1上羟 基在碳链右侧的为 型 在左侧的为 型 如 75 型 型 CHOH CHOH n CH CH2OH O COHH CHOH n CH CH2OH O 对于Haworth式 陈飞跃提出 1 不管该糖是 D型或者L型 半缩醛 酮 羟基与环上编号最大 的手性碳原子的羟甲基 没有羟甲基 则与该碳 上的氢原子比较 处于同侧 为 型 处于异侧为 型 例 总之 单糖的结构 不论是哪一种表示方式 都可 以通过编号最大的手性碳原子的构型确定 以 此推论也可用于双糖和多糖 112 分子的立体构型引起的性质差异 顺 反异构体在物理 化学性质方面都有较 大的差别 它们熔点 沸点和溶解度各不相同 对映异构体除了对偏振光的偏振方向不同外 其 他物理性质相同 而化学性质在非手性条件下相 同 手性条件下表现各异 113 反应中的立体化学问题 有机化学反应中的立体化学问题随处可见 且非常复杂 这里只就基础有机化学中经常遇 到的一些问题作一介绍 基础有机化学反应讨论的对象一般是在非 手性条件下进行的反应 因此反应产物的立体化 学仅仅取决于反应物的立体构型和反应类型及 反应机理 归纳基础有机化学反应类型 我们可 以发现 主要产物的立体化学特征一般有下列几 种情况 1 反应前后立体构型不变 凡是化学键的断 裂没有发生在手性碳上的反应均属此类 例如 2 反应物是非手性的分子 根据无旋光性物 质在非手性条件下反应得到无旋光性产物的原 则 反应产物或者是单一产物即内消旋体 或者 是混合物即一对外消旋体 例如 3 反应物是一个手性分子 这种情况最为复 杂 根据反应类型 产物可以是一种构型保持或 构型转化的产物 也可以是某种异构体占多数的 混合物 应根据提供的反应条件和反应物类型 正确判断反应类型 再依据该类反应的特点写出 正确的反应产物的结构 85 4 一些特殊的人名反应 这些反应需要在弄 清机理的前提下记忆 2 化解难点 立体化学部分是一个难点 我们化解的办法 是大的化小 复杂的拆解成简单的 学生在接触 到立体化学概念时 就把可能遇到的一些问题介 绍给他们 使学生有一个总的概念 什么时候需 要考虑 而在讲解每一章内容时 再详细介绍如 何处理立体化学内容方面的问题 特别是反应中 的立体化学问题 这个牵涉到反应物的种类 反 应类型 以及经过的反应历程等 只有全面考虑 才能写出正确的反应产物 通过多年的一线教 学实践证明 采用这种方法 学生容易理解和掌 握 效果很好 这些是我们的一些教学体会 不尽人意之处 在所难免 希望同仁们共同探讨 以利进步 参 考 文 献 1 陈飞跃 1 糖类化合物环状结构 构型的判断 J 化学通报 J 1986 10 43 44 2 林宝凤 1 糖类化合物的构型和标记法 J 大学化 学 M 1998 13 1 46 50 3 邢其毅等 1 基础有机化学 M 上册 北京 高等 教育出版社 1993 447 GrasptheProblemsandSolvetheProblems DiscussionontheStereochemistryProblems ofFundamentalOrganicChemistry HAN Qiao LU Huijie WANG Mincan The Chemistry and Chemical EngineeringCollegeof ZhengzhouUniversity Zhengzhou 450052