项目八旋光异构.ppt

项目九旋光异构 物质的旋光性很早就被发现 如石英晶体等无机晶体的旋光性早已被人们所知 但对有机化合物旋光性的认识则较晚 1848年 路易 巴斯德 LouisPasteur 1822 1895 对酒石酸钠铵晶体的研究 为旋光异构现象奠定了理论基础 具有旋光异构的分子在生物化学上 往往表现出不同的性质来 如丙氨酸 它有两种分子 当把它们作为某种细菌的食物时 只有一种被吃掉 而另一种完全保留下来 可见在生物体中的选择性是很高的 这对于生物化学当然是相当重要的 反应停 五十年恩怨 Thalidomide 反应停 一种治疗早期妊娠反应的药物 有很好的止吐作用 许多有呕吐反应的早期妊娠妇女 服用此药后 可迅速把妊娠反应性呕吐停住 因而取名为 反应停 1953年 瑞士的一家名为Ciba的药厂 现药界巨头瑞士诺华的前身之一 首次合成了一种名为 Thalidomide 的药物 此后 Ciba药厂的初步实验表明 此种药物并无确定的临床疗效 便停止了对此药的研发 然而当时的联邦德国一家名为ChemieGruenenthal的制药公司对反应停颇感兴趣 他们尝试将其用做抗惊厥药物以治疗癫痫 但疗效欠佳 又尝试将其用做抗过敏药物 结果同样令人失望 但研究人员在这两项研究过程中发现 反应停具有一定的镇静安眠的作用 而且对孕妇怀孕早期的妊娠呕吐疗效极佳 此后 在老鼠 兔子和狗身上的实验没有发现反应停有明显的副作用 事后的研究显示 其实这些动物服药的时间并不是反应停作用的敏感期 ChemieGruenenthal公司便于1957年10月1日将反应停正式推向了市场 此后不久 反应停便成了 孕妇的理想选择 当时的广告用语 在欧洲 亚洲 非洲 澳洲和南美洲被医生大量处方给孕妇以治疗妊娠呕吐 到1959年 仅在联邦德国就有近100万人服用过反应停 反应停的每月销量达到了1吨的水平 在联邦德国的某些州 患者甚至不需要医生处方就能购买到反应停 但是在美国 因为有报道称 猴子在怀孕的第23到31天内服用反应停会导致胎儿的出生缺陷 美国食品和药品管理局 FDA 的评审专家极力反对将反应停引入美国市场 最终 FDA没有批准此种药物在美国的临床使用 而是要求研究人员对其进行更深入的临床研究 后来的事实证明 这是一项多么明智的决定 到了1960年 欧洲的医生们开始发现 本地区畸形婴儿的出生率明显上升 这些婴儿有的是四肢畸形 有的是腭裂 有的是盲儿或聋儿 还有的是内脏畸形 后来的追踪调查显示 其实早在1956年12月25日 世界上第一例因母亲在怀孕期间服用反应停而导致耳朵畸形的婴儿就出生了 1961年 澳大利亚悉尼市皇冠大街妇产医院的麦克布雷德医生发现 他经治的3名患儿的海豹样肢体畸形与他们的母亲在怀孕期间服用过反应停有关 麦克布雷德医生随后将自己的发现和疑虑以信件的形式发表在了英国著名的医学杂志 柳叶刀 上 而此时 反应停已经被销往全球46个国家 此后不久 联邦德国汉堡大学的遗传学家兰兹博士根据自己的临床观察于1961年11月16日通过电话向ChemieGruenenthal公司提出警告 提醒他们反应停可能具有致畸胎性 在接下来的10天时间里 药厂 政府卫生部门以及各方专家对这一问题进行了激烈的讨论 最后 因为发现越来越多类似的临床报告 ChemieGruenenthal公司不得不于1961年11月底将反应停从联邦德国市场上召回 但此举为时已晚 人们此后陆续发现了1万到1 2万名因母亲服用反应停而导致出生缺陷的婴儿 这其中 有将近4000名患儿活了不到一岁就夭折了 而且 因为在此后一段时间里 ChemieGruenenthal公司一直不肯承认反应停的致畸胎性 在联邦德国和英国已经停止使用反应停的情况下 在爱尔兰 荷兰 瑞典 比利时 意大利 巴西 加拿大和日本 反应停仍被使用了一段时间 也导致了更多的畸形婴儿的出生 反应停事件受害者 1961年年底 联邦德国亚琛市地方法院受理了全球第一例控告反应停生产厂家ChemieGruenenthal公司的案件 1969年10月10日 法庭经过近8年的审理 决定不采纳兰兹博士的证言 但此种说法始终未能得到公众的广泛认可 1970年4月10日 案件的控辩双方于法庭外达成了和解 ChemieGruenenthal公司同意向控方支付总额1 1亿德国马克的赔偿金 1970年12月18日 法庭作出终审判决 撤消了对ChemieGruenenthal公司的诉讼 但法庭同时承认 反应停确实具有致畸胎性 并提醒制药企业 在药品研发过程中 应以此为鉴 1971年12月17日 联邦德国卫生部利用ChemieGruenenthal公司赔偿的款项专门为反应停受害者设立了一项基金 并邀请兰兹博士作为此项基金的监管人之一 此后数年间 在兰兹博士的努力下 联邦德国有2866名反应停受害者得到了应有的赔偿 兰兹博士也因其为反应停受害者作出的巨大贡献而受到全球反应停受害者的深深敬仰 至此 反应停似乎彻底结束了它为人类服务的使命 马丁 施奈德斯是荷兰第一个 反应停儿童 在年纪很小的时候 他就已学着以残疾之身生活下去 并逐渐掌握了一系列技能 包括弹奏电风琴 美国的一个 反应停 受害女孩 已经学会用她仅有的一只手绘画 反应停命不该绝 50年前草率上市 仅仅过了4年就撤回的 反应停 至今还在让现代医学蒙羞 就在 反应停 声名狼藉之际 早在1965年 一名以色列医生偶然发现 反应停 对麻风结节性红斑有很好的疗效 经过34年的慎重研究之后 1998年 FDA批准 反应停 做为治疗麻风结节性红斑的药物在美国上市 美国成为第一个将 反应停 重新上市的国家 反应停 还被发现有可能用于治疗多种癌症 现在 反应停 已卷土重来 90 被用于治疗癌症病人 在美国的销售额每年约两亿美元 活性更强且没有致畸性的 反应停 衍生物也已被批准上市 任务一物质的旋光性 掌握偏振光 旋光度 比旋光度的概念 一 平面偏振光和旋光性 只在一个平面上振动的光 称为平面偏振光 简称偏振光或偏光 丙酸 水 酒精 乳酸 葡萄糖 1 旋光性物质 能使偏振光振动面旋转的性质 叫做旋光性 具有旋光性的物质 叫做旋光性质 2 非旋光性物质 不具有旋光性的物质 叫做非旋光性物质 3 旋光度 旋光性物质使偏振光旋转的角度 称为旋光度 以 表示 二 旋光仪和比旋光度 1 旋光仪 2 比旋光度 T为测时温度 为测定时光的波长 一般采用钠光 波长为589 3nm 用D表示 为了能比较物质的旋光性能 通常规定 1mL含1g旋光物质的溶液 放在1dm 10cm 长的盛液管中测得的旋光度为该物质的比旋光度 影响旋光度的因素 a 被测物质结构 b 溶液的浓度 c 液层的厚度 d 测定温度 e 所用光的波长 溶剂对比旋光度也有影响 所以也要注明溶剂 例 在20 时 以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52 5 记为 计算公式 任一浓度的溶液 纯液体 式中 C 溶液浓度 g ml 液体的密度 g ml l 管长 dm 例 20 下用钠光灯测定某葡萄糖水溶液的旋光度 所用管长为1dm 测定的旋光度a为 3 2 已知葡萄糖在水中的比旋光度为 52 5 求这个溶液的质量浓度 任务二旋光性与分子结构的关系 掌握手性分子的概念掌握物质的旋光性与分子结构的关系能够根据分子结构 判断分子的手性和旋光性 一 对映异构现象的发现 2 1848年 LouisPasteur 巴斯德 首次成功地把一个外消旋体分成右旋及左旋体 1 1815年Biot拜奥特 法国物理学家 观察到蔗糖 酒石酸 松节油 樟脑等都具有旋光能力 而且其旋光性与其存在的状态无关 3 1874年 VantHof 范特霍夫 和Le Bel 勒贝尔 提出 如果一个C原子连有四个不同基团 四个基团在C原子周围可以有两种不同的排列形式 有两种不同的四面体空间构型 它们互为镜象 和左右手之间的关系一样 外形相似 但不能重合 生活中的镜像 C 连四个不同基团的中心C原子称不对称C原子 又称手性C原子 用C 表示 二 手性和对称因素 左手和右手不能叠合 左右手互为镜象 一个物体若与自身镜象不能叠合 叫具有手性 在立体化学中 不能与镜象叠合的分子叫手性分子 而能叠合的叫非手性分子 乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样 它们不能相互叠合 但却互为镜象 在有机化学中 凡是手性分子都具有旋光性 有些手性分子旋光度很小 而非手性分子则没有旋光性 分子的构造相同 但构型不同 形成实物与镜象的两种分子 称为对映异构体 简称 对映体enantiomers 对映体的特点 成对存在 旋光能力相同 但旋光方向相反 二者能量相同 分子与其镜像的不重合性称为分子的手性或手征性 Chirality 具有手性的分子 称为手性分子 Chiralmolecules 分子的手性是对映体存在的必要和充分条件 在生物体内 大量存在手性分子 如D 葡萄糖在动物代谢中有营养价值 D 葡萄糖没有 左旋氯霉素有抗菌作用 而其对映异构体无疗效 在药物中 手性化合物占50 以上 一对对映异构体是两种不同的化合物 它们的化学性质 物理性质无差别 差别是对偏振光有不同的反映 一个可以把偏振光向左旋 另一个则把偏振光向右旋 偏振光是检验手性分子的一种最常用的方法 对称因素 1 对称面 s 如有一个通过分子的平面把分子分成两部分 其中一部分是另一部分镜像 通过平面相等距离处都有相同的对应点 这个平面称为分子的对称面 用 表示 平面内翻转一定角度 实物和镜象重叠 它们是一种化合物 分子中有一个对称面 有两个对称面 平面内翻转180度 实物和镜象重叠 结论 有对称面的分子 实物和镜象能重叠 无手性 无对映异构体 无旋光性 无数个 1个 2 对称中心 i 定义 若分子中有一点i 以分子任何一点与其连线 都能在延长线上找到自己的镜象 则i点为该分子的对称中心 有对称中心的分子 实物和镜象能重叠 无手性 无对映异构体 无旋光性 3 对称轴 定义 穿过分子画一直线 以它为轴旋转一定角度后 可以获得与原来分子相同的构型 这一直线叫对称轴 当分子沿轴旋转360 n 得到的构型与原来的分子相重合 这个轴即为该分子的n重对称轴 用Cn表示 C2 180 象上述这些含对称轴的化合物都是非手性化合物 这是由于它们分子中同时含有对称面和对称中心的缘故 对称轴不能作为分子有无光学活性的判据 有些含有对称轴的化合物 却不含对称面和对称中心 也具有手性 二重对称轴 对映异构 反 1 2 二氯环丙烷的对映异构 判别手性分子的依据 A非手性分子 凡具有对称面或对称中心 B手性分子 既没有对称面 又没有对称中心的分子 都不能与其镜象叠合 都是手性分子 C对称轴的有无对分子是否具有手性没有决定作用 有 无手性 无 无i有手性 有i 无手性 任务三对映异构体构型的表示方法 学会费歇尔投影式的书写学会确定旋光异构体的构型的标记方法 一 含有一个手性碳原子的化合物的对映体 一 对映体 含有一个手性碳原子的化合物有两个互为镜象的对映体 乳酸 通常对映异构体的物理性质和化学性质都相同 差别就是旋光方向不同 但在特殊条件下 对映异构体的性质有差别 即在手性条件下 手性试剂 手性溶剂 手性催化剂存在下 左旋体 右旋的物理性质和化学性质相差特别大 例 右旋葡萄糖在生物体内作用很大 氯霉素左旋可以治病而右旋不能 二 外消旋体 定义 对映体中等量左 右旋体的混合物 用 表示 外消旋体没有旋光性 外消旋体和相应的左旋体或右旋体 除旋光性能不同外 其它物理性质也有差异 化学性质则基本相同 2 性质 在生理作用方面 外消旋体仍各发挥其所含右旋体和左旋体的相应效能 三 构型表示方法 Fischer投影式 竖线在纸面下 横线在纸面上方 横前竖后 主碳链竖的排列 氧化最高的C原子放在碳链的顶端 手性碳在纸面上 对映体的构型 通常用Fischer投影式表示 Fischer投影式是用二维图像或平面式表示三维分子的立体结构 投影式在纸面上旋转180 其构型不变 使用E Fischer投影式注意问题 A B 投影式在纸面上旋转90 270 则构型改变 保持1个基团固定 而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置 构型不变 任意两个基团调换奇数次 构型改变 任意两个基团调换偶数次 构型不变 投影式不能离开纸面翻转180 透视式 这种表示方法比较生动形象 缺点是书写不方便 将手性碳原子表示在纸面上 用实线表示在纸面上的键 虚线表示伸向纸后方的键 用锲形实线表示伸向纸前方的键 二 含两个手性碳原子的化合物的对映体 一 含有两个不同手性C原子的化合物 两个手性碳原子所连的四个基团是不完全相同 其中 和 和 是对映体 和 和 和 和 为非对映异构体 非对映异构体 不呈镜象对映关系的立体异构 简称非对映体 随手性C原子数目增多 其对映异构体的数目也增多 分子中有n个不相同的手性C原子时 就可有2n个对映异构 可组成2n 1个外消旋体 二 含有两个相同手性C原子的化合物 酒石酸 内消旋体 由于分子中含有两个相同的手性C原子 分子的两半部分互为物体与镜象关系 从而使分子内部旋光性相互抵消的光学非活性化合物为内消旋体 用meso表示 凡是含有两个相同的手性C原子的化合物 都有三种立体异构体 一个是左旋的 一个是右旋的 一个是内消旋的 内消旋体和外消旋体 外消旋体是混合物 可分离出具有旋光性的两种物质 都不具有光学活性 内消旋体是一种纯物质 不能分离成具有旋光性的化合物 mp D 水 溶解度 g 100ml pKa1pKa2 酒石酸170oc 12 01392 984 23 酒石酸170oc 12 01392 984 23 酒石酸 dl 206oc020 62 964 24meso 酒石酸140oc01253 114 80 1 相对构型标记法 D L标记法 以甘油醛为标准 人为规定 羟基在碳链右边的为D型 为右旋甘油醛 它的对映体为L型 为左旋甘油醛 D 甘油醛 L 甘油醛 三 对映异构体构型的标记法 D L构型仅是人为规定 与旋光性无关 该命名法具有一定的局限性 凡可以从D 甘油醛通过化学反应而得到的化合物 或可以转变成D 甘油醛的化合物 都具有与D 甘油醛相同的构型 即D型 与L 甘油醛的相同构型的化合物则是L型 D 甘油醛 D 甘油酸 D 乳酸 2 绝对构型标记法 R S标记法 R S标记法 是根据手性碳原子所连接的四个基团在空间的排列来标记的 1 先把手性碳原子所连接的四个基团设为 a b c d 并将它们按次序排队 a b c d 2 方向盘法 最小基团d放在操作杆上 从d的对面看 a b c 顺时针为R Rectus 拉丁文 反时针为S Sinister 拉丁文 R S 顺时针 反时针 基团次序为 a b c d 次序规则 a 原子序数大小规则 序数大的原子优先 b 同位素规则 原子量大优先 c 外推规则 层层外推 先比较第一个原子 若第一个原子相同 则顺次比较与第一个原子相连的原子 如果第二个原子相同 则比较第三个原子 依次类推 d 相当规则 含有双键或三键时 认为连有两个或三个相同原子 3 费歇尔投影式法 在费歇尔投影式中 如果最小的原子或基团d 连在投影式的竖线上 而其余三个原子或基团从大到小以顺时针方向排列的为R型 逆时针方向排列的即为S型 如果最小的原子或基团d 连在投影式的横线上 而其余三个原子或基团从大到小以顺时针方向排列的为S型 逆时针方向排列的即为R型 R R S S 按R S标记法 甘油醛和乳酸的绝对构型表示如下 R型 R型 S型 S型 C 2所连接的四个基团的次序 OH CHOHCH2CH3 CH3 HC 3所连接的四个基团的次序 OH CHOHCH3 CH2CH3 H 2S 3R 2 3 戊二醇 这种方法不仅适用于标记含一个手性碳原子的对映体 对含有两个手性碳原子的对映体一样适用 R S构型与物质的旋光性之间没有必然的联系 R构型的对映体一定是S构型 一个手性C原子的构型为R或S 与所连的原子或基团在空间的相对位置次序有关 内消旋体中两个手性C原子 其中一个是R构型