《立体化学基础》PPT课件.ppt

Chapter3Stereochemistry立体化学 立体化学 Stereochemistry 以三维空间研究分子结构和性质的科学 立体异构 构象异构 构型异构 构型异构 顺反异构 对映异构 旋光异构 光学异构 不可分离通过键旋转可互相转化 顺反异构 可分离 不能通过键旋转相互转化 对映异构 旋光异构 镜像 实物和其镜像不能重叠 基本相同的化学性质相同的物理性质 合霉素 有活性 无活性 药效 左旋体 右旋体 氯霉素 氟嗪酸 药效 左旋体 右旋体 8 135倍 S 天冬酰胺苦味 R 天冬酰胺甜味 麻醉剂 致痉挛 巴比妥酸衍生物 右旋体 左旋体 右旋体 R 型 有效 左旋 S 型 致畸形 Thalidomide 反应停 镇静和止吐药物 L DOPA治疗帕金森氏病 D DOPA在体内集聚 不能被代谢 一 偏振光与旋光性 光源 偏振光 普通光 尼柯尔棱镜 第一部分 旋光异构 对映异构 旋光仪基本构造 钠光灯 起偏镜 盛液管 检偏镜 目视镜 使偏振光的振动平面旋转的现象叫旋光现象 有旋光性 有旋光现象的物质为旋光性物质 棱镜 检偏镜 旋转的方向代表旋光物质的旋光方向 右旋的为右旋物质 左旋的为左旋物质 右旋用 或 d 表示 dextro rotatory 左旋用 或 l 表示 levo rotatory 棱镜 检偏镜 旋转的角度叫旋光度 用 表示 二 旋光度与比旋光度 C为浓度 单位 g ml L为管长 单位 dm 三 旋光性与化学结构的关系 有旋光性 无旋光性 无旋光性 有旋光性 手性碳原子 chiralcarbonatom 不对称碳原子 asymmetric 手性中心 chiralcenter 手性分子 手性碳 手性分子的特征 CH3CHOHCOOH 3 8 3 8 对映异构体或旋光异构体 手性分子 对映异构体 互为镜像不能重合 外消旋体 等量对映体混合在一起 对称因素 有对称面或对称中心的无旋光性 1 对称面 2 对称中心 与镜像重合 四 旋光异构体的表示方法 1 立体图式 伞形 2 Fischer 费歇尔 投影式 横前竖后 Ph H CH3 H CH3 H Ph NHCH3 横前竖后 Fischer 费歇尔 投影式中各基团的相互位置必须遵守下列规则 投影式不离开纸平面旋转180 构型不变 不能翻转 投影式不离开纸平面旋转90 变为对映体 同一手性碳上任何两个原子或基团经偶数次交换 构型不变 180 90 同一化合物 对映异构体 对映异构体 对映异构体 同一化合物 交换一次 交换一次 3 费歇尔投影式与纽曼投影式的转换 五 构型的命名 1 相对构型与D L命名 人为选定一个简单化合物为标准 并假定它的构型 其它旋光性化合物用联系法确定构型 其构型为相对构型 甘油醛 D L 1 2 3 D L命名时 费歇尔投影式的写法 碳链竖向排列 氧化态高者在上方 低者在下方 1 2 3 D 乳酸 1 2 3 L 丝氨酸 1 2 3 4 5 6 D 葡萄糖 D 果糖 2 绝对构型与R S命名 基团大小顺序规则 书 P92 1 首先比较与手性C相连原子的原子序数 大者为大 2 若原子序数相同 则对所连下一个原子继续比较 若还相同 比下一个原子 3 若取代基为不饱和基团时 相当于连有两个或三个相同基团 常见烃基大小顺序 绝对构型与R S命名 立体图式 从远离最小基团的位置观察其它三个基团的排列顺序 由大到小顺时针为R型 逆时针为S型 S S R R S S 费歇尔投影式 最小基团在竖键者直接读 顺时针为R 逆时针为S 在横键者 读出的结果与实际相反 S S S S S S R R 练习题 指出相互关系 R R S S 对映异构体 S S S S S S R R R R 六 不同类型的手性分子 含n个不相同手性碳的化合物有2n个旋光异构体 对映体成对数目 2n 1 1 含一个手性碳的化合物 S R 2 含两个手性碳的化合物 1 两个不同手性碳的化合物 有22 4个旋光异构体对映体成对数目 22 1 2 对映异构体 非对映异构体 S S S S R R R R 赤藓糖 苏阿糖 S S R R R S S R 2S3S 2R3R 2S3R 2R3S 赤式 赤式 苏式 苏式 7 1 7 1 173 C 173 C 9 3 9 3 167 C 167 C 有活性 无活性 2 两个相同手性碳的化合物 同一化合物无旋光性 内消旋体 meso 2n S R S R 50 50 外消旋体 内消旋体 meso 酒石酸 酒石酸 dl 酒石酸 旋光纯 外消旋体和内消旋体性质的比较 写出3 4 二氯己烷所有旋光异构体并对构型加以命名 写出麻黄碱所有旋光异构体并对构型加以命名 3 含三个手性碳的化合物 1 三个不同手性碳 2 两个相同手性碳 假手性碳 了解 内消旋体 无旋光性 假手性碳 化学组成相同构型不同的基团 r 对映异构体 4 脂环化合物的立体异构 1 奇数环系 三元环 五元环 meso R R S S 有两个相同取代基 顺式meso 反式有旋光性 有两个不同取代基 无论顺反都有旋光性 2 偶数环系 四元环 六元环 无 无 两取代基在对位 无论是否相同 无论顺反 都无旋光性 无 有 有 两取代基在其它位置 若相同 顺式为meso 反式有旋光性 不同都有旋光性 练习 判断下列化合物有无手性 R R R R 无 无 P101 练习题3 8 写出构型异构体 命名C 1 顺反 2 顺反 旋光 R R S S R S S R 3 顺反 指出下列各组化合物之间的关系 同一 同一 R S 同一 R R R R 非对映异构体 S R R R R R S S 对映异构体 指出下列化合物是否具有光学活性并标注C 的构型 R R 有 R R S 有 S R meso 无 R S meso 无 r r 山梗烷啶是从印度烟叶中分离到的一种化合物 它没有旋光性 也不可拆分 它的立体结构应是怎样的 5 不含手性碳的旋光异构体 1 丙二烯型 两平面相互垂直 同碳连有不同基团 有旋光性 与镜像无法重合 是手性分子 有对称面 为非手性分子 2 螺环型 与镜像无法重合 是手性分子 大基团使单键旋转受阻 与镜像无法重合 是手性分子 3 联苯型 位阻型 典型基团体积大小顺序 I Br CH3 Cl NO2 NH2 COOH OH F H若两个基团的半径之和大于F和COOH的半径之和 则产生的一对对映体就能稳定存在 有 无 判断下列化合物有无旋光性 有 有 有 有 判断下列化合物是否具有光学活性 有 有 无 有 无 有 无 手性分子的来源自然界 糖类 氨基酸 生物碱 萜类 甾体化合物外消旋体的拆分不对称有机合成反应 第二部分 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 1992年 美国FDA发布了有关手性药物的指导原则 要求制药公司对于含手性中心的药物 必须对两个异构体进行研究 并证明它们都无任何毒副作用 希望以此来预防某一异构体对人体的有害反应 外消旋体的拆分 Resolution 巴斯德 L LouisPasteur 1822 1895 1848年 巴斯德借助放大镜拆分 外消旋的酒石酸钠铵 仪器拆分 GC HPLC HPLC用手性柱 GC用手性柱 化学法拆分 常用拆分试剂天然手性生物碱 马钱子碱 奎宁 番木鳖碱 辛可宁手性酸 酒石酸 樟脑磺酸 例 外消旋a 苯乙胺的化学拆分 在甲醇中溶解性差 酶解法拆分 利用酶的选择性反应进行拆分 不对称合成 AsymmetricSynthsis 例1 手性底物控制选择性 例2 手性底物 手性试剂控制选择性 前手性分子 prochiral 手性试剂 手性试剂 催化剂 控制选择性 WilliamS Knowles RyojiNoyori K BarrySharpless TheNobelPrizeinChemistry2001 fortheirworkonchirallycatalysedhydrogenationreactions forhisworkonchirallycatalysedoxidationreactions 威廉 诺尔斯的贡献是 他发现可以使用过渡金属来对手性分子进行氢化反应 以获得具有所需镜像形态的最终产品 他的研究成果很快便转化成工业产品 如治疗帕金森氏症的药L DOPA就是根据诺尔斯的研究成果制造出来的 而野依良治的贡献是进一步完善了用于氢化反应的手性催化剂的工艺 巴里 夏普莱斯的成就是开发出了用于氧化反应的手性催化剂 第三部分 反应中的立体化学 1 取代反应的立体化学 构型保持retention 构型翻转reversionWalden转换 外 消旋化recemization 2 加成和消除反应中的立体化学 顺式 烯烃 1 催化加氢 2 硼氢化氧化 3 稀 冷KMnO4 顺式 外消旋体 反式 烯烃 1 加卤素 2 加次卤酸 X2 H2O X2 ROH 练习题 顺 2 丁烯加溴得到 2R 3R 2 3 二溴丁烷及其等量