第四章 对映异构ppt课件

.,1,.,2,.,3,旋光性,旋光度,比旋光度,分子的手性,对映异构现象,对映异构体,不对称碳原子（手性碳原子ChiralCarbons）,手性,手性分子,对称因素对称轴对称面对称中心,手性与对称性的关系,费歇尔投影式,绝对构型（R、S）的表示方法,外消旋体,相对构型（D、L）的表示方法,.,4,第一章引言,1.1有机立体化学定义立体化学（stereochemistry）,静态立体化学（分子立体化学）动态立体化学（反应立体化学）,.,5,1.2立体化学的历史1801年法国矿物学家Hauy发现石英有两种晶型。Malus（1809年）、Arago（1811年）和Biot（1812年）发现石英晶体使平面偏振光的偏振面发生旋转。1815年Biot拓展到有机化合物，他发现松节油、樟脑和酒石酸等都有旋光性。1822年英国天文学家JohnHerschel发现两种石英晶体与旋光方向的对应关系。,.,6,1848年法国Pasteur分离到两种晶型的酒石酸钠铵盐。1860年Pasteur已经认识到晶体和有机分子之间的相似性“它们都是因为缺少对称性才具有旋光性”。1874年vantHoff和LeBel同时提出了碳原子的四面体构型。揭示了“旋光性是由于分子具有不对称碳”这个旋光化合物的结构本质。后来的研究又发现了具有其它不对称因素的旋光化合物种类。,.,7,4.1旋光性(Opticalactivity)偏振光和旋光性偏振光：只在一个平面内振动的光。旋光性（或光学活性）：使偏振光振动平面发生改变（偏转）的性质，它可通过旋光仪检测。旋光仪的原理：,.,8,偏光器,偏光器,.,9,旋光物质（或光学活性物质）：具有旋光性的物质。分为左旋体（用-或l表示）和右旋体（用+或d表示）旋光度：使偏振光振动平面旋转的角度，用表示，其值为检偏器刻度盘上的读数比旋光度：反映了某旋光物质的旋光方向和旋光能力DT=100/(cl)右旋：“+”，左旋：“-”,.,10,注意：a.一般用钠光灯（D）作光源，=589.3nm，t=20OC,b.c：g/100mll：dmc.溶液一般为稀溶液，否则测出的值不准d.若溶剂不是水，则要在后面标出溶液及相应的浓度e.值可于手册中查到，故可用该公式来计算稀溶液的浓度或验纯，也可用同一条件下测得的稀溶液的值来比较旋光性的大小。,DT=100/(cl),.,11,4.2分子的手性(Chirality),.,12,Somechiralobjectsinourlife,Pasteur的贡献,酒石酸钠铵,.,13,对映异构现象：一个分子与其镜像的构造相同，但不能叠合，它们互称为对映异构体，简称为对映体。这种同分异构现象称为对映异构，又称旋光异构，属于构型异构的一种。,.,对映体总是成对的，它们的熔点、沸点、密度、折射率和非手性溶剂中的溶解度以及光谱图等都相同，在与非手性试剂反应时所表现的化学性质也相同。但它们对偏振光表现为不同的旋光性（opticalactivity)。旋光性是识别对映异构体的重要方法。,.,15,Tetrahedralcarbonswith4differentattachedgroupsarechiral.Itsmirrorimagewillbeadifferentcompound(enantiomer).,2.不对称碳原子（手性碳原子ChiralCarbons）：,不对称碳原子：与四个互不相同的一价基团相连的碳原子。,.,16,4.手性分子：具有手性的分子称为手性分子；手性分子都具有对映异构，都有旋光性。,4.3分子的手性与对称性,对称因素：对称轴（Cn):有n重轴Cn的分子，绕轴转动一周，可以得到n个与原始构型无法区别的等价构型。,3.手性（手征、手征性）：有的分子与其镜像之间的关系很象人的左右手，相似而不能叠合，这种性质称为手性（chirality).,如何判断？,.,17,对称面（):把分子切成互为镜像的两半的平面,Iftwogroupsarethesame,carbonisachiral.Amoleculewithaninternalmirrorplanecannotbechiral.（eg.CHCl3）,Caution!Ifthereisnoplaneofsymmetry,moleculemaybechiralorachiral.Seeifmirrorimagecanbesuperimposed(重叠).,.,18,对称中心（i）:假定对称中心为直角坐标的原点，那么任一原子（x，y，z）转为（-x，-y，-z）后成为原构型的等价构型。2.手性与对称性的关系：绝大多数情况下，分子中没有对称面和对称中心的，与其镜像就不能互相叠合，分子就有手性。3.手性中心：C、N、P、S、Si、As等手性分子中不一定含有手性原子（关键是判断对称性）。,.,19,C2,C3，3,i,i,i,C2,i,.,20,4.4含一个不对称碳原子化合物的对映异构,对映异构体：a.构造式相同；b.互为镜像，且不能重叠c.值相等，符号相反2.外消旋体：等量的对映体组成的混合物，无旋光性，常用或dl表示，外消旋体是混合物。在手性条件下可拆分。,GO,.,21,(S)-(+)-乳酸(R)-()-乳酸()-乳酸mp53oCmp53oCmp18oCD=+3.82D=-3.82D=0pKa=3.79(25oC)pKa=3.83(25oC)pKa=3.86(25oC),15,15,15,外消旋乳酸,.,22,（1）楔形透视式,写法：将手性碳表示在纸面上，用实线表示纸面上的键，用虚线表示伸向纸后方的键，用楔形键表示伸向纸前方的键。如，乳酸：,3.构型的表示方法：锯架透视式、楔形透视式、Newman式、费歇尔投影式,.,23,(2)费歇尔投影式将手性碳投影到平面上，向前伸的键横向放置，向后伸的键竖直放置。主链竖直放置，编号最小的碳放在最上面。,.,24,注意：通常将碳链置于竖直键上，并使编号最小的基团置于上端。,.,25,使用费歇投影尔式需注意的几个问题：,（i）不能离开纸面翻转，否则将改变原化合物构型。,（ii）在纸面上旋转90或其奇数倍，则改变构型；旋转90的偶数倍，则保持原构型。,.,26,（iv）若通过奇数次调换手性碳所连基团，则转换为其对映体，通过偶数次调换，则保持原构型。,（iii）若固定某一基团，而使另三个基团按顺时针或反时针方向依次调位次，将保持原构型不变。,.,27,将费歇尔式转换为纽曼投影式步骤：,判据？,.,28,*费歇尔投影式注意事项：,“+”的含义：焦点表示手性C，四个端点连四个不同的基团四个基团的空间关系：“横”前“竖”后四点操作：1.不能离开纸面翻转（会改变前后）；2.只能在纸面上平移或转动180o；3.任意两个基团不能对调；4.任三个基团可按顺（逆）时针依次调换位置,.,29,2.对映异构体构型的命名,（1）D、L命名法(糖类、氨基酸中相对构型):以D-(+)-甘油醛为标准：按Fischer投影法规定将氧化态较高的C放在竖线上方，X（官能团NH2或OH）在右侧为D型，在左侧为L型。在碳水化合物中，D、L只表示序号最高的手性碳的构型。,D-(+)-甘油醛,D,L,.,30,L-丙氨酸,D、L与“+、-”没有必然的联系,.,31,将其它化合物的构型与甘油醛关联起来，如,D-(+)-甘油醛,D-(-)-乳酸（相对构型）,.,32,实验确证：规定的甘油醛的构型与其实际构型正好相符，因此，由甘油醛与其它化合物相联系所得的相对构型，就成为绝对构型。,绝对构型：能真实代表某一光活性化合物的构型（R、S）相对构型：与假定的D、L甘油醛相关联而确定的构型。,D、L命名对多个手性碳的化合物使用不方便，目前仅在糖类和氨基酸中使用仍很普遍。,.,33,2.绝对构型（R、S）的表示方法根据次序规则确定四个基团的优先次序ABCD,找出最小基团D；(注：Z型优先于E型，R型优先于S型)把最小基团D置于离观察者最远的位置，从ABC若为顺时针旋转，则为R，否则为S；,.,34,次序规则：,.,35,常见烷基次序：,.,36,例1,例2,若最小基团不在最远处，可通过基团对调偶次数的方法，将其调换到所需位置。,.,37,例3.,.,.,39,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,expandsto,s,s,S,.,40,旋光体的R、S型和D、L型同旋光方向并不是一回事。,R、S和D、L以及旋光方向三者没有任何对应关系,.,41,D-(+)-甘油醛,L-(-)-甘油醛,D-(-)-乳酸,*相对构型和绝对构型,绝对构型,能真实代表某一光活性化合物的构型（R、S）,与假定的D、L甘油醛相关联而确定的构型。,相对构型,H,O,.,42,5.对映体的性质手性条件下（溶解度，反应速度）不同，生理活性（药性）不同。其他物性，非手性条件下的化学性质相同。对映性可在手性条件下（手性试剂，手性催化剂等）拆分。,.,43,BiologicalDiscrimination,非天然肾上腺素,天然肾上腺素,.,44,20世纪50年代中期，反应停(沙利度胺，Thalidomide)作为镇静剂，有减轻孕妇清晨呕吐的作用而被广泛应用。结果在欧洲导致1.2万例胎儿致残，即海豹婴。于是1961年该药从市场上撤消。后来发现沙利度胺R型具有镇静作用，而S型却是致畸的罪魁祸首。研究人员进一步研究发现沙利度胺任一异构体在体内都能转变为相应对映体，因此无论是S型还是R型，作为药物都有致畸作用。,.,45,.,46,目前世界上使用的药物总数约为1900种，手性药物占50%以上，在临床常用的200种药物中，手性药物多达114种。全球2001年以单一光学异构体形式出售的市场额达到1472亿美元，相比于2000年的1330亿美元增长了10%以上。预计手性药物到2010年销售额将达到2000亿美元。,美国食品与药物管理局(FDA)在1992年的政策中规定：对于含有手性因素的药物倾向于发展单一对映体产品，后来又表示鼓励把已在销售的外消旋药物转化为手性药物，这称为“手性转换(chiralswutch)”;对于申请新的外消旋药物则要求对两个对映体都必须提供详细的生理活性和毒理数据，而不得作为相同物质对待。,.,47,1.含两个或多个不对称碳原子的手性分子,（1）旋光异构体的数目（2）非对映体（3）赤式和苏式（4）差向异构体,4.5含几个不对称碳原子的化合物,.,48,(1)旋光异构体的数目,.,49,含两个不对称碳的分子，若在Fischer投影式中，两个H在同一侧，称为赤式，在不同侧，称为苏式。,（3）赤式和苏式,（2）非对映体,.,50,(i),(ii),(iii),(iv),(2R,3R)-(-)-赤藓糖,(2S,3S)-(+)-赤藓糖,(2S,3R)-(+)-苏阿糖,(2R,3S)-(-)-苏阿糖,HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO,(i)(ii)对映体，(iii)(iv)对映体。,(i)(iii),(i)(v),(ii)(iii),(ii)(v)为非对映体。,.,51,（4）差向异构体,两个含多个不对称碳原子的异构体，如果只有一个不对称碳原子的构型不同，则这两个旋光异构体称为差向异构体。如果构型不同的不对称碳原子在链端，称为端基差向异构体。,.,52,()阿拉伯糖,()耒苏糖,()木糖,()核糖,(i)和(iii),(ii)和(iv)是C2差向异构体。(i)和(iiv),(ii)和(viii)是C3差向异构体。(i)和(vi),(ii)和(v)是C4差向异构体。,.,53,3.含两个或多个相同（相象）手性碳原子的化合物,（1）假不对称碳原子（2）内消旋体,.,54,一个碳原子（A）若和两个相同取代的不对称碳原子相连而且当这两个取代基构型相同时。该碳原子为对称碳原子，而若这两个取代基构型不同时，则该碳原子为不对称碳原子，则（A）为假不对称碳原子。,假不对称碳原子的构型用小r,小s表示。在判别构型时，RS，顺反。,(1)假不对称碳原子,.,55,对称碳原子,不对称碳原子,(2R,4R)-2,3,4-三羟基戊二酸,(2S,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸,(2R,3s,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸,(2R,3r,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸,三羟基戊二酸,.,56,问题4.8判断下列化合物的构型是R还是S,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,R,R,S,S,S,S,.,57,问题4.7从平面结构判断下列化合物有无手性，然后再从椅式构象验证结论是否正确。,.,58,习题1.找出下列化合物分子中的对称面或对称中心，并推测有无手性，如有，写出其对映体。,.,59,(2)内消旋体,分子内含有平面对称性因素的没有旋光性的立体异构体称为内消旋体。(meso),.,60,(I),(I),(2),(3),(+)-酒石酸,(-)-酒石酸,(R),(R),(R),(R),(S),(S),(S),(S),mpD(水)溶解度(g/100ml)pKa1pKa(+)-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,酒石酸的情况分析,.,61,4.6碳环化合物的对映异构,环丙烷衍生物环丁烷衍生物环戊烷衍生物环己烷衍生物,简便判断法：把环看成平面结构，找对称面和对称中心，若二者都没有，则有对映异构体。,.,62,顺(或反)-1,2-二氯环丙烷,顺(或反)-1,2-二氯环丁烷顺(或反)-1,3-二氯环丁烷,顺(或反)-1,2-二氯环戊烷顺(或反)-1,3-二氯环戊烷,顺(或反)-1,2-二氯环己烷顺(或反)-1,3-二氯环己烷顺(