第二讲 有机化合物命名 立体化学 93pp

1,有机化学,OrganicChemistry,2,第二章有机化合物命名,2.2.7含氮化合物系统命名,1胺类化合物命名,以烃为母体，把氨基作为取代基,注意：NH3是氨，当N原子连有烷基后就成了胺，注意区别。,3,第二章有机化合物命名,2.2.7含氮化合物系统命名,1胺类化合物命名,用“N”来注明烃基与氮的连接,4,第二章有机化合物命名,2季铵类化合物命名,2.2.7含氮化合物系统命名,含有四价正氮离子的盐或氢氧化物的化合物,命名时先写出：阴离子化铵然后把N原子上烷基按次序全部列出,5,第二章有机化合物命名,2.2.7含氮化合物系统命名,3重氮化合物命名,重氮化合物：-N=N-基团只有一端与烃基相连,看成无机离子化合物,6,第二章有机化合物命名,2.2.7含氮化合物系统命名,3偶氮化合物命名,偶氮化合物：-N=N-基团的两端都与烃基相连,偶氮苯,偶氮苯,4,4-二甲基,7,第三章立体化学,异构现象从一维进展到二维，继而延伸到三维空间,8,第三章立体化学,碳干异构：碳原子链接次序不同导致,3.1立体化学的概念,这三个化合物分子式都是C7H16,9,第三章立体化学,位置异构：官能团在分子中位置不同导致,3.1立体化学的概念,10,第三章立体化学,3.1立体化学的概念,官能团异构：官能团不同导致,11,第三章立体化学,3.2构象异构,头对头键形成，可以围绕键轴旋转,分子中各个原子在空间不同的分布形状，称之为构象,12,第三章立体化学,3.2构象异构,乙烷分子电子云示意图,随着键旋转，乙烷有无数构象,观看动画课件,13,第三章立体化学,3.2构象异构：Newman投影式,Newman教授发明一种投影方法，在纸面上标识三维空间造型：Newmann投影式,图中的圆圈表示的是C-C的电子云,14,第三章立体化学,3.2构象异构,两种极端的构象：6个氢原子彼此距离最远，称为交叉式构象，此时分子能量最低；另外一种是6个氢原子彼此距离最近，称为重叠式构象，此时分子能量最高。,观看动画课件,15,第三章立体化学,3.2构象异构,随着构象不断变化，分子的能量也在不断的周期性的起伏：最高能量与最低能量的差值称为能垒。,观看乙烷分子构象动画课件,观看丁烷分子构象动画课件,16,第三章立体化学,3.2构象异构,丁烷构象,0.21kJmol-168%,14.6kJmol-1,19.2kJmol-1,3.70kJmol-132%,17,第三章立体化学,3.2构象异构,丁烷构象,18,第三章立体化学,3.2构象异构,分子构象旋转受阻，不能自由变化，将导致异构产生,苯环上对应的基团半径之和超过0.29nm，联苯就不能自由旋转,19,第三章立体化学,3.3顺反异构,双键中的键不能旋转：2p将不能肩并肩！,20,第三章立体化学,3.3顺反异构,当相同基团位于双键同一侧时，称之为顺式结构；反之，就是反式结构。,21,第三章立体化学,3.3顺反异构,双键碳上没有相同的基团，无法使用顺反法则进行有效区分,Cahn-Ingold-Prelog次序,22,立体化学次序规则规定：1)比较与母体相连的原子在周期表中的序数，序数大的优；2)第一个原子相同的，比较与之相连的其他原子，以此类推直到比出优先次序,优的基团后出场！,第三章立体化学,23,（b）Z/E命名法系统命名法采用Z/E命名法。将双键碳原子上的两个原子或基团按优先次序规则进行判断，若优先基团处于双键的同侧，则称为“Z”式；处于异侧称为“E”式。优先次序规则：（）与双键碳原子直接相连的原子，按原子序数大小排列，原子序数大的为优先基团。,-Cl-CH3-CH3-H,Z-2-氯-2-丁烯,-CH3,Z-3-甲基-2-氯-2-戊烯,BrClF,2）如果不能按1）法比较出两原子团的先后次序（如与C*相连的两原子相同），则比较与这两个相同原子相连的其它原子的先后顺序，把比较出的次序作为与C*相连的两基团的先后顺序。,优先次序为:BrClFH,1,3,4,2.R，S命名法,3.7、构型标记法：,59,59,2.R，S命名法规定当a、b、c以顺时针方向排列时，该C*为R构型，当a、b、c以逆时针方向排列时该C*为S构型。,3.7、构型标记法：,60,如上图，优先次序为ClCH3CHCH3CH2CH3H,如上图，优先次序为ClCH3CH2CH3H,1,2,3,4,1,2,4,3,2.R，S命名法,61,2.R，S命名法（R.S.Cahn-C.K.Ingold-V.Prelog）四个基团按次序规则定出先后次序；大拇指指向最小的基团；剩下的基团排列次序与右手一致为R构型；与左手一致为S构型。,62,2.R，S命名法（R.S.Cahn-C.K.Ingold-V.Prelog）四个基团按次序规则定出先后次序；大拇指指向最小的基团；剩下的基团排列次序与右手一致为R构型；与左手一致为S构型。,63,2.R，S命名法（R.S.Cahn-C.K.Ingold-V.Prelog）四个基团按次序规则定出先后次序；大拇指指向最小的基团；剩下的基团排列次序与右手一致为R构型；与左手一致为S构型。,64,2.R，S命名法（R.S.Cahn-C.K.Ingold-V.Prelog）四个基团按次序规则定出先后次序；大拇指指向最小的基团；剩下的基团排列次序与右手一致为R构型；与左手一致为S构型。,（S)-2-羟基丙酸,65,1.5手性化合物命名:,R-1-苯基-乙醇,R-2-氨基-丙酸,D-（+）-甘油醛,(S)-3-苯基-3-氯-2-丁酮,66,对映异构体,对映异构体,非对映异构体,非对映异构体,非对映异构体,含有两个不同手性中心的化合物具有4个立体异构体,67,S,S,R,R,S,R,S,R,68,A、&，&分别为对映体；B、&具有对称面，而且可以互相重合，因而是同种分子；C、&,&组成相同，但不为镜象，是非对映异构体；内消旋化合物(mesocompound)：分子中虽含有手性中心，但不旋光的化合物；外消旋化合物（racemiccompound):等量的(+)，(-)酒石酸相混合，旋光性能互相抵消，混合物不旋光。外消旋化(racemization):一个对映体变成其镜像并达到化学平衡的过程称为外消旋化；注意：外消旋化合物是混合物，内消旋化合物是纯净物。,69,2.构型与绝对构型：碳原子周围相连基团在空间的不同排列称为该原子的构型或绝对构型，可以通过X晶体衍射进行测量，化合物的旋光性质不能提供有关绝对构型的任何信息。,次序规则：各种取代基按先后次序排列的规则称为次序规则，要点为：,70,出汗时肌肉分泌,牛奶发酵得到,D=(+)3.82,D=(-)3.82,3.8手性现象对于生命的意义,71,Ibuprofen,直接止痛,在体内转化成左式发挥止痛作用,由上可知，Ibuproven尽管原子组成相同，但互为对映异构体，构型不同，药效不同，说明生命体对异构体具有偏爱，这是一种不对称行为。又如：,R,S,2.对映异构在生命化学中的应用,72,1957年1962年，反应停的服用造成数万名婴儿严重畸形。研究发现，其致畸作用是由右式所代表的S异构体引起，而左式所代表的R异构体不引起致畸作用。,沙利度胺（Thalidomide)又名反应停,R,S,2.对映异构在生命化学中的应用,73,除了之前提到的Ibuprofen和沙利度胺（Thalidomide)之外，还有许多手性药物对人体有不同的作用。一种对映体有效，另一种无效，甚至有害。,Dopa（多巴）,（S）-异构体，具有治疗帕金森综合症的生物活性（R）-异构体，造成粒状白细胞减少症（极度危险）,2.对映异构在生命化学中的应用,74,2.对映异构在生命化学中的应用,75,2.对映异构在生命化学中的应用,76,2.对映异构在生命化学中的应用,77,20世纪初，发现左旋肉碱，参与人体的许多代谢过程，是体内脂肪氧化代谢的必须物质。左旋肉碱有生物活性。,肉碱,右旋肉碱,左旋肉碱,2.对映异构在生命化学中的应用,78,苧烷,2.对映异构在生命化学中的应用,79,2.对映异构在生命化学中的应用,80,组成蛋白质的氨基酸都为左旋氨基酸，人们多数习惯使用右手，交通法规定右行从物质的组成，到动物的行为，从微观世界到宏观世界无不显示对某一手征性的偏爱，所以整个宇宙是手征性的。为什么整个世界对手征性有偏爱，认真研究，科学的解析，将是一件十分有意义的工作。,2.对映异构在生命化学中的应用,81,外消旋体的拆分,外消旋体与手性试剂作用,得到非对映异构体,物理性质不同,可以分步结晶而分开,进一步反应,可以得到纯光学活性物质。,手性分子与手性试剂的反应,外消旋混合物,82,不对称合成(Asymmetricsynthesis),利用合成方法，只选择性合成有用的、单一的对映异构体，称为不对称合成或对映异构体选择性合成(enantioselectivesynthesis)。不对称合成除快速、有效合成有用的产物外，同时可以充分利用资源，符合绿色化学的要求，是当今有机合成的前沿领域。由于W.Knowles、R.Noyori和K.B.Sharpless在不对称合成领域的基础和应用研究中的杰出贡献获得了诺贝尔奖。,83,非手性化合物产生手性中心的反应以正丁烷氯化为例,产物之一具有手性中心：,手性中心,C*,不对称合成(Asymmetricsynthesis),84,用非手性试剂合成手性化合物往往得到外消旋体,即非光学活性试剂产生非光学活性产物。,S,(S)-(+)-sec-Butyl-chloride,(R)-(-)-sec-Butyl-chloride,R,反应的第一步得到平面型的自由基；反应的第二步，Cl分子从自由基所在平面的两边进攻得到外消旋体,不对称合成(Asymmetricsynthesis),85,2）产生第二个手性中心的反应,不对称合成(Asymmetricsynthesis),86,立体位阻大,立体位阻小,在手性环境中反应，得到不同量的非对映异构体,多,少,不对称合成(Asymmetricsynthesis),87,Dopamine,(-)-Norepinephrine,Dopamine-monooxygenase,O2,药物多巴胺（Dopamine）在人体内被特定的酶氧化成手性化合物，选择性为100。,多巴胺的氧化,不对称合成(Asymmetricsynthesis),88,Nakada等将醛基上的氢原子换成TMS，使底物与丁基锂加成非对映选择性可达99%：,不对称合成(Asymmetricsynthesis),89,5.天然产物中提取,中国红豆杉,紫杉醇是美国北卡罗莱纳州三角研究所的Wall博士和Wani博士于1967年发现的。之后，他们又从太平洋红豆杉中分离出了这种化合物并发现它具有广泛的抗恶性肿瘤作用。,紫杉醇是至今所知的最好的治疗卵巢癌和乳腺癌的药物，价格非常昂贵，市场售价为4800美元/克。并且它的自然资源-红豆杉都生长地十分缓慢，数量有限且其中有效成分的含量非常低。治疗一个病人需要