改2寇伟群第六章动态立体化学

1、第六章：动态立体化学6.1 前前(潜潜)手性分子手性分子一、一、sp3杂化原子的前（潜）手性杂化原子的前（潜）手性1、分子cabc2（a、b、c是不同取代基）经过一简单的操作变成手性分子cabcd， cabc2 称作前（潜）前（潜）手性分子手性分子，c称为前（潜）手性中心前（潜）手性中心。1）cch3hohhrcch3hohdscch3dohh同位素取代+手性分子（对映体）前手性2）chho2ch2cohho2ch2cchho2ch2cohh3co2ch2crchh3co2ch2cohho2ch2cs单酯化+手性分子（对映体）前手性 对映面：对映面： 平分h-c-h键角或（ho2ch2c）-c

2、-（ch2co2h）键角的平面称为对映面。 对映基对映基: 基团 1）中的h-、2）中的（ho2ch2）- 被定义为对映基对映基。3）caxbxsphoh3cocchohhocohhh,sh3coh3c, 这些分子都是前手性分子，-/ -、- / - =/ =、-/-和-/-分别是对映基。2、前手性基标记：前、前手性基标记：前-r，前，前 -s 前手性分子cabc2中两个c基团能区分为前前-r基基和前前 s基； 按顺序规则，指定一个c优先于另一个c，如果得到的前手性中心是r -构型，则指定优先的c是前-r基；如果得到s -构型，则指定优先的c是前-s基。例例ccl2cl1brhccl2cl1b

3、rccl2cl1br前s前r（a）r型（b）s型指定cl1 cl2，得（a）为r -构型分子，cl1 称作前-r基；指定cl2 cl1，得（b）为s -构型分子，cl2称作前-s基；3、cclhhcl 在这个分子中两个cl或两个h都不是对映的，是等价（完全相同）的。非前手性分子二、二、sp2杂化原子的前杂化原子的前-手性手性 1、前、前-手性手性cr2or1当r1 r2时，进行加成反应得到对映体，产生一个手性中心。1）cr2ophcmeophlialh42)h3o1)memgbrchmephchr2ohphcohmehphcohr2hph(a）（b）手性分子（对映体）手性分子（对映体）前手性前

4、手性c2）？cr2ophcmeophlialh42)h3o1)memgbrchmephchr2ohphcohmehphcohr2hph(a）（b）手性分子（对映体）手性分子（对映体）前手性前手性coh2、准对映面的标记、准对映面的标记 与分子中心c相连的三个取代基按顺序规则排序： 从较优基到较不优基，若顺时针转时，这个准对映面用re-表示表示，称作re- 面面； 从较优基到较不优基，若反时针转时，这个准对映面用si-表示表示，称作si- 面面。chooh3ccohoch3chooh3cre面si面 re- 面si- 面cr2or1 分子所在平面称为准对映面准对映面(前前-手性面手性面)；这个碳

5、原子称前前-手性中心手性中心，羰基化合物称前前-手性分手性分子。子。 4、将、将re- / si-标记应用到标记应用到 上上ccccmebrhhrereccho2chco2hhsisi分子的平面是对映面分子的平面是对映面。例如： chohch3coh3c,cr2or1非前手性 3、当r1= r2时，进行加成反应不产生对映体，产生两个相同的化合物。r1和 r2是等价的。这个分子是非前非前手性分子手性分子。 非前手性分子非前手性分子三、连手性分子的三、连手性分子的sp3 -前手性和前手性和sp2 -前手性前手性 1、连有手性中心的前手性中心（、连有手性中心的前手性中心（sp3 -前手性中心）前手性

6、中心） 1）hhco2hco2hhfhfdhco2hco2hhfhdco2hco2h同位素取代ab32b32a32非对映 c3称为前-手性中心；连在有手性中心的有手性中心的前-手性中心上的两个ha、hb基是非对映基非对映基；相应的平面称为非对映非对映面面。c2h5c(r)ccoohch3hhh 两个氢是非对映基； 相应c为前前-手性中心手性中心。 2) 有刚性平面的分子ch2cc2h5h2ch3cchahbcoch2cc2h5h2ch3ccdhbcoch2cc2h5h2ch3cchadco同位素取代非对映体 分子中有一个刚性结构平面，是非对映面非对映面；ha与hb是非对映基；所在碳原子是前前-

7、手性中心手性中心。cccohohohh1h3h4h2h3) 甘油 ch2oh choh ch2oh 中间c一个前前-手性中心手性中心和两边c两个前前-手性中心手性中心。 用同位素d取代四个h中任何一个，生成两个手性中心，产物非对映体。h1/h2, h3/h4, h1/h3, h2/h4 四对非对映氢。 2、连有手性中心的、连有手性中心的sp2 前前-手性中心手性中心1）羰基化合物mec(s)chohphoococch 平面称非对映面非对映面。cocc2h5hnh3ccnhcochc6h5re面si面cc3r2r1rcooccoohhhsire2）非对映面的标注 分子有刚性平面， 是 一个非对映

8、面。 上面为si-面；下面为re -面。3）两个sp2前-手性中心分子有一个非对映面，上方非对映面，两前-手性中心标记si ,re；下方非对映两前-手性中心标记re ,si；cr3xr1r2ycr3r1r2y6.2 饱和碳原子上的亲核取代反应的立体化学饱和碳原子上的亲核取代反应的立体化学 x= cl，br，i, +oh2, oso2c6h4me-4，-oso2c6h4br - 4, sr2； y=ho-，ro-(r=alkyl），-nme3，-cn, -sr, i-; (亲核性 yx) 1. 动力学方法鉴别动力学方法鉴别sn1,sn2coohchclch2coohpcl5coohch(oh)c

9、h2coohsocl2coohchclch2cooh(+)(+)(-) 2.用立体化学方法鉴别用立体化学方法鉴别 sn1,sn2反应反应第一个取代反应sn1: v=k1m ； sn2: v=k2m1m2 6.2.1 sn2反应nu-cr3lgr1r2nu-cr3r1lgr2ch3cic6h13hi*-cch3c6h13ihi*-ch3cc6h13h*icr3r1r2nui-lg+ 构型翻转，转变为旋光方向相反的化合物。 转化速度是1/ 2消旋化速度。消旋化速度。6.2.2 sn1反应ch3ciphh(s)-phch3hh2o(a)(b)(a)(b)ch3chohph(r)-ch3chhpoh(

10、s)-两步反应，消旋化。 含有一个好的离去基团（i-）和能稳定正电荷的取代的分子倾向sn1反应。 ？6.2.3 sni反应（分子内的反应（分子内的sn2）chohrr+scloclchorrsclochclrr+ so2-hcl构型保持，旋光方向不变。6.3 生成烯烃的一些反应的立体化学生成烯烃的一些反应的立体化学 生成烯烃的三种主要反应： 1）消除反应（-消除） 醇、卤代烃、磺酸酯、硼酸酯、季胺盐消除； 2）wittig反应得（z-,e-)混合烯烃 选择试剂可控制一定比例的e-或z-烯烃；改用 peterson试剂可控制以e-或z-烯烃为主； 3）-羟基砜的消除反应phso2-chr-r2c

11、ohr3na-hg/ch3ohr1ch=chr2(e-)6.3.1 消除反应消除反应 一、一、 -消除反应制备烯烃消除反应制备烯烃 酸催化的醇脱水；碱催化卤代烷脱卤化氢；磺酸酯消去磺酸；硼酸酯脱硼酸；季胺盐脱叔胺等反应。ccxh+,oh-,hvcc+ hx x=oh, br, oso2ch3, obo2ch3, nr3chcxhchcchchchcxcc+ hb + xb-两种机理：e1e2-xch3chbrch2ch3ch3ch2ch2chn+(ch3)3ich3ch3ch=chch3 + ch3ch2ch=ch2ch2=chch2ch3 + ch3ch=chch3naoch2ch3/eto

12、h81%19%koh/h2o98%2%(a）（b）区域选择性区域选择性：saytzeff rul； hofmann rule立体专属性反应立体专属性反应：e2反应是反式消除，meso-（r,s）-1，2-二苯基 - 1，2-二溴乙烷（e）-溴代苯乙烯（r,r）-或（s,s）-1，2-二苯基-1，2-二溴乙烷（z）-溴代苯乙烯-oh-ohphhbrhphbrssbrhphhphbrcphbrchhp(z)-cphbrhcb rphhcphbrcphh(e)-phhbrbrphhrshbrphbrphhcphhcphbr(e)-cphhbrcbrphhchphcphbr碱phhbrhphbrrrc

13、phbrchhp(z)-hc h3c6h5c6h5hn+m e3cc h3c6h5chc6h5n+m e3hc6h5c h3hc6h5hc6h5n+m e3c6h5c h3hrr(z)-rrh3chsrc6h5c6h5hn+me3cc6h5h3cchc6h5n+me3hc6h5hh3cc6h5c6h5me3n+hc6h5hh3cr(e)- 邻位阻大，速率慢！邻位阻大，速率慢！ 邻位阻大，速率慢！邻位阻大，速率慢！ 规律：规律： 1、消去的h与离去基团处于反位交叉构象，最易消除。 2、两个季胺盐消除很慢，因h与+nme3处于反位交叉 构象，有两个大的基团处邻位交叉构象，空间位阻大。 zn粉脱邻二

14、卤原子的机理不同，是順式-消除：cphbrhcbrphhcphbrhcbrphhzncphhcphh(z)-二、环状化合物的二、环状化合物的e2-反式反式-消除消除 在六元环系统中，h与离去基反式处于两a-键上易进行e2-反应。mehhc3h7hhclhhhhhclhhhmec3h7hhhhhhclhc3h7mehhc3h7memehc3h7hhclhc3h7memec3h745123563214慢451236563241baba快不稳定构象稳定构象？三、羧酸酯，黃原酸酯，三、羧酸酯，黃原酸酯，n-氧化叔胺、氧化硒是順式氧化叔胺、氧化硒是順式- 消除消除cchocrocchocsch3scch

15、nor1r2cchseorccccccccrseohnohr1r24500+ rcooh热消除2000+ ch3scosh1500+2300+ 羧酸酯:黃原酸酯:n-氧化叔胺:氧化硒:1、(r,r)-1-乙酰氧基乙酰氧基-2-氘代氘代-1,2-二苯基乙烷热消除得二苯基乙烷热消除得 (e)-氘代二苯乙烯氘代二苯乙烯chophchphdcomechhpcphd(e)-chophcdphhcomehhphohhpcmeohpdhohhpcmeochhpchhpcphdchhp(e)-(e)- 得不到（z）-二苯乙烯，因为两个苯基全重叠空间位阻大。 (r,s)-1-乙酰氧基-2-氘代-1,2-二苯基乙

16、烷,热消除得（e）-氘代 二苯乙烯：位阻大cho(h3c)3ccphhhcsmesbtchch2hscomes1700+cchh2chnhhomemehch2ch2cchchch2nohmeme1400+ah2ccchh3chsehc6h5oc6h5h3chcchc6h5c6h5seoh250+2、3、 4、 -ch3可以转化，但空间位置一样 可以绕-键转动，使-c上大基团转到异侧。（z）- c2h5 och3 oph ch(ch3)2 ph cl c(ch3)3 sch3 这是b构象稳定性和含量增加顺序 碳上有-oh,-nh2,形成氢键，主要为a构象；碳上有卤原子等电负性基团，主要为b构象。

17、ab 2、碳有两个取代基醛的优势构象 有一个是甲基，仍保持重叠构象；有两个取代基均大于甲基或是环状时，羰基氧与-h呈重叠式构象.hch3ch3ohhch2ch3h3ch2cohhohba 3、酮化合物的优势构象hch2rhor-h +与羰基接近时相互吸引nhorha c 碳上有-oh,-nh2,形成氢键4、邻接手性中心的酮化合物的优势构象 1）mslohsmll基远离羰基氧原子sxlorx为卤素原子羰基氧原子与x垂直2） 二、结构与反应性二、结构与反应性cr1r2ocr2r1o + -极性重建，易发生亲核加成反应上面下面cr1r2onu-1080onur2r11、当r1=r2时，有对映面，生成

18、非手性化合物， nu-进攻羰基的两个面机会相等。2、当r1 r2时，有对映面，生成手性化合物（对映体）， nu-进攻羰基的两个面机会相等， 生成外消旋体。3、当r1、r2中含一个或多个手性中心时，有非对映面， nu -进攻羰基的两个面机会不相等，生成不等量的非 对映体。 6.5.2 羰基接手性中心的非环状羰基化合物的亲 核加成反应一、gram规律 开链化合物的自由旋转容易，构象多，难预料，准非对映酮键合到手性中心的四个基团为cor1、s、m和l基（sm99%从(b)方向来产物,99% ch3oohh3cch3cch3ch3ch3ocoohr*进攻上（si)面，无阻力进攻下面（re)面,有新戊基

19、阻力si面hcoolialh4h3o+ch2ohhhhticl2(or)2r*-2896%的endo异构体, 99.4%的对映体过量6、区域选择性、区域选择性c2h5ooch3chocooch3och3chocooch3c2h5o1001601003节课 11/12-2008二、烯烃和烯酮的环加成二、烯烃和烯酮的环加成 两个简单烯烃环加成2+2很少，因为同面加成轨道不对称，异面加成空间阻力大。r1r1r3r2lumolumor4r2r1r3r4homor4r1r2r3r4homor3r22+2同面异面 烯酮与烯烃环加成2+2，异面空间阻力则可减少：or3r4r1r2r5r6or3r4r1r2r

20、5r62+2这是合成多取代的环丁酮的简单方法。hhoclclhoclclhoclclhh2+214oclcl500例如双环酮的合成：三三 电环化反应电环化反应 立体专属性反应h2h2h1h1h2h2h1h1hhhhch3ch3hch3hch3加热反应：对旋对旋654321lumohomo共轭三烯六个电子组成六个分子轨道 ？ch3h3chhch3hhch3sr3homoch3ch3hhch3ch3sr加热反应加热反应ch3hhch3ch3ch3hhrr4hvhumoch3ch3ch3hch3hhv光照反应光照反应顺旋l（电子处于激发态）/ 四、四、cope-重排重排 3+3h3chhch3ch3

21、hhch3ch3hhch3ch3hhch3zehomolumo主要轨道交盖？椅式过渡态船式过渡态重新画图！不利的作用主要轨道重叠lumohomo006.6.2 通过高能量中间体的成环反应通过高能量中间体的成环反应 rchrch+_:nu-e+rchradrch:nurcherchrad分子内由高能量中间体c+、c- 和 c 进行环化反应。 一、分子内亲核进攻（一、分子内亲核进攻（c中间体）中间体） 1.baldwin规律规律（进攻角度）（进攻角度）：xr2er1r3xr1r3r2+e-180从离去基背后180进攻sp3的中心（tet-）er1r2x-exr1r2109亲 核 加 成 ：亲 核

22、试 剂 以 109进 攻 sp2的 接 受 电 子 中 心 （ trig-）sn2反应：erexrx60亲核试剂以60进攻接受电子的直线反应中心（dig-） 对第二周期元素c、n、o等进攻的角度能严格服从baldwin规律，而大体积、易极化的第三周期元素，进攻角能达到这个值，但不像第二周期那样容易。影响成环的两个因素：影响成环的两个因素： 1）成环，环上原子数目 2） 成环，环上电子的流向xxx-(ch2)n-2ab(ch2)n-2(ch2)n-2ab形成环上原子数为n或n+1 a路线:电子流向环内，endo- ；环上原子数目 n+1。 b路线:电子流向环外，exo- ；环上原子数目 n。可用

23、这些术语描述这类成反应：可用这些术语描述这类成反应： 1）新形成环上原子数目n； 2）被进攻中心是tet, trig, dig形状； 3）成环电子流向内（endo-）、外（exo-）；反应难易程度：nexo-/endo-tet/trig/dig易/难(有利/不利)3-7exo-tet易(有利)3-6endo-tet难难(不利)3-7exo-trig易6-7endo-trig易3-5endo-trig难难5-7exo-dig易3-7endo-dig易3-4exo-dig难难2、亲核试剂进攻亲电中心的有利反应的列举亲核试剂进攻亲电中心的有利反应的列举nh2oetonhooch3phoch3ch3c

24、h3nhocch3ophhnoetooh3cch3ch3ohnoh+nophch3etoh3coch3ch3h5-exo-trig+5-exo-trig5-exo-trig-共轭加成dig/brcooetcooetchohhohrshohrohrccooetcooethhhhh+br4-exo-tet+5-exo-tet+ 后类反应与碘化反应类似。构成环上含氧化合物，有很好的立体控制，是流行的合成方法ohoohiohoihoh+ooii2nahco32-5-exo-tet 这样卤化反应经常用baldwin规律解释解释： 是通过碳正离子中间体进行的，但这个规律有时不能严格应用。 3、从烯酸和烯醇

25、类化合物合成多官能团的杂环化合物，在动力学条件和缺少立体或电子的因素条件下，一般以exo-反应有利：hoocohcoohbr2cohbrohoooiohcoobrooi4-exo-tetki/i2nahco3/h2o+(a)(b)5-exo-tet 6-endo-tet20 : 1难进行难进行易进行易进行ohnhcoch3i2 nahco3etoac ,h2ohohoohhch3ch3+ii2nahco3ohhohhohohhhinhcoch3hhch3i+hch3oihhhncoh3cohihhncoch3hh3ciohohch3hoh25% 位阻大(c)(主要产物）(d)75% 位阻小？4

26、、通过动力学或热力学控制也能得到不同比例产物: (s)-4-甲基-5-己烯酸的碘化反应，动力学控制得到顺-内酯，热力学控制得到反-内酯：hohbuhhhoochch3i2i2ch3cni2 nahco3h2o chcl3hohbuhi2ooh3ciobuhhihooh3ci+2.3:11:15(动力学控制）热力学控制两取代基反式，两个e-键4-exo-tet碱碱6-exo-teti 5-exo-tet二、分子内亲电取代环化反应（c+中间体）ohh3cch3rh+-h2oh3cch3rh3cch3rh2o-h+ohh3cch3rh3ch3cohrh3ch3ch2crh2o-h+6-endo-tr

27、ig5-exo-trig稳定不稳定叔c+比伯c+稳定由多烯烃合成甾族化合物ooch3sime3ch3hch3hhoch2ch2ohoolach3sime3lewis酸6-exo-6-endo-6-endo-6-endo-5-endo-?三、自由基机理的环化（三、自由基机理的环化（c中间体）中间体） 自由基反应在合成上有广泛的用途 自由基两种构型：rr3r2r1r2r3mefh2cf2hc 仲c 伯c 。 在自由基环关闭反应中，亲核自由基优先与电正性心反应，有选择时，自由基倾向形成较小的环。xx？5-exo-trig6-endo-trig？ 环化立体控制程度取决于非环状前体的取代情况，一些简单的

28、环戊烷衍生物，立体控制选择性不好：rrch3h5-exo-trig 有大取代基时能很好的控制立体选择性： norohooh3ch3cohhnorooh3ch3ch5-exo-trig缩醛结构很好地控制立体选择性例 多烯烃由基环化反应有很好的立体控制mememeoomehhmech2me 6.7聚合物的立体化学聚合物的立体化学聚合物包括：合成聚合物，天然生物大分子。立体化学影响聚合物的性能。一.合成聚合物 1、 聚丙烯是最简单的合成聚合物，其立体结构决定性质。memememehmemememehhmehmehmemehmememehhh经过自由基过程的丙烯聚合等规聚合物间规聚合物无规聚合物聚合物

29、的等规，间规，无规形式ohh3croch2och2och2mehmehhmen 使用ziegler-natta催化剂得到等规聚合物，甲基有规律的排列，范德华力大，甲基螺旋形排列，等规度越高，熔点越高，脆性材料。 无规聚合物，熔点低，趋向胶状材料。 2、单体是不对称的有旋光性，得到聚合物也是不对称，有旋光性。 （r）-环氧丙烷导致等规的有旋光性的聚（r）-环氧丙烷。hnohonhonhonhr1r2hhr3r4h丝中，r1，r2，r3等为h,ch3,ch2oh 其他蛋白质是复杂的，毛发含半胱氨酸，二硫键交联。二二.蛋白质蛋白质 蛋白质由氨基酸缩合而成，天然存在20种nh2chrcoohl-型，s

30、-构型。 氨基酸缩合给出肽键，多肽链是蛋白质的一级结构，最简单蛋白质是丝，由甘氨酸，丙氨酸和丝氨酸缩合而成。hnohonhonhr1hch2hr2r3hssonnhr5hh2cr4hohoh二硫键 大的取代基r(r=me，h除外)互相吸引、排斥作用，使骨架扭曲，烷基旋转互相离开，减少不利的空间因素。总平面排成折叠板型。(大分子的二级结构)。 相临近的肽键，可两个方向取向，在适当的地方形成分子间氢键，形成反平面得蛋白质折叠板型或同平行的蛋白质折叠板型。 hnohonhonhonhr1r2hhr3r4hhnnnhr8r7hhr6r5h蛋白质的反平行折叠结构hohohohnohonhonhonhr1

31、r2hhr3r4hhnohonhonhonhr8r7hhr6r5h蛋白质的平行折叠结构 分子内形成氢键是螺旋结构。键卷曲的左右方向是相等得。分子内氢键使r侧链放到明显的位置。 右螺旋时，a-氨基酸的侧链取向或多或少离开螺旋结构；氢原子指向外部。 左螺旋时，取代基间作用不同。折叠板型和螺旋结构都是蛋白质的二级结构。hncnoonhch2phoonphh2chphh2chhhhch2phhononhphh2chh分子内氢键蛋白质的螺旋结构右螺旋蛋白质的三级结构： 螺旋状，板状，匙状和筒状结构构成了完整的蛋白质的三级结构。蛋白质的三级结构酶的作用：酶的作用： 蛋白质有酶的作用，在水溶液中催化底物(如

32、酯)转变成产物(如醇，酸)：r1co2r2酶水r1cooh + r2oh催化后 酶得到再生r1co2r2en2-ohr2oh + r1cooen2h2oen2-oh + r1coohen2-ohnhccoch2水解酶 的活性中心处有丝氨酸结构： 在酶催化反应中，底物被固定到蛋白质的活性点上，通过各种作用(静电，氢键，范德华力等等)取向底物，致丝氨酸迅速发生酰化。水解酶和底物（同伴）像锁和钥匙一样配合完全。 假丝酵母玫瑰脂肪酶与(1r)-薄荷己基磷酸酯(箭头所指)的配合物 在蛋白质内部发生构型变化，在同伴内发生适宜的分子内捆绑。 酶与底物间缔合，导致底物发生转变(如酯水解成酸和醇)。 蛋白质与小分子的另一种作用是接受体-反键合。大、小分子间的作用是非共价键结合(静电，氢键等)，结合结果，小分子没有变化，接受体的作用与其构型变化有关(与反应相反)。三三. 糖糖 多糖也是聚合物，在植物体内特别重要，a-直链淀粉是葡萄糖的聚合物。a-直链淀粉的结构 在同一个聚合物分子上，邻近环面的氢键作用形成螺旋型结构。 淀粉是一个聚合物，很像a-直链淀粉，只是它是a(1-4)和a(1-6)联结，代替了a-直链淀粉的全是a(1-4)联结