立体化学基础-药本课件

1、立立 体体 化化 学学 基基 础础v立体化学立体化学( (stereochemistry) ) 描述分子中描述分子中的的原子或者原子团原子或者原子团在在空间的分布空间的分布以及由于不以及由于不同的空间分布对化合物理化性质的影响。同的空间分布对化合物理化性质的影响。同分异构同分异构构造异构构造异构立体异构立体异构顺反异构顺反异构旋光异构旋光异构构象构象异构异构(分子中原子间的排分子中原子间的排列顺序、结合方式列顺序、结合方式不同不同)(构造相同，原子在构造相同，原子在空间排布方式不同空间排布方式不同)v旋光异构旋光异构又叫又叫光学异构光学异构或或对映异构对映异构。这这种异构可以通过旋光仪测出来。

2、种异构可以通过旋光仪测出来。旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度 旋光性旋光性能使偏振光振动面旋转的性质叫做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，叫做旋光性物质。旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。不具有旋光性的物质，叫做非旋光性物质不具有旋光性的物质，叫做非旋光性物质。 左旋和右旋：一对对映体对偏振光的作用不同，左旋和右旋：一对对映体对偏振光的作用不同，一个使偏振光向顺时针方向偏转（右旋），另一个使偏振光向顺时针方向偏转（右旋），另一个使偏振光向逆时针方向偏转（左旋），两一个使偏振光向逆时针方向偏转（左旋），两者偏转数值相同。表示方法：者偏转数值相同。表示方法： “ “+

3、” +” 右旋，右旋，“” ” 左旋。左旋。 旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度，旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度，以以“”表示。表示。v 旋光度旋光度“” 受温度、光源、浓度、管长等许多因素受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响不是固定的。为了便于比较，就要使其成为一个的影响不是固定的。为了便于比较，就要使其成为一个常量，故用比旋光度常量，故用比旋光度( (specific rotation) 来表示来表示： a at = a a / (l c) 为旋光仪测得试样的旋光度； l:盛液管长度（dm,分米） c:样品浓度（g / cm3） t:测试时温度 : 旋光仪使用的光源的波

4、长(通常用钠光，以D表示)有旋光性的对映异构体，在结构上有什么特点有旋光性的对映异构体，在结构上有什么特点? 观察自己的双手观察自己的双手, 左手与右手有什么联系和区别？左手与右手有什么联系和区别？v 彼此成镜像关系，又不能重合的一对立体异构彼此成镜像关系，又不能重合的一对立体异构体，互称为体，互称为( (enantiomerenantiomer) ) 。因为它们。因为它们的旋光性不同，也叫旋光异构体。的旋光性不同，也叫旋光异构体。镜像的不重合镜像的不重合性是产生对映异构体的充分必要条件。也可以说性是产生对映异构体的充分必要条件。也可以说手性是产生对映异构体的充分必要条件。手性是产生对映异构体

5、的充分必要条件。v有对映异构体的分子叫手性分子有对映异构体的分子叫手性分子左旋乳酸，由蔗糖发酵得到右旋乳酸，由肌肉运动产生实物镜子镜象CHOHCOOHH3CCHCOOHCH3HO分子的对称性和手性分子的对称性和手性 1 1 对称面对称面：一个平面能把分子分割成两部分，一：一个平面能把分子分割成两部分，一部分正好是另一部分的镜像，而且能重合。部分正好是另一部分的镜像，而且能重合。 有对称面的分子由于镜像重合，因此没有对映异构体存有对称面的分子由于镜像重合，因此没有对映异构体存在，称为非手性分子在，称为非手性分子( (achiralachiral molecule) molecule)。2 2 对

6、称中心对称中心 i i：从分子中任何一个原子向：从分子中任何一个原子向i i 引一条直引一条直线，再延长到对面等距的地方，总有一个相同的线，再延长到对面等距的地方，总有一个相同的原子。原子。 HHHHHHH3CCH3有对称中心的分子能和它的镜像重合，没有手性。有对称中心的分子能和它的镜像重合，没有手性。 3 3 对称轴对称轴CnCn ：当分子以设想直线为轴旋转：当分子以设想直线为轴旋转360360/n /n ，得到与原分子相同的分子，该直线，得到与原分子相同的分子，该直线称为分子的称为分子的n n重对称轴（又称重对称轴（又称n n阶对称轴）。阶对称轴）。有无对称轴不能作为判断分子是否具有手性的

7、条件。有无对称轴不能作为判断分子是否具有手性的条件。C3CHHHClCCHH3CHCH3C2CH3H3CC2CH3H3CC2左旋酒石酸有一个左旋酒石酸有一个C2 C2 轴，但它是手性分轴，但它是手性分子，有对映异构体。子，有对映异构体。 手性因素手性因素 1 1 手性中心：能引起分子具有手性的一个特定的分子手性中心：能引起分子具有手性的一个特定的分子骨架的中心称为手性中心骨架的中心称为手性中心( (chiral center)chiral center)v 手性碳原子：连接四个不同的原子或者基团的碳手性碳原子：连接四个不同的原子或者基团的碳原子为手性碳原子原子为手性碳原子(chiral car

8、bon)CCOOHHOHCH3CHOOCHHOH3C 2 2 手性面：分子的手性是由于某些基团对分子中某一手性面：分子的手性是由于某些基团对分子中某一个平面的不同分布引起的，此平面就叫做手性面个平面的不同分布引起的，此平面就叫做手性面含一个手性碳原子的化合物与对映异构体含一个手性碳原子的化合物与对映异构体实物镜子镜象CHOHCOOHH3CCHCOOHCH3HOl 一对对映体有相同的物理性质一对对映体有相同的物理性质l 除了与手性试剂反应外除了与手性试剂反应外,对映体的化学性质也相同对映体的化学性质也相同 l 两者还有十分重要的不同性质：两者还有十分重要的不同性质： 对偏振光的作用不同对偏振光的

9、作用不同; 生理作用上有着显著的不同生理作用上有着显著的不同 对映异构体的理化性质对映异构体的理化性质HNCHCl2OHOOHO2N氯 霉 素(R)-form, 有 效 异 构 体(S)-form, 无 效 异 构 体ONHMeClKetamine(S)-form, 麻 醉 剂(R)-form, 致 幻 剂HSOHNH2OPenicillamine(S)-form, 治 疗 关 节 炎(R)-form, 突 变 剂NHHNOHOHEthambutol(S)-form, 治 疗 结 核 病(R)-form, 致 盲*NNHOOOOThalidomide(R)-form, 镇 静 剂(S)-for

10、m, 严 重 致 畸NNHOOOONNHOOOO(R)-thalidomide(S)-thalidomide沙利度胺也叫反应停，它的沙利度胺也叫反应停，它的R R体有镇静作用，但是体有镇静作用，但是S S对映体对胚胎有很强的致畸作用对映体对胚胎有很强的致畸作用 外消旋体外消旋体对映异构体的表示方法对映异构体的表示方法透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复杂化合物两种方法CHOHCOOHH3C透视式投影式FischerCH3COOHOHHCCOOHCH3OHH观察v Fischer投影式的书写原则投影式的书写原则： 一般是将含有碳原子的碳链放在

11、竖直方向上，同时氧化态较高的基团放在上端。 手性碳位于纸平面上，用横竖线的交叉点表示； 以横线相连的原子或基团表示在纸面前方，以竖线相连的原子或基团表示在纸面后方。 CH3OHCOOHHCOOHCH3HOHCCH3OHCOOHHCH3COOHHHOv 使用使用Fischer Fischer 投影式的注意事项投影式的注意事项： (1) Fischer (1) Fischer 投影式不能离开纸面旋转投影式不能离开纸面旋转90900 0偶数，偶数，构型不变；构型不变； Fischer Fischer 投影式不能离开纸面旋转投影式不能离开纸面旋转90900 0奇数，构型改变。奇数，构型改变。HCOOH

12、CH3OHHCOOHCH3HO旋转旋转180HCOOHCH3OH旋转旋转90HCOOHCH3OH(2) (2) Fischer 投影式基团两两交换偶数次，构型投影式基团两两交换偶数次，构型不变；不变； Fischer 投影式基团两两交换奇数次，投影式基团两两交换奇数次，构型改变。构型改变。COOHCH3HOHCOOHCH3HOHCOOHCH3HOH1次次2次次COOHCH3HOH(3) Fischer (3) Fischer 投影式一个基团固定不动，其余投影式一个基团固定不动，其余基团按顺时针或逆时针旋转，构型不变；基团按顺时针或逆时针旋转，构型不变；COOHCH3HOHCOOHCH3HOH对

13、映异构体构型的命名对映异构体构型的命名1. D / L 命名法命名法C CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH H- - -C CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO OD-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛D D、L L与与 “ “+ +、-” -” 没有必然的联系没有必然的联系CH2OHOHHCOOHOHHCOOHCH3HCOOHCH3H2NHCOOHH2NCH2OHL丝氨酸L丙氨酸D甘油酸D乳酸C CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH H- - -C CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO OD

14、-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛 2. R / S 命名法命名法和(a)(b)CHCOOHCH3HOCHOHCOOHH3C (a)(b)CHCOOHCH3HOCHOHCOOHH3C观察观察OHCOOHCH3OHCOOHCH3 顺时针方向为逆时针方向为R型S型例2CHCOOH观察ClBrCOOHBrCl 顺时针方向为R型：为逆时针方向S型CH观察ClCl：例3CH3CH2OHCH2OHCH3最小基团在最小基团在横键上横键上, ,纸面纸面走向与实际走走向与实际走向相反；向相反；最小基团在最小基团在竖键上竖键上, ,纸面纸面走向与实际走走向与实际走向相同。向相同。HOCH2ClCH2

15、ClHHOHCO2HCH3HOCH2ClHCH2ClHOHCO2HCH32#1#3#1#3# CH2OHOHHCHORCH3HCOOHOHRSHOHCH3HCOOHHOSOHCOOHCH3CHOOHCHOCH2OHCH2OH乳酸甘油醛乳酸甘油醛CH3CH2CH3CH2OHHSCH2OHCH2CH3CH3HOCOOHC6H5OHCHCH2CH3CH3CHCH2OHHSHOHCOOHC6H5S含有两个手性碳原子的化合物含有两个手性碳原子的化合物( (一一) ) 含两个不同手性碳原子的化合物含两个不同手性碳原子的化合物COOHCOOHOHHHClCOOHHOHClCOOHHOHCOOHCOOHHHC

16、lCOOHCOOHHOHHCl( )I( )I I( )I I I( )IV(2R,3R) (2S,3S)(2R,3S) (2S,3R)2S,3R2R,3S2S,3S2R,3R CH2OHHCHOHOHOHOHCH3CH3HHClHOCH2OHCHOHHOHClCH3CH3HHOH赤藓糖苏阿糖赤式苏式相同的原子在同侧相同的原子不在同侧( (二二) ) 含两个相同手性碳原子的化合物含两个相同手性碳原子的化合物 (2R,3S) (2S,3R)I I II IV VCOOHCOOHOHHHHOCOOHCOOHHOHHOHOHCOOHCOOHHHOHHHCOOHHOCOOHHOI I(2R,3R)(2

17、S,3S)I I I I(III)(III)与与(IV)(IV)是同一种分子是同一种分子内消旋酒石酸，其分子内有一对称面。内消旋酒石酸，其分子内有一对称面。(I)(I)与与(II)(II)是对映体；是对映体； (I)(I)与与(III) (III) 、(II)(II)与与(III)(III)是非对映体。是非对映体。v 有一个简单的方法可以辨认内消旋化合物。就有一个简单的方法可以辨认内消旋化合物。就是它具有对称面。是它具有对称面。 OHHCCHOHCOOHCOOH 对称面的上半部分是下半部分的镜像。因此分子的上对称面的上半部分是下半部分的镜像。因此分子的上下两部分对偏振光的影响相互抵消，使整个分

18、子不表现旋下两部分对偏振光的影响相互抵消，使整个分子不表现旋光性。光性。 内消旋酒石酸内消旋酒石酸分子中的分子中的对称面对称面v外消旋和内消旋的区别外消旋和内消旋的区别: :H H C C l lH H C C l l( (R R S S) )- -酸酸 + + ( (S S) )- -碱碱( (S SS S) )- -盐盐 + + ( (R R S S) )- -盐盐外外消消旋旋体体非对映体 物理方法分离 (SS) -盐 (RS) -盐 ( (S S) )- -碱碱H H C C l l( (R R ) )- -酸酸+v 通常是利用外消旋的酸通常是利用外消旋的酸(或碱或碱)与光学纯的碱与光学纯的碱 (或酸或酸) 反应反应生成非对映体的盐生成非对映体的盐, 再用分步结晶的方法一一分开。再用分步结晶的方法一一分开。 ( (S S) )- -碱碱H H C Cl l( (S S) )- -酸酸+外消旋体的拆分外消旋体的拆分 2001年度诺贝尔化学奖授予了美国化学家年度诺贝尔化学奖授予了美国化学家诺尔斯诺尔斯(W. S. knowles)