复旦有机化学课件03

1、烷烃的构象 手性分子和非手性分子 对映体和非对映体手性的重要性及手性化合物的获取途径构造构造异构异构 立体立体异构异构 同同分分异异构构现现象象 碳链异构碳链异构 位置异构位置异构 官能团异构官能团异构 互变异构互变异构 构型异构构型异构构象异构构象异构 顺反异构顺反异构 对映异构对映异构 3.1 （conformationalisomer）因单键的旋转而产生的异构体因单键的旋转而产生的异构体（conformation）：）：在常温下，分子中的原子或在常温下，分子中的原子或原子团可以绕着碳碳单键旋转，从而产生了在空间不同位原子团可以绕着碳碳单键旋转，从而产生了在空间不同位置的排列方式，这些不同

2、的排列方式就称为分子的构象。置的排列方式，这些不同的排列方式就称为分子的构象。构象异构体的分子构造相同，但空间排列不同，构象异构体的分子构造相同，但空间排列不同，构象异构属立体异构构象异构属立体异构CHHCHHHH12HHHHHH1212HHHHHH1vonderwaals排斥力，排斥力，60oC1旋旋转转-250oC):单个乙烷分子：绝大部分时间单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。在稳定构象式上。一群乙烷分子：某一时刻，绝一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。大多数分子在稳定的构象式上。CH3HHHCH3HC2旋转123460oCH3HHHHH3CCH3HHHHH3C6

3、0oCH3HHCH3HH60o60oCH3HHCH3HH最稳定最稳定(甲基相距最远甲基相距最远)较不稳定较不稳定较稳定较稳定最不稳定（最不稳定（甲基相距最近甲基相距最近）CH2H3C12CH2CH334060120degreesofrotation36030024018014.63.822.614.63.8potentialenergy(KJ/mol)CH3HHHCH3HCH3HHHCH3HCH3HHHHH3CCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHHHH3CCH3HHHCH3HCH3HBrBrHH3C60oCH3HBrBrHH3C60o2360oHBrCH3BrHH3CC2转HBr

4、CH3BrHH3C60oBrH3CHBrHH3C60oBrH3CHBrHH3C60o例例：画画出出化化合合物物的的所所有有交交叉叉式式和和重重叠叠式式构构象象BrHCH3BrH3CH23规律规律:大基团总是大基团总是占据反式对位交叉占据反式对位交叉最稳定最稳定最不稳定最不稳定4. 4. 分子内氢键对优势构象的影响分子内氢键对优势构象的影响氢键：在成共价键的带部分正电荷的H和带部分负电荷的N, O, F之间形成的一种弱作用力。氢键具有很强的方向性。HHHHHOOH23HHHHClOH23OHHHHOHH23ClHHHOHH23HHOHHOHH23HHClHOHH23HHOHOH23HHClHOH

5、23HHH角张力（角张力（anglestrain）：）：环的角度与环的角度与sp3轨道夹轨道夹角差别引起的张力角差别引起的张力CCCHHHHHH104oHHHHHHHHHHHH123123C1-C2所有所有C- -H键均为键均为重叠式构象，重叠式构象，有有扭转张力扭转张力平面型平面型3.2 3.2 环烷烃的构象环烷烃的构象 1. 1. 环丙烷的结构环丙烷的结构角张力角张力扭转张力扭转张力HHHHHHHH1234C1-C2C4-C3HHHHHH1234HH角张力稍增角张力稍增加加, , 扭转张扭转张力明显减小力明显减小HHHHHHHH1234HHHHH2C123H2C4C1-C22.2.环丁烷的

6、构象环丁烷的构象HHHHHHHH1234HH5HH4HH5HHHHH2C12CH24H2C35C4-C5C1-C2C4-C5为全为全重叠式构象重叠式构象C1-C2,C2-C3为交叉式为交叉式环戊烷的构象环戊烷的构象3.3.环戊烷的构象环戊烷的构象120oHHHHHHHHHHHHn环己烷不是平面型分子环己烷不是平面型分子4.4.环己烷的构象环己烷的构象n 环己烷碳架是折叠的环己烷碳架是折叠的1）椅式构象和船式构象）椅式构象和船式构象 HHHHHHHHHHHH123456HHHHHHHHHHHH123456HHHHHHHHHHHH123456C4-C3C6-C1HHHHHHHH612543HH之间

7、距离均之间距离均大于大于H的的VanderWaals半径之和半径之和（2.40）HHHHHHHHHHHHNewman投影式投影式HHHHHHHHHHHH123456C3-C2C5-C6HHHHHHHH165423HHHHHHHHHHHH有几组有几组HH之间距离均之间距离均 S型HOOCCHCHCHCOOHOHOHOHCOOHHHOHHO23HOHCOOH4COOHHHOHOH23HOHCOOH4RrSRsSCOOHHHOHHO23OHHCOOH4COOHHOHHOH23HOHCOOH4SSRR（五）差向异构体（五）差向异构体 epimersepimers：只有一个手性不同：只有一个手性不同CH

8、O(S)HOH(S)(R)HOHCH2OHHOHCHOHOH(S)HOHCH2OHHOH234234(S)(S)OHCCHCHCHCH2OHOHOHOH非对映体，差向异构体五、不含手性中心的手性分子五、不含手性中心的手性分子(P.115, 3.7-8)丙二烯型右旋左旋非手性分子CCCHClHClCCCHClHClCCCHClClClCHCOOHHHOOCCHHOOCHCOOH螺环型联苯型 (位阻异构体、阻转异构体 atropisomers)O2NCO2HCO2HHO2CO2NCO2HNO2HO2CNO2HO2CO2NCO2H非手性分子非手性分子螺旋型(M/P构型)反反应应停停Thalidomi

9、de 镇镇静静和和止止吐吐药药物物有有效效，不不致致畸畸形形N(R)HNOOOON(S)NHOOOO致致畸畸形形(R)OO(Z)(R,Z)-5-(dec-1-enyl)-dihydrofuran-2(3H)-oneJapanese beetle pheromoneAs little as 1% of the enantiomer of the opposite configuration of the Japanese beetle pheromone will decrease the number of beetles caught in a trap by 50%. Material c

10、ontaining 10% of the wrong enantiomer is essentially inactive.“Thalidomide Babies”HCHOOHCH2OHH2NCOOHHRH2NCH2OHHRL-COOHHOHCOOHHOH酒酒石石酸酸COOEtHOCOOEtHOHOHOorPhPhCH3HNHCH3PhHOH麻麻黄黄碱碱CH3Ha a- -蒎蒎烯烯CHOMe柠柠檬檬醛醛O樟樟脑脑D-萜萜类类化化合合物物生生物物碱碱羟羟基基酸酸糖糖类类氨氨基基酸酸六、手性分子的获得六、手性分子的获得（一）来源于自然界手性分子（一）来源于自然界手性分子（二）不对称有机合成（二）不

11、对称有机合成Asymmetric synthesis立体专一反应 Stereospecific Reaction 不同立体异构体在同样反应条件下得到相应的立体异构体。立体有择反应 Stereoselective Reaction 一个反应底物在一定反应条件下可以生成 2 个以上立体异构体，其中有一个占优势。StereoselectivityEnantioselectivityDiastereoselectivityW. S. KnowlesRh(R,R)-DiPAMP)COD+BF4- -(Cat.)95% eeCO2HNHAcMeOAcOH2100% yield(S)CO2HNHAcMeOA

12、cOH3O+(S)CO2HNH2HOHOL-DOPAL-DOPA的工业生产 P(R)H3COP(R)OCH31974, DiPAMPH2, RhR-BINAP100% eePhCOOHNHCOPh(S)PhCOOHNHCOPhH(R)PPh2PPh21980, BINAPRyoji Noyori有机反应中的立体化学有机反应中的立体化学加成消除加成消除顺式 syn反式 antiaxbdycaxbdcyxbaycdx- -y, 加加成成消消除除acdbx- -y, 加加成成消消除除xbacyd取代取代 构型翻转 reversion 构型保持 retentionxabcyabcxabcyabcxab

13、cyabc+yabcabcWalden inversionPaul Walden (1863-1957) (外)消旋化 racemizationRRRRRS 差向异构化 epimerizationLouisPasteur(18221895)COONaOHHCOONH4HOHCOONaHOHCOONH4OHH1848:（三）外消旋体的拆分（三）外消旋体的拆分(A(+)B*(+)A(+)B*(-)A(+)B*一一对对非非对对映映体体拆拆分分(+)A(+)B*(-)A(+)B*去去除除(+)B*去去除除(+)B*(+)A(-)ANCOHHCH3ONCHCH2NRR也可简写成：CCOOHCH3HOHN

14、RRCCCH3HOHOONRR+H ()-乳酸 (-)-奎宁 (-)-奎宁-(+)-乳酸盐CCCH3HOHOONRRH+(-)-奎宁-(-)-乳酸盐 (-)-奎宁-(+)-乳酸盐 + (-)-奎宁 HCl (-)-奎宁-(-)- 乳酸盐 + (-)-奎宁 HCl非对映体混合物SeparationH2NCOOHCH3HNH2COOHCH3HL- -丙丙氨氨酸酸D- -丙丙氨氨酸酸()-丙丙氨氨酸酸Ac2OAcHNCOOHCH3HNHAcCOOHCH3H+外外消消旋旋体体酰基转移酶（取自猪肾）H2NCOOHCH3H+L- -丙丙氨氨酸酸D- -乙乙酰酰丙丙氨氨酸酸溶溶于于乙乙醇醇不不溶溶于于乙乙醇醇NHAcCOOHCH3H选择性去乙酰基以下章节以后介绍：3.6.6,