立体结构的表示方法

1、立体结构的表示方法立体结构的表示方法 Fischer Projection 仅任何两个基团的互换位置，将使其转仅任何两个基团的互换位置，将使其转变成为相应的对映体。该规则对立体模变成为相应的对映体。该规则对立体模型和型和Fisher投影式都适用。对无手性中心投影式都适用。对无手性中心的手性化合物，此规则不适用。的手性化合物，此规则不适用。CH2NHCOOHCH3H2NHCOOHCH3HNH2COOHCH3 Identity Testing1. 180o Rotation on the plane reserves the configuration.2. 90o Rotation on the

2、 plane breaks the rule (inverse the configuration) 2. Have 1 group steady while other 3 groups rotate： reserves the configuration D- 和和 L-体系的构型体系的构型Rosanoff：人为规定人为规定(+) or d-glyceraldehyde (甘甘油醛）为油醛）为D型，其对映体为型，其对映体为L型。型。Bijvoet ： 1951年用年用X-ray衍射法研究酒石酸钠铷衍射法研究酒石酸钠铷后，证实后，证实Rosanoff的指定是正确的。的指定是正确的。D- 和和

3、 L-体系指定对映体的方法，不仅在手性中体系指定对映体的方法，不仅在手性中心的对映体化合物中广泛使用，甚至在没有不心的对映体化合物中广泛使用，甚至在没有不对称中心的分子，如联苯类、叠烯类化合物中对称中心的分子，如联苯类、叠烯类化合物中也得到了使用。也得到了使用。化学相关（沟通）法化学相关（沟通）法，可将，可将D-或或L-甘油醛与许多甘油醛与许多化合物进行沟通（通过反应相关联），从而确化合物进行沟通（通过反应相关联），从而确定那些化合物的绝对构型。定那些化合物的绝对构型。 待测化合物需与已知构型化合物进行反应沟通，待测化合物需与已知构型化合物进行反应沟通，才能确定才能确定D或或L构型。有时需要多

4、步化学构型。有时需要多步化学反应才能够沟通，其中可能存在反应前后手性反应才能够沟通，其中可能存在反应前后手性中心的构型是保持还是改变的问题，如判断错中心的构型是保持还是改变的问题，如判断错误，可能导致最后待测化合物构型确定的错误。误，可能导致最后待测化合物构型确定的错误。 目前，此目前，此DL体系，仅用于某些氨基酸和碳水体系，仅用于某些氨基酸和碳水化合物（糖），其它类型化合物中已不再使用。化合物（糖），其它类型化合物中已不再使用。 具有相同具有相同DL构型的分子，不一定具有相构型的分子，不一定具有相同的旋光方向。同的旋光方向。 相同的化合物在不同条件下相同的化合物在不同条件下(溶剂、波长溶剂、

5、波长或温度）或温度），可能旋光方向相反可能旋光方向相反。HOHCHOCH2OHHOHCOOHCH2OHHgO(+)(-)氧化前后，中心氧化前后，中心手性碳构型不变手性碳构型不变D型D型dl Assigning R, S configuration1. Assign priorities2. Perform motions to place the group of lowest priority at the top : H in the back3. Determine the direction of rotation of the 3 groups Sequence Rules （to

6、determine priorities ）: Cahn-Ingold-Prelog (CIP) Rules1. Ranging by atomic number （原子序数原子序数） of atom connected to chiral carbonBr Cl O N C H35 17 8 7 6 12. Look at 2nd, 3rd, or 4th atom away from the chiral carbon If the 1st atoms are same.(H3C)2HCCCH2OHO, H, HC, C, HOC, CH2OHCH(CH3)3BrCH2OHCH(CH3)3

7、HHBr 3. Multiple-bonded atoms are equivalent to the same number of single-bonded atoms 一些基团的优先顺序一些基团的优先顺序： COOH COPh COMe CHO CH(OH)2 o-甲苯基（甲苯基（tolyl） m-甲苯基甲苯基 p-甲苯基甲苯基 苯基苯基 (phenyl) -C CH 叔叔丁基丁基 苯基苯基 烯基烯基 异丙基异丙基 苄基苄基 新新戊基戊基 (neopentyl） 烯丙基烯丙基 正戊基正戊基 乙乙基基 甲基甲基 H 4. 相同元素，质量数（中子数）多的同相同元素，质量数（中子数）多的同位数

8、优先于质量数（中子数）低的同位位数优先于质量数（中子数）低的同位数。数。 如：如：18O16O; 14C13C12C; 氚氚氘氘氢氢 R, S Configuration 在在Fisher投影式中，投影式中，RS构型的确定构型的确定：将：将最低等级基团位于上或下位置，其它三最低等级基团位于上或下位置，其它三个基团等级顺序如为顺时针，则为个基团等级顺序如为顺时针，则为R构型，构型，若为反时针，则为若为反时针，则为S构型。构型。 如最低等级基团不位于上或下位置，则如最低等级基团不位于上或下位置，则将其与另外上或下基团互换，再判断是将其与另外上或下基团互换，再判断是顺时针还是反时针，确定顺时针还是反

9、时针，确定R或或S构型，但构型，但所确定构型与实际构型相反。所确定构型与实际构型相反。OHCCH2OHHOHHOH2CCHOOHHRRHOH2CCHOHOHOHCCH2OHOHHHOHCHOCH2OHHOH2COHCHOHSR 确定绝对构型的方法确定绝对构型的方法：(1)在不改变手性中心的条件下：未知构型在不改变手性中心的条件下：未知构型化合物转化为已知构型化合物；或已知化合物转化为已知构型化合物；或已知构型化合物转化为未知构型化合物。构型化合物转化为未知构型化合物。H3CH2CCH2BrOHHH3CH2CCH3OHHRS已知化合物与未知化合物不一定具有相同已知化合物与未知化合物不一定具有相同

10、R或或S构型，有可能相反，因为可能已使基构型，有可能相反，因为可能已使基团的优先顺序发生了改变团的优先顺序发生了改变.(2) 机理已明确的情况下，涉及手性中心的转化机理已明确的情况下，涉及手性中心的转化 SN2机理：产物与原反应物构型已发生反转，机理：产物与原反应物构型已发生反转，即产物构型与原反应物构型相反。即产物构型与原反应物构型相反。CHOHCOOHCH3CHBrCOOHCH3CN3HCOOHCH3CH2NHCOOHCH3NaOHNaN3（3）生物化学方法生物化学方法 对于氨基酸和甾体化合物：某些酶具有对于氨基酸和甾体化合物：某些酶具有构型特异性催化化学反应。构型特异性催化化学反应。8个

11、个L氨基酸反应，如第氨基酸反应，如第9个氨基酸也反应，个氨基酸也反应，极可能为极可能为L氨基酸。氨基酸。（4）旋光比较：旋光的符号、旋光度，有旋光比较：旋光的符号、旋光度，有 时可用于确定构型。时可用于确定构型。 在同系列化合物中，旋光的变化是渐变在同系列化合物中，旋光的变化是渐变的和同方向的。如有足够多的化合物的的和同方向的。如有足够多的化合物的构型已知，则缺失化合物的构型也易于构型已知，则缺失化合物的构型也易于确定。确定。 某些化合物中基团对母体分子的旋光的某些化合物中基团对母体分子的旋光的贡献量或大或小，相对固定，在刚性骨贡献量或大或小，相对固定，在刚性骨架的母核中更是如此，如甾体化合物

12、。架的母核中更是如此，如甾体化合物。（5）Xray衍射法：衍射法：铜版；引入重原子；铜版；引入重原子；引入已知手性的基团。引入已知手性的基团。（6）对手性醇采用手性非对映试剂的衍生对手性醇采用手性非对映试剂的衍生化处理，再用气相色谱测定差向异构体化处理，再用气相色谱测定差向异构体的比率的比率NMeClONPNPhPhOCl（7）MTPA （Moshers acid）方法：方法：用于用于手性仲醇的构型确定。手性仲醇的构型确定。MTPA: -methoxy- -trifluoromethyl phenylacetic acidF3CMeOPhOOH+R*OHF3CMeOPhOOR*1H NMRHP

13、LCLanthanide shift reagent （镧系元素位移镧系元素位移试剂）试剂）(8) 其它方法其它方法：CD Circular dichroism (圆二色性）圆二色性）ORD Optical Rotatory Dispersion （旋光旋光色散）色散）不对称合成不对称合成The origin of optical activityCH3CH3OHHH3CHOH3CHCH3CH2CH3OHHH3CH2CHOH3CHNo net rotationRotation(R)-2-butanol(S)-2-butanol2-propanolAchiral moleculeChiral m

14、olecule1) Compounds contain two different chiral carbons (含两个不相同手性碳原子的化合含两个不相同手性碳原子的化合物物)HOOCCHCHCOOHOHCl*OHHClHCOOHCOOHHOHHClCOOHCOOHOHHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOH-7.1+7.1+9.3-9.32nMolecules with more than one stereocenters A与与B、C与与D互为互为对映体对映体。 A和和B与与C和和D互为互为差向异构体差向异构体。 差向异构体差向异构体(diastereomer):即不是互为

15、对即不是互为对映体的立体异构体。映体的立体异构体。UWXZYVWUZXYVUWZXYVWUXZYVABCD12C1C2RRSSRSSROHHClHCOOHCOOHHOHHClCOOHCOOHOHHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOHandor III and IV are enantiomers (对映体对映体)；and or are diastereomers (为非对映体为非对映体)；(与与或或为非对映体为非对映体)；2. The characteristic of diastereomers (非对映异构体非对映异构体的特点的特点)：1）Physical property,

16、 specific rotation is different (物物性不同、比旋光度不同性不同、比旋光度不同)；2）Chemical property is similar (化性相似，但反应化性相似，但反应有差异有差异)At the same two chiral carbons (含两个相同手性含两个相同手性碳原子的化合物碳原子的化合物)w1.光学异构体数目光学异构体数目HOOCCHCHCOOHOHOH*OHHHOHCOOHCOOHHOHOHHCOOHCOOHOHHOHHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHand are enantiomers (对映异构体）对映异构体）； an

17、d are at the same compounds；and are diastereomers;and are distereomers (非对映体非对映体)； is a meso compound (内消旋体内消旋体)(2n-1); Diastereomers Relationships among 4 stereoisomers of 2-amino-3-hydroxybutanoic acid (threonine)Chiral diastereomers have opposite configurations at some chiral centers.Enantiomers

18、have opposite configurations at all chiral centers.Meso Compounds (内消旋化合物）内消旋化合物）A structures with two stereocenters will not always have four possible stereoisomers. Sometimes，there are only three (2n-1). This happens because some molecules with stereocenters are, overall, achiral2,3-dibromobutaneC

19、H3CHBrCHBrCH3*CH3BrHBrHCH3CH3HBrHBrCH3CH3BrHHBrCH3CH3HBrBrHCH3The plane of symmetryMeso compoundsEnantiomersNaming compounds with more than one stereocenterC H3B rHB rHC H3C H3HB rHB rC H3C H3B rHHB rC H3C H3HB rB rHC H3T he plane of sym m etryM eso com poundsE nantiom ersHB rB rHC H3C H3SS(2S,3S)-(

20、2R ,3R )-2S2R 2个手性中心：两个对映体，个手性中心：两个对映体，4个立体异个立体异构体。构体。当两个手性中心连有相同基团时：一对对当两个手性中心连有相同基团时：一对对映体，一个立体异构体。映体，一个立体异构体。多于一个手性中心的分子异构体数：多于一个手性中心的分子异构体数： 2n个个异构体。异构体。H3CCH3OHOHOH*123SRSRC3:achiral, pseudoasymmetic carbon4 isomers, 1 dl, 1 pairs 对对映映体体SRRSC3:chiral, asymmetic carbon8 isomers 一个手性中心分子的一对对映体构型表

21、一个手性中心分子的一对对映体构型表示：示： or ；d or l； R or S； D or L R or S标注分子中每个手性中心的构型，标注分子中每个手性中心的构型，为最常用且明确的表示方法。为最常用且明确的表示方法。 立体构型的其它表示方法：立体构型的其它表示方法：（1） or : 在某些甾体或三萜母核上基在某些甾体或三萜母核上基团或原子的方向。团或原子的方向。ClHO Erythro or threo (赤式赤式/苏式苏式)XWXWYZWXWXYZerythroWXXWYZXWWXYZthreo同侧同基团同侧同基团YZ：内消旋体内消旋体同侧异基团同侧异基团YZ：dl对映体对映体 Zig

22、Zag（锯齿式锯齿式）中：碳骨架链在纸面）中：碳骨架链在纸面内，内，syn指两基团指两基团XY在纸面同侧在纸面同侧；anti指指两基团两基团XY在纸面异侧在纸面异侧。XYsynXYantiCH3CH3CH3CH3Cistrans环化合物中：环化合物中：cis指两指两基团在环面同侧基团在环面同侧；trans指两基团指两基团XY在环面异在环面异侧侧。Problem：1. Write three-dimensional formulas(三维结构) for all of the steroisomers of each of the following compounds. In answer to parts (a)-(e) label(标注) pairs of each enantiomers and meso compounds. ( a) CH3CHClCHClCH3 ( b) CH3CHBrCHClCH3 ( c) CH3CHBrCHBrCH2Br ( d) CH3BrCHBrCHBrCH2Br ( e