第6章对映异构

第6章对映异构

（立体化学）本章要求：1.掌握构造异构的类型（碳架异构、官能团位置异构、官能团异构、互变异构）。2.掌握对映异构：对称因素与手性的关系；手性碳构型的表示式与标记（R/S标记）。5.了解各类化合物的对映异构现象。6.掌握旋光度、比旋光度、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体、不对称合成等概念。分子结构构型构造构象分子中各原子间相互的结合分子中各原子间的相互连接顺序或方式分子中原子或基团在空间的连接方式围绕单键的旋转而导致分子中原子或基团在空间的不同排列方式立体形象6.1异构体的分类化合物具有相同的分子式，但分子的结构和性质不同的现象分子式相同，分子中原子的连接方式不同产生的异构现象分子的构造相同而原子或基团在空间的排布方式不同产生的异构现象围绕单键的旋转而导致分子中原子或基团在空间的排列方式不同产生的异构现象6.2偏振光和旋光性Nicol棱镜普通光平面偏振光旋光物质

非旋光物质只有一个振动平面的光旋光度右旋：使偏振光的振动平面向右(顺时针)旋转，

用“+”表示右旋光方向。左旋：使偏振光的振动平面向左(逆时针)旋转，

用“-”表示左旋光方向。旋光性(opticalactivity):使偏光振动平面旋转的性质;旋光性物质（光学活性物质）:使偏光振动平面旋转

的物质.能够体现物质特性的是——比旋光度[]比旋光度:1mL含1g旋光性物质浓度的溶液，放在1dm（10cm）长的盛液管中测得的旋光度.[]25＝+2.6o(水)D例如：右旋乳酸比旋光度是旋光性物质的一个物理常数，可以定量地表示物质的旋光能力。像其他物理常数一样，是旋光性物质的一种属性。圆盘旋光仪自动旋光仪

两个分子为实物和镜像的关系：彼此不能重合，如同人的左、右手一样。图6.12–溴丁烷分子模型示意图6.3对映异构现象与分子结构的关系手性分子(chiralmolecules)：不能与自身镜像重合的分子。非手性分子(achiralmolecules)

：能够与自身镜像重合的分子。

手性分子是不对称分子；非手性分子是对称分子。手性分子具有两种构型。手(征)性(chirality):分子与它的镜像不能重合的性质判断分子的手性：分子与其镜像重合称为非手性分子；分子与其镜像不重合称为手性分子。1–氟–1–氯甲烷为非手性分子:乳酸（2-羟基丙酸）：实物与镜像的关系，不能重叠乳酸分子有手性，是手性分子。乳酸分子的中心碳原子：连有四个不同的原子和基团，具有不对称性。称为不对称碳原子或手性碳原子，用“*”表示。它是分子的不对称中心或手性中心。对映异构现象两个乳酸的分子式相同，分子构造也相同，但分子中原子和基团在空间排列不同，形成实物与镜象的关系，这种现象称为对映异构现象；具有对映异构现象的分子称为对映异构体（对映体）。对映异构现象也属构型异构现象具有一个手性碳原子的分子有一对对映体。自然界中的手性长瓣兜兰花两侧长瓣的螺旋是左右对称的，右侧是左旋，左侧是右旋。——《科学》2002,Vol.54,No.55(S)-thalidomide（致畸）(R)-thalidomide（有效成分）反应停：五十年恩怨

手性药物中国知网分子的对称性与手性A.对称面()

有两种对称面:(a)一个平面把分子分成两部分，而一部分恰好是另一部分的镜像。例如：2–氯丙烷(b)组成分子的所有原子都在一个平面上。例如:(E)–1,2–二氯乙烯72B.对称中心(i)若分子中有一点i，分子中任何一个原子或基团与i点连线，在其延长线的相等距离处都能遇到相同原子或基团，i点是该分子的对称中心。例如：反–1,3–二氟–反–2,4–二氯环丁烷对称因素与分子的手性

一个分子若无对称面、对称中心，则这个分子的实物与镜像不能重合，分子有手性。反之，一个分子若有对称面、对称中心，这个分子的实物与镜像能重合，分子无手性。乳酸（2-羟基丙酸）：实物与镜像的关系，不能重叠乳酸分子有手性，是手性分子。乳酸分子的中心碳原子：连有四个不同的原子和基团，具有不对称性。称为不对称碳原子或手性碳原子，用“*”表示。它是分子的不对称中心或手性中心。6.4含有一个手性碳原子的对映异构对映异构现象分子式相同，分子构造也相同，但分子中原子和基团在空间排列不同，形成实物与镜象的关系，这种现象称为对映异构现象；具有对映异构现象的分子称为对映异构体（对映体）。具有一个手性碳原子的分子有一对对映体。乳酸:从肌肉中得到葡萄糖发酵得到(＋)–乳酸1515[α]D=–3.82°[α]D=+3.82°mp:26℃(–)–乳酸(±)–乳酸：mp:18℃对映体性质：在非手性环境中，对映体的性质没有区别，熔点、沸点、熔解度、转化速率等均相等。在手性环境中，对映体的性质不同。如在偏光下旋光方向性不同；在手性试剂中转化速率不同。在非手性条件下合成手性化合物，得到的产物往往是外消旋体。外消旋体：等量的左旋体和右旋体组成的混合物.

用()表示。天冬酰胺酸成瘾性致癌性薄荷香芹酮香菜肾上腺素手性碳的构型表示式与标记球棒式：把碳原子、与碳相连的原子或基团画成球，标出化学符号，用棒表示共价键。这种表示清楚、直观，但书写麻烦。立体透视式

：手性碳放在纸面上，实楔线连接的原子或基团在纸面前，用虚楔线连接的在纸面后，用细实线连接的在纸面上。这种表示清楚、直观，但书写也较麻烦。1.手性碳构型表示式(+)–乳酸(–)–乳酸费歇尔投影式：用一个纸平面上的投影式来表示分子的立体构型。规定:

1).碳链写在竖键上，其它的原子或基团在横键上。

2).编号小的碳原子写在竖键上端。3).在横键上的原子或基团在纸面之前;

在竖键上的原子或基团在纸面之后.Fisher投影式的写法：用交叉的两条实线表示手性碳原子的四个化学键，交叉点为手性碳原子，不必标出。1）只能平移，不能离开纸面翻转；使用Fischer投影式注意：不同，对映体翻转

————————P1372）在纸平面上旋转180º为原来的构型；在纸面上旋转90º或270º为其对映体；相同旋转180°旋转180°————————————不同旋转90°旋转90°————————————镜像关系对映体1次2次3）交换手性碳上任两基团，交换偶数次构型不变，交换奇数次为其对映体。

————

将Fisher投影式的基本规定、辅助规定和注意事项可归纳如下:

竖向后，横向前，含碳原子上下连。转半圈，不能翻，编号小者在上端。偶次互换是原物，奇次互换构型变。Fischer投影式与其它式子的关系:Fischer投影伞型式(透视式)锯架式纽曼投影式无论怎么变化，只是构象变化，手性碳的构型不变

Fischer投影式表示的是能量较高的不稳定的全重叠式构象，但是它与其它式子相比，书写方便基团相互不掩盖，用来表示开链化合物的立体异构体时很方便。2.构型的标记标记化合物的构型可以有效地区别立体异构,尤其是一对对映异构体.D-L构型标记法

在1951年以前人们还无法测定化合物分子的真实构型，为了区别一对对映异构体.只好人为地指定一个标准，用人为指定的标准来确定的化合物的构型的方法就叫相对构型。

将左旋甘油醛的OH写在Fischer投影式的左边，称定为L-构型；将右旋甘油醛的OH写在Fischer投影式的右边，称定为D-构型。其它的化合物与甘油醛相联系或相比较来确定构型.

相联系:相比较:R/S构型标记法基本规定:

将C*上所连的四个原子或基团按照次序规则进行排列，观察者远离最小基,

其余三个基团按：假定:C*abcd其优先次序为：a>b>c>dS型R型D构型不一定是R构型，L构型也不全是S构型。例如:对Fischer投影式中C*

构型的标定：(a)当最小原子或基团在竖键上时:

大→中→小时针排列为构型。顺逆RS观察者远离了最小基观察者远离了最小基(b)当最小基在横键上时:

大→中→小时针排列为构型。逆顺RS例如:最小基靠近了观察者大→中→小基团虽顺时针排列，但因最小基不是远离观察者，而是靠近观察者,所以是S构型。命名标记:已明确构型的手性化合物在命名时要将R、S

或D、L放到名称前并与名称间用半字线“-”隔开。如果分子中有多个手性碳，要分别判断每个手性碳的构型是R或S。命名时将手性碳位号与R

或S

一起放在括号内，写到名称前面。例如：（2R,3R）-2-羟基-3-氯丁二酸（2S,3S）-2,3-丁二醇旋光性与分子构型手性化合物的旋光方向是由实验测得的，即旋光性由分子结构决定；手性碳原子的构型是由顺序规则确定的，是人为规定的。(R)-(+)-甘油醛(S)-(-)-甘油醛(R)-(-)-乳酸(S)-(+)-乳酸构型标记与旋光方向无必然的联系。练习：判断下列化合物中手性碳原子的构型。RSSR6.5含两个手性碳原子化合物的对映异构1.含有两个不同手性碳原子的化合物氯代苹果酸对映体对映体非对映体实线表示互为对映体；虚线表示互为非对映体2.含有两个相同手性碳原子的化合物酒石酸对映体同一化合物非对映体内消旋体对映体、内消旋体、外消旋体的性质比较

2,3-二羟基丁二酸（酒石酸）的性质如下表所示。酒石酸熔点/℃溶解度/g(100g水)-1相对密度/d20pKa1pKa2（R,R)-酸170+121391.7602.934.32（S,S)-酸170-121391.7602.934.32Meso-酸140无1251.6673.114.80（±）酸206无20.61.6802.964.24含手性碳的化合物不一定是手性分子1,2-环丙烷二甲酸：6.6含手性碳原子的环状化合物(S,S)(R,R)含有一个手性碳原子：1,2-二甲基环己烷无手性对映体

有两个不同的手性碳原子，两对对映体，四个光学异构体。6.7不含有手性碳原子化合物的对映异构

(1)丙二烯型化合物2，3-戊二烯如果两端碳原子都连有两个不同的原子或基团，则该原子具有手性。具有手性，含一对对映体在2,6-二甲基螺［3.3］庚烷分子中,两个四元环是钢性的,两个平面互相垂直：(2)联苯型化合物在联苯的邻位有四个大的取代基，限制两苯环绕环间轴线自由旋转，当两苯环上是不对称被取代时，就出现对映体。由于单键旋转受阻而产生的立体异构称为阻转异构。苯环邻位取代基的阻转能力顺序：

I>Br>>CH3>Cl>NO2>COOH>>NH2>OCH3>OH>F>H2，6-二羧基-2′，6′二溴联苯，虽然限制两苯环绕σ键旋转，但不形成对映异构现象。反应中的立体化学1.烷烃自由基取代中的立体化学

结构对称的分子被其它原子或基团取代后转化成具有手性的分子，发生反应的碳原子就叫前(潜)手性碳原子。历程:两边空间条件相同进攻几率相同。将S-构型的2-氯丁烷进一步氯化：试剂优先选择空间位阻小的方向，向中心碳原子进攻2.卤素与烯烃加成的立体化学.（1）

烯烃与溴加成的立体化学烯烃与溴的加成最初认为是通过碳正离子历程进行，若是如此无论反式烯烃还是顺式烯烃都应得到相同的产物：后来通过对反应物和产物的立体化学的考察，否定了这一看法：顺