第一章立体化学课件.ppt

1、第一章 立体化学基础,教材:叶秀林主编 北京大学出版社,立体化学 Stereo Chemistry,绥化学院制药与化学工程系,立体化学是探讨有机化合物分 子的结构和反应的立体性的科学， 是有机化学的理论基础之一。近 四、五十年来，立体化学的发展 非常迅速，主要表现在有机分子 立体结构的测定，分子的立体形 象与反应性的关系的阐明，以及 不对称反应在合成上的应用等方 面。,第一章 立体化学基础第二章 构型和构形联系第三章 外消旋体及其拆分第四章 构象和构象分析第五章 结构和光学活性第六章 不对称合成,1、楔形式,2、锯架式,3、纽曼式 重叠式 交叉式,4、费歇尔的投影式,5、R/S 命名,例如：,

2、6、D/L系列,-D-葡萄糖 -D-葡萄糖,7、葡萄糖的哈沃斯式,（1） 分子内的原子相互之间其价电子是怎样结合的?（2） 这些原子相互之间在分子内所处的空间位置怎样?,结构的问题包含着：,（3） 在反应中,反应物分子的价电子是通过怎样的过程，在分子内或分子间重新组合，而生成新的价键和变化成产物分子的?（4） 在这些反应的过程中，分子内或分子间的原子重新组合，在空间上的要求条件和变化过程怎样?,（1）和（3）涉及结构和反应的电的 性质，是“有机化合物的结构和反应 机制”的基本内容，（2）和（4）涉 及结构和反应的立体性，是立体化学的基本内容。（2）主要叙述测定分子所具有结构的立体形象的方法和应

3、用，以及这种结构的立体形象和一些物理性质的关系等等，属于“静态立体化学”的范畴（4）属于“动态立体化学”的范围，主要讨论分子的立体形象对化学反应性，如反应的方向和难易程度的影响等等。,学习立体化学的目的 深入地认识有机化合物的结构和反应，为生产服务。 例如，抗菌素氯霉素是一种天然产物，左旋体有药效，早已用合成的方法生产了。由于研究了氯霉素和有关化合物的立体结构，包括所谓的“构型”和“构象”，以及阐明了许多反应的立体性，所以有可能在合成中选用有利于生成具有天然氯霉素的那种立体结构的反应和步骤，这是运用“不对称反应”于“立体择向合成” 或称为“不对称合成”。又例如，驱虫药“四咪唑”是一种高效的合成

4、，但由于在合成中产生的两个含量各占一半的立体异构体中，只有一个是有效成分，必须用立体化学的方法处理，把“有效成分”和“无效成分”彼此分开，被称为“拆分”和更进一步将这种“无效成分”分段地转变成“有效成分”，这样才比较经济和对患者的健康更有益处。,一、旋光性,1、平面偏振光,普通的光是各种波长可见光的混合体，波长与光线进行的方向成直角的关系，在无数相交错的平面内振动。单色光，如钠光灯法射出来的黄光，则具有单一的波长（589.3），但仍在无数交错的平面内振动。 2、旋光仪 （1）单色光源 （2） 起偏镜 （3） 盛液管 （4）检偏镜 （5）刻度盘,旋光性：能使偏振光振动平面旋 转的能力称旋光性。,

5、进行一个未知化合物的旋光性测定中， (与 n1800(n=任何整数)没有差别。 因为偏振平面在旋光仪中旋转n1800之后，新的振动平面与旧的振动平面将完全重合。,例如，当某一旋光性化合物被放在旋光仪中进行旋光性的测定时，如果向右旋测得一个值为50 ，那末向左旋130处同样可以测得一个值，同时所测得的旋光度也可能是230410 或310等等。因此，对一个未知化合物来说，至少应当在另一个浓度下，对该化合物进行第二次测定。,常用办法： 将其浓度稀释，如果将浓度稀释至原来的1/10，再测得值为230或50 ，410 ， 那末此化合物是右旋光性的，若用测得的值为310 或130 ，那末此化合物是左旋光性

6、的。,3、比旋光度,二、碳原子价键的方向性,图11 三种杂化状态的碳原子的构型示意图,三、含不对称碳原子（即手性碳原子）的非对称分子导致的旋光异构现象。1、不对称碳原子和含一个不对称碳原子的化合物一个碳原子所结合的四个基团中，只要有两个基团相同即没有旋光性。,例如，丙酸,图12 丙酸分子立体结构的两种表示方法, D15 + 3.820 , MP 25.80 D15 - 3.820 , MP 25.80 右旋乳酸又称d-乳酸或(+)-乳酸 左旋乳酸又称l-乳酸或(-)-乳酸,外消旋乳酸,又称dl乳酸或(- ) 乳酸 图13乳酸的立体结构和相互间的关系,对映体具有这种结构关系的一对化合物被称为“对

7、映立体异构体”简称为“对映体”。这样的分子是非对称的分子，具有旋光性，其左旋光性的和右旋光性的异构体的旋光能力相等，但方向相反。,由等量的左旋和右旋乳酸组成的外消旋乳酸是没有旋光性的。例如， CH3CH2(CH3)C*HCH2OH2-甲基-1-丁醇 CH3C*H(OH)COOH 乳酸,2、含两个或多个不相同的不对称碳原子的非对称化合物含2个C*的立体异构体的数目：2 24个立体异构体含3个C*的立体异构体的数目：2 38个立体异构体含n个C*的立体异构体的数目：2 n个立体异构体,()-赤藓糖 ()-赤藓糖 D20-14.80 D2021.50,dl-赤藓糖,例如，丁醛糖含有2个C*，有四个立

8、体异构体,()-苏阿糖 ()-苏阿糖 D20+13.20 D20-12.30,dl-苏阿糖,图14 丁醛糖的立体结构和相互间的关系,例如，戊醛糖含3个C*,有8个旋光异构体,（-）- 核糖 （+）-核糖,（-）- 阿拉伯糖 （+）- 阿拉伯糖,（-）- 来苏糖 （+）- 来苏糖,（+）- 木糖 （-）- 木糖,图15 戊醛糖的立体结构和相互间的关系,D-（+）- 阿洛糖 D-（-）- 阿卓糖,D-（+）- 葡萄糖 D-（-）- 古罗糖,D-（+）- 甘露糖 D-（+）- 半乳糖,D-（+）- 艾杜糖 D-（+）- 塔罗糖,图16 非对映立体异构的己醛糖 （八对对映体中的各一个对应体）,3、开链

9、的非对称分子的几种表达式 (1) 费歇尔投影式,d-乳酸 l-乳酸,D-（-）-赤藓糖 D-（-）-苏阿糖,D-（-）-核糖 D- （-）-阿拉伯糖,D-（+）-葡萄糖 D-（+）-阿拉伯糖,图17 几个化合物的费歇尔投影结构式,注意：投影式只能在纸面上转动1800(n=1，2，3.)不能翻转,费歇尔式 锯架式 楔形式 纽曼式,锯架式 楔形式 纽曼式,图18 （-）-苏阿糖的立体结构的几种表示方法,图19（+）-葡萄糖的立体结构的几种表示法,注： 楔形式（伞形式） 是眼睛垂直于C-C键轴方向看。 锯架式（马鞍式） 是从C-C键轴斜450方向看。 纽曼式 是从C-C键的轴线上看。,注意 ： 没有

10、表示交叉型的Fischer投影式，而锯架式飞楔式和纽曼式对同一化合物却至少可以各有三个重叠式的和交叉式的结构式。,4、含有两个或多个相像的不对称碳原子的化合物,酒石酸是两个相像的不对称碳原子酒石酸的立体异构体只有三个不符合2n的数目。,d- 酒石酸 l-酒石酸 内消旋酒石酸,图1-10 酒石酸的立体异构体,图111 戊糖二酸的立体异构体,5、分子的对称性和非对称性,含不对称碳原子的化合物并不一定都呈现旋光性，而呈现旋光性的化合物也不一定都含有不对称碳原子。例：,后来对分子的对称性问题进行的深入研究，认识到，并不是凡呈现旋光性的化合物，其分子都不具有“对称因素”，也不是凡具有对称因素的分子，其化

11、合物一定不呈现旋光性。 例如，d-和l-酒石酸,它们都具有二重旋转轴( C2- 轴)的对称性。,对称因素 1、平面对称因素(),2、中心对称因素（i）,3、旋转轴对称因素（Cn）,6、分子的潜非对称性和潜不对称碳原子,图112前手性碳原子被取代成手性中心的示意过程,图113 前手性碳原子经加成反应成手性中心的示意过程,四、双键的限制旋转和几何异构现象,图114 顺、反丁烯二酸的加热失水反应,或Z-2丁烯 或E-2丁烯,或Z-2戊烯 或E-2戊烯,图19 一些顺和反异构体,图115 4-甲环己亚基乙酸的两个旋光性的对映体,图116 2,4-癸二烯酸甲酯的几何异构体,图117 三个天然的十八（碳）三烯酸,图118 丙