第5章 立体化学基础

CH3 OH COOH C H
COOH HO CH3 H
COOH COOH
COOH COOH HH OH OH
如：乳酸
HO HO
HH CH CH3 3
CH CH3 3
2）使用费歇尔投影式时应注意的事项： （1）在纸面上旋转180°，构型不变，离开纸面翻转180°， 变成其对映体。 COOH CH3
OHOH 酒石酸（2，3-二羟基丁二酸） HOOC C C COOH H H
COOH H OH HO H COOH (1)
COOH HO H H OH COOH (2)
COOH H OH H OH COOH (3)
COOH HO H HO H COOH (4)
2R,3R-
2S,3S-
2R,3S-
COOH C CH3 OH H
CH3 C2H5 N O
P C3H7
C6H5
C6H5 CH3
（2）手性面（chiral plane）： 分子的手性由于某些基团对分子中某一平面的不同分 布而引起，此平面称为手性面。
H3C CH3
（3）手性轴
CH3
CH2COOH
第二节 对映异构和非对映异构 一、含一个手性碳的化合物
（四）色谱法: 手性的固定相或手性流动相 （二）化学法
(+)-酸-(-)-碱
+ (_)-酸+(-)-碱
结晶分离 (-)-酸-(-)-碱
(+)-酸-(-)-碱 (-)-酸-(-)-碱
HCl HCl
(+)-酸 (-)-酸
光活性碱 如：奎宁、马钱子碱、辛可宁碱等 拆分剂 光活性酸 如：酒石酸、樟脑磺酸、谷氨酸等
CHO R H R H OH OH CH 2OH
HO HO CHO H S H S CH 2OH
CHO S HO R H H OH CH 2OH
CHO H HO OH R H S CH 2OH
D-(-)-赤藓糖
L-(+)-赤藓糖
D-(+)-苏阿糖 L-(-)-苏阿糖
(二)含两个相同手性碳原子的化合物
COOH
COOH
不 对 称 碳 原 子
COOH H H H
S R
OH OH OH
COOH
(2R,4R)-2,3,4三羟基戊二酸
(2S,4S)-2,3,4三羟基戊二酸
(2R,3s,4S)2,3,4-三羟基戊 二酸
(2R,3r,4S)2,3,4-三羟基戊 二酸
三、 外消旋体的拆分 （一 ）手工法 1848年 Pasteur（巴斯德 ,法国化学家）在显微镜下用镊 子将外消旋酒石酸钠铵拆分成右旋和左旋酒石酸钠铵。
d a b
b c c顺时针
d a
c b c逆时针 b S-构型
R-构型
（2）次序法则
① 原子序数较大的原子为优先基团(也就是大基团)；
例如： I ② 若有同位素，则以质量数大的为优先基团 D>H
18O
> Br > Cl > F > O > N > C > H > 16O
HHH HHC HHH
3
③ 当第一个原子相同时，比较下一个原子，直至 出现大小差别；
（二）外消旋体（ racemate ） 等量左旋体和右旋体的混合物。用（ ）或（dl）表示 外消旋体的性质： 混合物，无旋光，熔点、密度、溶解度等物理性质与左 旋体和右旋体不同，化学性质在非手性条件下相同。 （三）对映异构体的表示方法 1 透视式（三维结构） 2 费歇尔（ Fischer ）投影式 1）费歇尔投影式的书写方法 （1）画一十字线。编号小的基团放 在上端，编号大的基团放在下端 （2）十字交叉点代表手性碳原子 （3）横前，竖后
3、影响旋光度的因素 浓度、温度、测定管的长度、波长、溶剂等。 二 比旋光度（specific rotation）
一定温度下，测定管的长度为1dm，待测物质的浓度为 1g/ml，以钠光灯作光源（589.3nm）时测得的旋光度。 t 用 表示。 αD
l c 20 比旋光度的表示方法：αD +19.3 °(c 1.0, CH3OH)
纸面上旋转180° H OH CH3
COOH H OH
HO
H COOH
CH3
OH
H
CH3
COOH
COOH H OH CH3
COOH H OH
离开纸面 旋转180°
COOH HO H CH3
COOH OH H
CH3
CH3
（2）在纸面上转动90°或其奇数倍，变成其对映体。 旋转90°的偶数倍，则保持原构型。
()-酒石酸 (dl) 206oc meso-酒石酸 140oc
3 假手性碳原子 三羟基戊二酸
HOOCCH CH CHCOOH OH OH OH
COOH H HO HO
R R
OH H H
对 称 碳 原 子
COOH HO H H
S S
COOH H HO H
Байду номын сангаасS R
H OH OH
OH H OH
COOH
1 内消旋体（meso compound） 含手性(碳)原子的非手性分子 2 内消旋体和外消旋体的异同点： 相同点：无旋光 不同点：内消旋体为纯净物；外消旋体为混合物。
酒石酸的物理性质 mp (+)-酒石酸 (-)-酒石酸 170oc 170oc []D(水) 溶解度(g/100ml) pKa1 +12.0 -12.0 0 0 139 139 20.6 125 2.98 2.98 2.96 3.11 pKa2 4.23 4.23 4.24 4.80
CH3
碳链异构 构造异构 同分异构 立体异构 构象异构
CH3CH2CH2CH3
CH3CHCH3
位置异构 CH3CH=CHCH3 CH2=CHCH2CH3 官能团异构 互变异构 构型异构 对映异构
CH3CH2OH CH3OCH3
顺反异构
构造异构：分子组成相同而原子（团）相互连接方式和顺序不同 立体异构：分子中原子（团）在空间排列方式不同
1 手性分子(chiral molecule): 不能与其镜像重合的分子 2 对映体(enantiomers): 互为实物与镜像对映关系,而又不能重叠的两个化合物, 互称对映异构体,简称对映体 3 手性碳原子（chiral carbon atom） 凡是与四个不同原子或原子团相连的碳原子。含一个 手性碳的化合物：一定是手性化合物；有一对对映体 三 、分子的手性与对称性 （一）对称因素 1 、对称轴 设想分子中有一条直线，当分子以该直线为轴旋转 360°/n（n为正整数），得到的分子与原分子相同，该 直线即为这个分子的n重对称轴（Cn）。
（一）对映体的理化性质
COOH C CH3 OH H
COOH H HO C CH3
(S)-(+)-乳酸 (R)-(-)-乳酸 mp 53°C mp 53°C []D = +3.82 []D = -3.82 pKa=3.79(25°C) pKa=3.79(25°C) 相同点：熔点、沸点、溶解度等物理性质；无手性试剂参 与的化学性质。 不同点：旋光能力相同，旋光方向相反；与手性试剂的反 应不同；生理活性有别。
HO CH3
H
COOH CH3
CH3
4 若固定某一基团，而使其余三个基团按顺时针或反时 针方向依次调位次，将保持原构型不变。
COOH H OH CH3 HO
COOH CH3 H
COOH H OH
COOH
HO
CH3
CH3
H
（四）对映异构体构型的命名 1 D/L命名法
CHO H OH CH2OH
D-(+)-甘油醛
HCC
CH3
CH CH3
> CH CH CH >
3 2 2
HHC HHC
CH3CH2
> CH
④ 双键、叁键可看作是连接二或三个相同原子。
H C=O
H C O O
O C OH
O C O OH
COOH
>
CHO
>
CH2OH
C
CH
CH
CH2
CH2CH3
⑤ 取代基为对映体时，R构型大于S构型；顺式（Z）大 于反式(E)
COOH H OH CH3
COOH H
在纸面上 旋转90°
OH HOOC H CH3
OH
旋转90° OH HOOC
OH
CH3
HOOC
CH3
CH3
H
H
（3）任意两个基团调换偶数次，构型不变；调换奇数 次，构型改变。
COOH H OH CH3
COOH H OH
OH H COOH CH3
COOH
OH H
OHCl C COOH HOOC C H H
COOH H OH H Cl COOH (1)
COOH HO H Cl H COOH (2)
COOH H OH Cl H COOH (3)
COOH HO H H Cl COOH (4)
2S,3S-7.1°
2R,3R+7.1°
2S,3R-9.3°
2R,3S+9.3°
α 氯霉素： D=+17~20°（无水乙醇）；-25.5°（乙酸乙酯）
25
α
t D


二、 对映异构现象和手性
左右手互为镜象
(一 )手性
互为实物与镜像对映关系,彼此又不能重叠的现象. (二) 手性分子和对映体
OH COOH
COOH HO H H
COOH OH
COOH H OH CH3