刑其毅有机化学体化学

Cl H H Cl CH3 H
Cl H3C H H H Cl H CH3
具有反射对称因素的分子是对称分子。非手性分子。
一般情况下，不具有对称面和对称中心的分子，其实物
与镜影不能重叠，该分子称为不对称分子或手性分子。
手性分子具有光学活性。
8. 2 旋光性、比旋光度 1. 旋光性
光束先进方向
光源
CH3 Br H Br H Br H C2H5 CH3 H Br H Br Br H C2H5
C-2差向异构体
差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手 性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同，
这两个光活异构体称为差向异构体。
C-2差向异构：由C-2引起的差向异构。（C-2构型相反）
4）. 含其它不对称原子的光活性分子
利尿药：(S)-(-)-依托唑啉
3) 旋光异构体的毒性或严重副作用
CH3CH2NH H CF3
减肥药— (S)-(+)-氟苯丙胺
8.8 不对称合成
• 非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。
CH3 CH3CH2 C=O H2 Ni CH3 CH3 H OH + HO H C2H5 50% C2H5 50%
例如：抗妊娠反应的镇静药—(R)-酞胺哌啶酮 (“反应停”)
O N O N O
H3C H COOH
H
• 手性药物的旋光异构与生物活性 1）旋光异构体具有不同的生物活性强度
(S)-萘普森
非麻醉性的消炎镇痛药— (S)-酮咯酸
COOH N O H
2) 旋光异构体具有完全相反的生物活性。
H N N O CH3 O COOC2H5
COOH 内消旋体不能分离成光活性化合物。 RS
抵消)。
指出下列(A)与(B)、(A)与(C)的关系(即对映体或非对映体关系)。
CH3 CH3 H OH H OH OH H CH3 HO H CH3 OH H CH3 H OH CH3
(A)
(B)
(C)
3）.含三个不同手性碳原子的分子 八个旋光异构体、组成四对对映体。
光波振动方向与光束前进方向关系示意图
普通光
平面偏振光
平面偏振光： 通过Nicol棱镜，仅在 一个平面上振动的光。
Nicol prism
普通光
2. 旋光仪、旋光度、比旋光度
a
目镜 单色光源 起偏镜 盛液管 检偏镜
a
旋光性：使偏振光偏振面旋转的能力。
旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用表示。 旋光方向：右旋（+）、d- ; 左旋（-）、l如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是-300o的左旋体 比旋光度 [] = C(g/ml) l(dm)
Cl2
50%
一个分子在对称环境下反应, 不可能有选择性。(左旋体与 右旋体过渡态能量相同, 反应活化能相同, 反应速率相同) 。
1. 由手性化合物进行不对称合成
H Cl C a H C CH3 H3C H Cl C H CH3 Cl2 b C a b Cl Cl C C Cl H CH3 H Cl CH3 Cl H CH3
170
- 12o
139
热H2SO4
2.93 4.23
烯 溴烷 酯
(+)-2-甲基-1-丁醇 (- )-2-甲基-1-丁醇
HBr CH3COOH
旋光异构体在手性条件下(如手性试剂、手性催化剂等) 其反应
速率不同。 生物体内的酶和各种底物具手性。手性分子的对映体进入生物
体内手性环境后, 引起不同的分子识别, 使其生理活性相差很大。
手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同基团的空间排列。
R、S 标记
OH C HOOC H CH3 CH3 COOH C H OH COOH C HO H CH3 H HO COOH C (R )CH3
(S)-
(S)-
(R)-
基团大小顺序：OH > COOH > CH3 > H
CH3 C HO H CH2CH3 HO
R
D、L标记法
CHO H OH CH2OH D-(+)-甘油醛 HO CHO H CH2OH L-(-)- 甘油醛 COOH H2N H R L-氨基酸
8.5. 含多个手性碳原子化合物的立体异构 1) 含两个不同手性碳原子的分子
C-2: -OH > CHCOOH > COOH > H OH Cl 对映关系： Ⅰ与Ⅱ； Ⅲ与Ⅳ Cl HOOC-CH-CH-COOH C-3: Cl > COOH > CHCOOH > H * * 非对映关系： Ⅰ与Ⅲ、Ⅰ与Ⅳ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅱ与Ⅳ OH
COOH H OH H OH COOH COOH HO H HO H COOH
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面
对称因数)。 具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RS）构型。
COOH H OH H OH
内消旋体无旋光性 (两个相同取代、构型相 反的手性碳原子，处于同一分子中，旋光性
几何异构 因共价键旋转受阻而产生的立体异构。
构象异构
因单键“ 自由” 旋转而产生的立体异构。
H H CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H H H CH3 CH3
旋光异构
因分子中手性因素而产生的立体异构。
Br CH3 C C2H5 Cl Br H5C2 CH3 C Cl Cl CH3 C Br C2H5
Cl C H C Cl H
实物与其镜影不能重叠的现象。
Cl C Cl H CH3
COOH H OH H OH COOH
具有平面对称因素的分子是对称分子。非手性分子。
2）中心对称因素 (i)
Cl
Cl F H H Cl
H H F
CH2 CH2 Cl
CH2 CH2
具有中心对称因素 的分子是对称分子。 非手性分子。
构型不变。
H H3C CH2CH3 COOH CH3CH2 H COOH CH3 COOH H CH2CH3 CH3 CH3 H COOH CH2CH3
S
几个？
S
S
S
试判断下列Fischer投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对映关系的有哪
H H3C CH3CH2 Cs COOH H3C
H C2H5 COOH A C2H5
H COOH CH3 B COOH H CH3 C2H5 F C2H5 H CH3 COOH G H
COOH C2H5 CH3 C C2H5 H3C H COOH H
COOH H3C H C2H5 D
C2H5
CH3 H COOH E
将投影式在纸平面上旋转90o,则成它的对映体。
CH2CH3 H3C H COOH 转 90
o
CH3 HOOC H CH2CH3
(在纸平面上)
R
S
将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调, 对调一次
（或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。
COOH COOH H 再对调一次 HO H OH 对调一次 HO CH3 CH3
R S
CH3
H 在纸平面上 COOH
R
旋转180o
COOH H OH CH3
t
a
？
(物理常数)
例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于20ml 氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。求其比
旋光度。
8. 3 含手性碳原子的分子的立体化学
1. 含一个手性碳原子的分子 1）手性碳原子的概念 与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。
H C COOH NH2 * CH3CHCOOH OH
抗妊娠反应的镇静药r酞胺哌啶酮反应停ohhnnoo?手性药物的旋光异构与生物活性1旋光异构体具有不同的生物活性强度coohhh3cs萘普森非麻醉性的消炎镇痛药s酮咯酸ncoohho2旋光异构体具有完全相反的生物活性
第八章 立体化学（stereochemistry）
静态立体化学 立体化学 动态立体化学
COOH C H Cl CH3
H3 C COOH
S
COOH C Cl CH3 H
H
COOH
S
Cl
CH3
H
Cl
动画演示
顺序最小的原子(或基团)在竖线上, 顺时针排列为R构型, 逆时 针排列为S构型。 顺序最小的原子(或基团)在横线上, 顺时针排列为S构型, 逆时
针排列为R构型。
如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置，则分子
使平面偏振光向右旋的为右旋体，用“（+）”或“d”表示。
左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。
外消旋体：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。
外消旋体用 (±) 或 (RS) 或 (dl) 或 DL表示。
( + ) CH3CHCOOH OH ( ) CH3CHCOOH OH ( + ) CH3CHCOOH OH
CH3 CH3 N CH2CH2CH3
d- 异构体 有强兴奋作用 l- 异构体 抗兴奋作用
OH
OH OH NO2 NHCOCHCl2
D-(-) 有杀菌作用 L-(+) 无药效
H O
O
Z-R（有生理活性）
8. 1 手性和对映体
1. 手性(Chirality) 2. 对称因素 1）平面对称因素()
COOH HO H Cl H COOH 2R3R dl-
COOH H H OH Cl COOH 2S3S HO H
COOH H Cl COOH 2R3S
COOH H OH Cl H COOH dl2S3R
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
非对映体：构造相同, 构型不同, 相互间不是实物与镜影关系 的立体异构体。 非对映异构体其旋光性不同, 物理性质不同。
CH3 CH3CH2 N+ C6H5 OHC6H5 CH2C6H5 P+ CH3 Br-
CH2C6H5
CH2CH2CH3
8.6 环状化合物的立体异构
H H COOH H COOH H HOOC H COOH
HOOC
HOOC
H
meso-
(S, S)-
(R, R)-
同时存在顺反异构、对映异构。
动画演示
OH
3）对称轴（旋转轴）对称因素 (Cn)
CH3
H
H CH3 HO H
COOH H OH COOH （有）
N
H H
H CH3 （有）
CH3
C2
C2
C3
（无）
H
H （无）
C2
只含旋转轴对称因素的分子是非对称分子。手性分子。 4）反射对称因素(Sn)
Cl H3C H H H Cl H CH3
旋转180o
H H3C
讨论分子的立体形象及与物理性
质的关系等。
讨论分子的立体形象对化学反应 的影响及产物分子和反应物分 子在立体结构上的关系等。
• 原子在分子内的空间位置； • 在反应中，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如何？及由此如何决定产物分子中各 原子的空间向位？
立体异构 构造相同,分子中原子或基团在空间的排列方式不同。
光活异构体数目 = 2n ; (n=不同手性碳原子数)
外消旋体数目= 2n-1 2）含两个相同手性碳原子的分子
* * HOOC-CH-CH-COOH 酒石酸 OH OH
COOH H OH HO H COOH COOH HO H H OH COOH
*C2 *C3 ： OH COOH CHCOOH H OH
CH3 C CH2CH3 H HO
C H CH3
S
R
R
交叉点 手性碳（位于纸平面上）
COOH C H3C H OH HO
COOH C CH3 H HO （前）
（后）
COOH H （前） CH3
（后）
[规定 ] 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个
键向后，交叉点为手性碳。 将下列化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。
CH3CH2CH2CH3
Cl2 hv
CH3 CH3 Cl Cl H + H C2H5 50% C2H5 50%
为什么总得外消旋体
?
Cl2
hv
2Cl
CH3CH2CH2CH3
a H CH3 C C 2 H5 b
Cl
CH3CHCH2CH3 + HCl
Cl CH3 C a b CH3 C H C 2 H5 C 2 H5 H Cl 50%
手性碳用C*标识
含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。
COOH C CH3 H OH COOH H CH3 HO R-(-)-乳酸 C
对 映 体
互为实物与镜
影关系，不能 相互重叠的两
S-(+)-乳酸
[]D20= +3.8o(水)
[]D20= -3.8o(水)
个立体异构体。
2）左旋体、右旋体及外消旋体 一对对映体中： 使平面偏振光向左旋的为左旋体，用“（–）”或“ l”表示。
外消旋体可分离成左旋体与右旋体。
8.4 构型的表示、构型的确定、构型的标记
构型的表示
菲舍尔投影式
H H3C CH2CH3 COOH CH3CH2 H COOH CH3 COOH H CH2CH3 CH3 CH3 H COOH CH2CH3
楔形式
CH3 C HO H CH2CH3 HO CH3 C CH2CH3 H HO CH2CH3 C H CH3
试给化合物：
Br H
一个正确名称。
H
（1R，3S）- 3-溴-1-环己醇
8.7. 旋光异构体的性质
在相同的非手性条件下，旋光异构体的物理性质与化学性 质相同。 名称 (+)-酒石酸 熔点/oC 170 []25(20%水） 溶解度 +12o 139 pka1 pka2 2.93 4.23
(-)-酒石酸