有机化学第6章手性分析

H3C H
CH3 CH3
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As a rule, an activation energy barrier of 16 to 19 kcal/mole is required to prevent spontaneous room temperature racemization of substituted biphenyls
3.Double and trip bond
CH2CH2CH3
CH2CH2CH3
CH2SH H
CH2SCH3 H
HH R
H CH CR
O H
OC CO H
CC
R
R
CC
O OH
OC CO OH
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4. 取代基互为对映异构体时， R 构型优先于S 构型 取代基对几何异构体时，顺式 （Z) 优先于反式 (E)
H
H Cl
Cl H
CH3
CH3
H3C
H Cl
Br H CH3
(2s,3R)-2-Bromo-3-chlorobutane
(2R,3S)-2-Bromo-3-chlorobutane
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COOH
H
OH
HO
H
COOH
I
(2R,3R)-(+)-
COOH
HO
H
CH3
CH3
Enantiomers Br
H
H Cl
CH3
H3C
Cl H
Br H 2 3CH3
(2s,3s)-2-Bromo-3-chlorobutane Diastereomers (2R,3R)-2-Bromo-3-chlorobutane
Cl H CH3
H3C
HBr
CH3
CH3
H Br Enantiomers Br
d
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a b
c
a
d
C
b
c
R构型
a
a
d
c
d
C
c
b b
S构型
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Sequence rules
1. Higher atomic mass receives higher priority
2. What if two substituents have the same rank when we consider
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Cl Cl
Cl S
S Cl
R Cl R
Cl
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不含手性碳原子的化合物的立体异构
丙二烯(联烯)型化合物 联苯型化合物 环外双键型化合物 螺环 含C2轴（BINAP）
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H
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H
C
H
H
C
C
H
CH3
CH3
CC C
H
H
CH3
CH3
HCC C
CH3
有反轴 无手性
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手性中心的存在与否不是唯一判断手性分子的标准 许多含有手性中心的分子不是手性的.(例外: meso) 许多手性分子不含有手性中心.(例外: 联苯型, 丙二烯型)
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(二） 对映异构体的表示法：
Fischer Projection： 把立体的结构式用平面表示出来
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联苯型的旋光异构体
X1 X2 X3 X4
C原子与X1（或X3）的中心 距离和C原子与X2 （或X4） 的中心距离之和超过
290pm，那么在室温 （25oC）以下，这个化合
物就有可能拆分成旋光异 构体。
单位：pm
C-H （104） C-NH2 （156） C-Br （183）
4
3. 如何判断分子是否是对映异构体:
a. 手性碳（Chiral Center） b. 分子中是否 含有对称因素：
W Z C* X
Y
1。 对称面： 2。 对称轴： 3。对称中心：
一个分子如具有对称面, 或对称中心, 或对称轴, 则这个分子无
手性------非手性分子(Achiral molecule)
HS
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
(2R,3R)-(-)-赤藓糖 (2S,3S)-(+)-赤藓糖 (2S,3R)-(+)-苏阿糖 (2R,3S)-(-)-苏阿糖
(i)(ii) 对映体，(iii)(iv) 对映体。
(i)(iii), (i)(v), (ii)(iii), (ii)(v)为非对映体。
含有两个相同手性碳的分子都只有三个立体异构体:
一对对映体和一个内消旋体（meso） 。
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COOH H OH HO H
COOH
？ Number of stereoisomers = 3
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含有两个手性碳原子的化合物
HCl s sCH3 H3C 3 2HBr
CH3 H Br Cl H
CH3
H (2) CH2=CH CH2CH3
Br
(3)
Cl
(H3C)2HC C CH2CH2OH
Br
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含有两个相同手性碳原子的化合物
Molecule containing two equivalent chiral centers
如果分子内有n个不同的手性碳，立体异构体的数目 应是2 n（n为正整数）。
1) Chiral pool
2) Chiral resolution technique
3) Chiral auxiliary methodology
4) Asymmetric catalysis a) enzymatic catalysis b) chemocatalysis metal-mediated catalysis metal-free catalysis (organocatalysis)
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(CH2)m
(CH2)n
COOH
43oC n=8 半衰期170min。
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n=4 m=4 可析解
HOOC COOH
O
O
(CH2)n
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有手性面的旋光异构体
蒄（无手性）
六螺并苯（有手性）
H3C CH3
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CH3
CH2COOH
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Methods for obtaining chiral nonracemic compounds
the atoms directly attached to the stereocenter? In such a case, we
proceed along the two respective substituent chains until we reach
a point of difference.
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分析烯烃的亲电加成（与Br2）
HH H3C CH3
Br2 CCl4
Br H
CH3
H H3C
Br
+
H3C H Br
Br
CHH3
(2R, 3R)-2,3-Dibromobutane (2S, 3S)-2,3-Dibromobutane
H CH3 H3C H
Br2
Br H CH3 +
C-CH3（150） C-OH （145） C-I （200）
C-COOH（156） C-F （139）
C-NO2（192） C-Cl （163)
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NO2 NO2 COOH COOH
NO2 NO2 COOH
COOH
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NO2 NO2
C-NO2 与 C-NO2 384pm C-NO2 与 C-CH3 365pm
第6章 手性分析
光学活性、立体异构、对映体、非对映体 手性中心 绝对构型（R、S） 赤式和苏式 拆分
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构造异构
骨架异构 官能团异构 官能团位置异构
异构现象 立体异构
顺反异构 构型异构
对映异构
构象异构
2019/10omerisms):
( 一） 对映异构体和手性 : 1. 对映异构体 (enantiomers):如两个分子具有对映，而不能 重叠的关系，为对映异构体。
CH3
由于位阻太大引起的旋光异
构体称为位阻异构体。
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一个双键与一个环相连（1909年拆分）
H H3C
COO H H
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[]D = 81.4o
( 乙醇 )
螺环形
H H3C
H COOH
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把手化合物
HOOC
(CH2)n
n=8，可析解，光活体稳定。 n=9，可析解， 95.5oC时，半衰期为444min。 n=10，不可析解。
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判别手性分子的依据
S1 = S2 = i
对称元素
对称面（ ）
对称操作 反映（射）
判别手性的依据 有对称面无手性
对称轴(Cn）
2 n
旋转
不能作为区别手性的 依据
对称中心(i) （或反演中心）
反演
反轴(Sn)（或更迭
对称轴，或旋转 反射轴）
旋转+反映（射）
2 n
有对称中心 无手性
(diastereomers)
acid
(-)-acid-(-)-base’salt H+ (-)-acid
(m.p., or s.有差别)
常用的生物碱: (-)-番木鳖碱, (-)-奎宁, (-)-马钱子碱, (+)-辛可宁
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Asymmetric catalysis
CH3
COOH OH OH
H
(3) CH3
(4)
H
H
Cl Cl
CH3
H
H
Cl 和 H
Cl
H
C2H5
C2H5
CH3
OH H
和
OH
H
CH3
CH3 CH3
OH OH
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环状化合物的立体异构
顺反异构 对映异构
CH3 H3C R
S
CH3
R
R c2 CH3
CH3
S
c2 S CH3
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向前------横向
向后----纵向
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R/S标记法（Designation of R/S）：
将与手性碳相连的四个原子或基团按次序规则排列出 基团的大小a>b>c>d，将最小的基团d离观察者最远。 其它三个基团按a→b→c的顺序。如果是顺时针，称 为R（Rectus拉丁文“右”字的字首）构型；逆时针， 称为S（Sinister拉丁文“左”字的字首）构型。
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2. 有对映异构体的分子被称为手性分子 (Chiral Molecular)
I Cl C H
Br
I HC
手性分子
Cl (chiral molecule)
Br
不重合
CH3
CH3
Cl C H
H C Cl
CH3
CH3
mirror
非手性分子 (achiral molecule)
重合
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CCl4
H3C H Br
HH3C Br
Br
CHH3
meso-2,3-dibromobutane
Br
SN2
Br
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问题:下列各组化合物是什么关系（相同的，对映体、 非对映体）
(1)
H H
CH3
Br
Br
和
CH3 Br
Br
CH3 H H
(2)
HO H
COOH
H
H
和 OH CH3
CH3
H
OH
COOH
II
(2S,3S)-(-)-
COOH
H
OH
H
OH
COOH
III
(2R,3S)-
COOH
HO
H
HO
H
COOH
IV
(2S,3R)-
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HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO
CHO
CHO
CHO
CHO
RH
OH
HO
HS
S HO
H
H
OH R
RH
OH
HO
HS
RH
OH
HO
确定R, S 构型的方法：右手法法则
伸开右手,大拇指和其余四指垂直,且在同一平面内, 让大拇指指向最小基团, 四指所指弯曲方向如果是 其余三基团从大到小排列的方向，则分子的对映异 构体构型为R型，反之，为S型.
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问题 3-3 用R/S法标示下列各化合物的构型：
Cl (1) ClCH2 CH(CH3)2
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Resolution 的依据: (1). Diastereomers 之间physical property 的差别 (2). Enantiomers 与手性化合物反应速度的不同
1. 化学分离法:
(±)-acid + (-)-base
Racemic 无旋光
有旋光
(+)-acid-(-)-base’salt H+ (+)-