2024版《有机化学》课件立体化学
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药物活性
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
手性分子的表示方法
用R/S构型标记法或D/L构型标记法表 示。
非手性分子
不具有手性的分子，可以与镜像完全 重合。
立体异构现象
立体异构
分子式相同但空间构型 不同的现象。
立体异构类型 构型异构和构象异构。
构型异构
由于原子或基团在空间 的不同排列引起的异构 现象，包括顺反异构和 对映异构等。
构象异构
由于单键旋转引起的空 间构型变化所产生的异 构现象，如椅式构象和 船式构象等。
03 立体选择性合成策略与方法
立体选择性合成意义及挑战
立体选择性合成的意义
获得具有特定立体构型的化合物，提高药物活性、降低毒性和 改善物理性质等。
面临的挑战
手性识别与传递、立体选择性控制、合成效率与成本等。
经典合成策略
01
02
03
手性池策略
利用天然手性源作为起始 原料，通过多步反应构建 目标分子。
通过选择性反应去除分子 中的对称元素，从而获得 具有特定立体构型的产物。
其他现代合成方法
如金属有机催化、光化学 合成等，为立体选择性合 成提供了更多可能性。
04 立体化学反应机理与影响因素
立体化学反应类型及机理概述
立体化学反应类型
包括立体专一性反应、立体选择性 反应和非立体选择性反应。
反应机理
涉及化学键的断裂和形成，以及反 应中间体的生成和转化。
构型标记法：R/S标记法
R/S标记法
用于标记手性碳原子上取代基的空间排列顺序。根据Cahn-Ingold-Prelog（CIP）规 则，按照原子序数大小排列取代基，若最小取代基在远离观察者方向，则其他三个取代
基按顺时针方向排列为R构型，逆时针方向排列为S构型。
应用
在有机合成、药物设计等领域中，R/S标记法对于确定手性化合物的立体构型和性质具 有重要意义。
《有机化学》课件立 体化学
目录
• 立体化学基本概念与原理 • 立体构型表示方法与命名规则 • 立体选择性合成策略与方法 • 立体化学反应机理与影响因素 • 生物活性物质中立体化学问题探讨 • 实验技术在立体化学研究中应用
立体化学基本概念与原理
01
手性与对称性
01
手性
物体不能与其镜像完全重合的性质。
手性辅剂策略
在合成过程中引入手性辅 剂，通过手性辅剂的诱导 作用实现立体选择性控制。
不对称催化策略
利用手性催化剂对底物进 行不对称活化，实现高立 体选择性合成。
现代合成方法：动态动力学拆分、去对称化等
动态动力学拆分
在反应过程中引入动力学 拆分步骤，将消旋体拆分 为两个不同构型的手性产 物。
去对称化策略
影响立体化学反应结果因素剖析
底物结构
底物的构型、构象、取代基效应 等都会影响立体化学反应的结果。
反应条件
温度、压力、溶剂、催化剂等反应 条件对立体化学反应结果有显著影 响。
立体控制因素
通过手性辅助剂、手性催化剂、不 对称合成等方法实现立体控制。
典型立体化学反应实例讲解
烯烃的加成反应
如Markovnikov规则与反Markovnikov规 则，以及不对称加成反应。
02 立体构型表示方法与命名规则
Fischer投影式与Newman投影式
Fischer投影式
一种将碳链沿竖直方向展开，横向排 列取代基的投影方法。具有简洁明了 的优点，常用于表示单糖、氨基酸等 化合物的立体构型。
Newman投影式
一种将碳-碳单键转至背后，仅显示正 面和背面的取代基的投影方法。适用于 表示环烷烃、环烯烃等环状化合物的立 体构型。
通过测量分子对激光的散射情况，可以得到 与红外光谱互补的分子振动信息。
圆二色光谱法
通过测量手性分子对左右旋圆偏振光的吸收 差异，可以确定手性分子的绝对构型。
D
谢谢聆听02Fra bibliotek对称性
物体可以与其镜像完全重合的性质。
03
手性中心
连接四个不同基团的碳原子，具有手性。
对称元素与对称操作
对称元素
01
对称面、对称中心、交替轴。
对称操作
02
反映、反演、旋转。
对称性的判断
03
根据对称元素和对称操作判断分子的对称性。
手性分子与非手性分子
手性分子
具有手性的分子，不能与镜像完全重 合。
酶催化
酶的立体构型对其催化活性至关重要，底物与酶 的结合具有立体选择性。
实验技术在立体化学研究中应
06
用
X射线晶体衍射技术在确定结构中应用
确定分子构型
通过X射线晶体衍射技术，可以测定晶体中分子的排列方式，从而 确定分子的构型，包括键长、键角、二面角等参数。
测定绝对构型
结合其他手段如旋光色散等，可以确定分子的绝对构型，即手性中 心的构型。
3
确定立体构型 结合NOE效应等高级技术，可以进一步确定分子 的立体构型，包括手性中心的构型和相对构型。
其他先进实验技术简介
A
质谱法
通过测量分子的质量和碎片离子的质量，可以 确定分子的分子式、结构式等信息。
红外光谱法
通过测量分子对红外光的吸收情况，可以 推断出分子中的化学键类型和官能团信息。
B
C
拉曼光谱法
手性现象
生物活性物质中普遍存在的现象， 指分子不能与其镜像重合的特性。
生物活性
手性分子在生物体内往往表现出 不同的生物活性，如药效、毒性
等。
立体异构体
具有相同分子式、不同空间构型 的化合物，其生物活性可能有显
著差异。
药物设计与开发中立体化学考虑
药物靶标
药物设计需考虑与特定生物大分子（如蛋白质、酶等）的立体选 择性相互作用。
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
手性分子的表示方法
用R/S构型标记法或D/L构型标记法表 示。
非手性分子
不具有手性的分子，可以与镜像完全 重合。
立体异构现象
立体异构
分子式相同但空间构型 不同的现象。
立体异构类型 构型异构和构象异构。
构型异构
由于原子或基团在空间 的不同排列引起的异构 现象，包括顺反异构和 对映异构等。
构象异构
由于单键旋转引起的空 间构型变化所产生的异 构现象，如椅式构象和 船式构象等。
03 立体选择性合成策略与方法
立体选择性合成意义及挑战
立体选择性合成的意义
获得具有特定立体构型的化合物，提高药物活性、降低毒性和 改善物理性质等。
面临的挑战
手性识别与传递、立体选择性控制、合成效率与成本等。
经典合成策略
01
02
03
手性池策略
利用天然手性源作为起始 原料，通过多步反应构建 目标分子。
通过选择性反应去除分子 中的对称元素，从而获得 具有特定立体构型的产物。
其他现代合成方法
如金属有机催化、光化学 合成等，为立体选择性合 成提供了更多可能性。
04 立体化学反应机理与影响因素
立体化学反应类型及机理概述
立体化学反应类型
包括立体专一性反应、立体选择性 反应和非立体选择性反应。
反应机理
涉及化学键的断裂和形成，以及反 应中间体的生成和转化。
构型标记法：R/S标记法
R/S标记法
用于标记手性碳原子上取代基的空间排列顺序。根据Cahn-Ingold-Prelog（CIP）规 则，按照原子序数大小排列取代基，若最小取代基在远离观察者方向，则其他三个取代
基按顺时针方向排列为R构型，逆时针方向排列为S构型。
应用
在有机合成、药物设计等领域中，R/S标记法对于确定手性化合物的立体构型和性质具 有重要意义。
《有机化学》课件立 体化学
目录
• 立体化学基本概念与原理 • 立体构型表示方法与命名规则 • 立体选择性合成策略与方法 • 立体化学反应机理与影响因素 • 生物活性物质中立体化学问题探讨 • 实验技术在立体化学研究中应用
立体化学基本概念与原理
01
手性与对称性
01
手性
物体不能与其镜像完全重合的性质。
手性辅剂策略
在合成过程中引入手性辅 剂，通过手性辅剂的诱导 作用实现立体选择性控制。
不对称催化策略
利用手性催化剂对底物进 行不对称活化，实现高立 体选择性合成。
现代合成方法：动态动力学拆分、去对称化等
动态动力学拆分
在反应过程中引入动力学 拆分步骤，将消旋体拆分 为两个不同构型的手性产 物。
去对称化策略
影响立体化学反应结果因素剖析
底物结构
底物的构型、构象、取代基效应 等都会影响立体化学反应的结果。
反应条件
温度、压力、溶剂、催化剂等反应 条件对立体化学反应结果有显著影 响。
立体控制因素
通过手性辅助剂、手性催化剂、不 对称合成等方法实现立体控制。
典型立体化学反应实例讲解
烯烃的加成反应
如Markovnikov规则与反Markovnikov规 则，以及不对称加成反应。
02 立体构型表示方法与命名规则
Fischer投影式与Newman投影式
Fischer投影式
一种将碳链沿竖直方向展开，横向排 列取代基的投影方法。具有简洁明了 的优点，常用于表示单糖、氨基酸等 化合物的立体构型。
Newman投影式
一种将碳-碳单键转至背后，仅显示正 面和背面的取代基的投影方法。适用于 表示环烷烃、环烯烃等环状化合物的立 体构型。
通过测量分子对激光的散射情况，可以得到 与红外光谱互补的分子振动信息。
圆二色光谱法
通过测量手性分子对左右旋圆偏振光的吸收 差异，可以确定手性分子的绝对构型。
D
谢谢聆听02Fra bibliotek对称性
物体可以与其镜像完全重合的性质。
03
手性中心
连接四个不同基团的碳原子，具有手性。
对称元素与对称操作
对称元素
01
对称面、对称中心、交替轴。
对称操作
02
反映、反演、旋转。
对称性的判断
03
根据对称元素和对称操作判断分子的对称性。
手性分子与非手性分子
手性分子
具有手性的分子，不能与镜像完全重 合。
酶催化
酶的立体构型对其催化活性至关重要，底物与酶 的结合具有立体选择性。
实验技术在立体化学研究中应
06
用
X射线晶体衍射技术在确定结构中应用
确定分子构型
通过X射线晶体衍射技术，可以测定晶体中分子的排列方式，从而 确定分子的构型，包括键长、键角、二面角等参数。
测定绝对构型
结合其他手段如旋光色散等，可以确定分子的绝对构型，即手性中 心的构型。
3
确定立体构型 结合NOE效应等高级技术，可以进一步确定分子 的立体构型，包括手性中心的构型和相对构型。
其他先进实验技术简介
A
质谱法
通过测量分子的质量和碎片离子的质量，可以 确定分子的分子式、结构式等信息。
红外光谱法
通过测量分子对红外光的吸收情况，可以 推断出分子中的化学键类型和官能团信息。
B
C
拉曼光谱法
手性现象
生物活性物质中普遍存在的现象， 指分子不能与其镜像重合的特性。
生物活性
手性分子在生物体内往往表现出 不同的生物活性，如药效、毒性
等。
立体异构体
具有相同分子式、不同空间构型 的化合物，其生物活性可能有显
著差异。
药物设计与开发中立体化学考虑
药物靶标
药物设计需考虑与特定生物大分子（如蛋白质、酶等）的立体选 择性相互作用。