第二章立体化学
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高等有机第二章立体化学原理
构象异构
3
H H H H H H H
HH H H
单键旋转 构象异构 （可互相转化）
H
叔胺翻转
R1、R2、R3是烃基
4
两种异构体A和B
A和B分子中的原子具有相同的连接顺序吗？ 否 构造异构体 是 立体异构体 A和B具有相互不能重合的实物与镜像关系吗？ 否 非对映异构体
是
对映异构体
5
一. 对称性与分子结构
化合物的对称性可以用对称元素加以确定，而对称元 素又可以用一定的对称操作加以描述。对称元素可以 分为对称轴、对称面、对称中心和更迭对称轴（或旋 转反射对称轴）。 对称轴 Cn： 通过分子的一条直线，以这条直线为轴旋 转 360°/ n（n=2、3、4、…）角度，得 到的物体或分子的形象和原来的形象完全 相同，这种轴称为对称轴，并相应地称之 为n重对称轴。 例如：反-2-丁烯有一个二重对称轴C2（垂 直于碳碳双键中心）。
12
2. 含有其它手性原子的化合物
分子中含有四个键指向四面体的四个顶点的原子，若 四个基团不同就有旋光性。
CH2CH3 N CH(CH3)2 C6H5 CH3 CH2CH3 C6H5 N CH(CH3)2 CH3
CH2CH=CH2 P CH(CH3)2 C6H5 CH3
CH2CH=CH2 C6H5 P CH(CH3)2 CH3
外消旋体
非对映混合体
• 拆分酸时，常用的光学活性的碱，如天然的生物碱（（-）奎宁、（-）-马钱子碱、（-）-番木鳖碱）和合成得到的光学 纯的胺类等。
27
• 拆分碱时，常用的天然的光活性酸，如酒石酸、樟 脑--磺酸等。 如a-苯乙胺的拆分：
NH 2 Ph + H CH3 (R-) OHNH2 Ph H CH 3 (R-) NH2 Ph H CH 3 (S-) + HOOC OH COOH NH 3+ Ph HOOC H CH3 (R-) NH 3+ Ph H CH3 (S-) OH HOOC COOOH COOOH
第二章 立体化学
(Z)-1，2-二氯-1-溴乙烯 反-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-1，2-二氯-1-溴乙烯 顺-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-3, 4-二甲基-2-戊烯 顺-3, 4-二甲基-2-戊烯
(Z)-3, 4-二甲基-2-戊烯 反-3, 4-二甲基-2-戊烯
二、顺反异构体的性质
▪ห้องสมุดไป่ตู้物理性质不同 ▪ 化学性质：基本相同，与空间构型有关的有差别。
次互换，使最不优先的基团位于顶部，剩下3个原子或基团按照从优先到不优
先的顺序，顺时针方向排列为R-构型，逆时针方向排列为S-构型。
（二）对称中心
如果有机分子中存在一个假想的点，从分子中任一原子或基团向该点作一直 线，再从该点将直线延长，在等距离处遇到相同的原子或原子团，则该点即 为该分子的对称中心。
四、判断对映体的方法
➢ 比较一个分子和它的镜像，如果两者不能重合，则为对映体。 ➢ 有对称面或对称中心的分子为非手性分子（没有对映体）。 ➢ 仅有一个手性碳原子(或手性中心)的分子为手性分子（有对映体）。
第三节
手性、手性分子和对映体
一、手性
镜像与实物不能重合的现象称为手性（chirality）。
二、手性分子和对映体
手性分子：与镜像不能重合的分子。 手性碳（不对称中心）：连接4个不同原子或基团的碳。
手性碳
与镜像不能重合的分子彼此互为对映异构体（手性异构体）
三、分子中常见对称因素
（一）对称面
对称面：能将分子切分为具有实物与镜像关系的假想平面。有对称面的化合 物不是手性分子。
第二章
立体化学
立体化学：研究有机分子的立体结构、反应的立体选择性 及其相关规律和应用。
碳链异构
位置异构 构造异构
第二章立体化学原理.
360° 分子旋转的角度为 n 时，称 n重对称轴 (Cn)。
F
FB F
C3
C4
C5
C6
n重：当分子旋转360°时，已经重复了 n 次围绕 对称轴的旋转操作。
对称平面 (σ):
请你各举一例。
1. 所有的原子共同处于的平面
2. 通过分子中心，且将分子平均 分成互成实物与镜象关系的 两部分的平面
对称中心 (i)：
Configurational diastereomers
Cis-trans diastereomers
2.2.1.1 分子的对称性
对称要素： 对称轴 (Cn)：
Cl
H
C H
C
Cl
180° Cl
H
CC
H
Cl
分子围绕通过分子中心、并且垂直于分子所在平面的直线旋转 一定的角度后，同原来的分子重合，此直线为一般对称轴。
反式 (+) 异构体 mp:175°
反式 (-) 异构体 mp: 175 °
对映体对
H H
COOH HOOC
内消旋体
COOH HOOC
H
H
H
H
HOOC
COOH
反式异构体
对映体对
2.2.1.5不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心
端位上连接的基团
对称分子 (Symmetric Molecules)：
具有 Cn、σ、i、Sn 分子。 请各举一例
不对称分子(AsymmetricMolecules)：
不含有任何对称要素的分子。一定是手性分子(Chiral molecular)
F
FB F
C3
C4
C5
C6
n重：当分子旋转360°时，已经重复了 n 次围绕 对称轴的旋转操作。
对称平面 (σ):
请你各举一例。
1. 所有的原子共同处于的平面
2. 通过分子中心，且将分子平均 分成互成实物与镜象关系的 两部分的平面
对称中心 (i)：
Configurational diastereomers
Cis-trans diastereomers
2.2.1.1 分子的对称性
对称要素： 对称轴 (Cn)：
Cl
H
C H
C
Cl
180° Cl
H
CC
H
Cl
分子围绕通过分子中心、并且垂直于分子所在平面的直线旋转 一定的角度后，同原来的分子重合，此直线为一般对称轴。
反式 (+) 异构体 mp:175°
反式 (-) 异构体 mp: 175 °
对映体对
H H
COOH HOOC
内消旋体
COOH HOOC
H
H
H
H
HOOC
COOH
反式异构体
对映体对
2.2.1.5不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心
端位上连接的基团
对称分子 (Symmetric Molecules)：
具有 Cn、σ、i、Sn 分子。 请各举一例
不对称分子(AsymmetricMolecules)：
不含有任何对称要素的分子。一定是手性分子(Chiral molecular)
第二章立体化学基础PPT课件
H C-COOH 287℃ 难溶于水 HOOCC- H
分子式相同,结构式也相同，但是它们结构式中原子或原子团 在空间的排列方式不同。这样的立体异构称为顺反异构。
二.产生顺反异构的条件：
1. 分子中存在着限制碳原子（或氮原子）自由旋转的因素， 如双键或环结构。
.
6
2. 不能自由旋转的原子上连有不相同的的原子或原子团。
如果二个大基团处在双键同侧就称为Z型；若二个大基
团处在双键异侧就称为E型。
(大 )BC r-H (小 ) (大 )BC rH (小 ) (大 )CC -l C 3 (小 H ) (小 )H 3 C C C (大 l)
Z—2—氯— 1—溴丙烯 E—2—氯— 1—溴丙烯
(大 )C3 -H C -H (小 )
(2) 横键代表朝向纸平面前方的键，竖键代表朝向纸平面 后方的键。 “横前竖后‘’
(大 )C3 -H C -H (小 )
(大 )(C 3 )2H C C -H C 2 C H -3 (小 H )(小 )C3 -H C 2 -C - H CH 3 )2 (大 ()C
.
9
3.当分子中双键数目增加时，顺反异构体的数目也增加。
HC--C3H HC--C3H H3CC--H
HC-C2H HC-C2H
练习：见教材
.
18
第三节 费歇尔投影式
★费歇尔投影式 ：是指将一个三维（立体）手性 分子模型作 如下规定:与手性碳横向相连的基团朝向纸平面的前方； 竖向相连的基团朝向纸平面的后方；手性碳处于纸平面上。 将其投影,所得平面投影式称为费歇尔投影式。
.
19
★注意事项
(1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。
2．位置异构：取代基或官能团在碳链上的位置不同。
分子式相同,结构式也相同，但是它们结构式中原子或原子团 在空间的排列方式不同。这样的立体异构称为顺反异构。
二.产生顺反异构的条件：
1. 分子中存在着限制碳原子（或氮原子）自由旋转的因素， 如双键或环结构。
.
6
2. 不能自由旋转的原子上连有不相同的的原子或原子团。
如果二个大基团处在双键同侧就称为Z型；若二个大基
团处在双键异侧就称为E型。
(大 )BC r-H (小 ) (大 )BC rH (小 ) (大 )CC -l C 3 (小 H ) (小 )H 3 C C C (大 l)
Z—2—氯— 1—溴丙烯 E—2—氯— 1—溴丙烯
(大 )C3 -H C -H (小 )
(2) 横键代表朝向纸平面前方的键，竖键代表朝向纸平面 后方的键。 “横前竖后‘’
(大 )C3 -H C -H (小 )
(大 )(C 3 )2H C C -H C 2 C H -3 (小 H )(小 )C3 -H C 2 -C - H CH 3 )2 (大 ()C
.
9
3.当分子中双键数目增加时，顺反异构体的数目也增加。
HC--C3H HC--C3H H3CC--H
HC-C2H HC-C2H
练习：见教材
.
18
第三节 费歇尔投影式
★费歇尔投影式 ：是指将一个三维（立体）手性 分子模型作 如下规定:与手性碳横向相连的基团朝向纸平面的前方； 竖向相连的基团朝向纸平面的后方；手性碳处于纸平面上。 将其投影,所得平面投影式称为费歇尔投影式。
.
19
★注意事项
(1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。
2．位置异构：取代基或官能团在碳链上的位置不同。
151013_第二章立体化学原理
例 2－3：
C O
NH2 C H CH3
UV ORD
在同一波长下，一对 对映体具有相反的分子椭圆 率()，因此，在CD谱上表
CD
现为对映相反的吸收。 测定ORD或CD为主要判 定对映体纯度和确定化合物 构型的主要方法。但手性 HPLC及手性GC亦可用于对映 体的分析甚至分离制备。
2
例 2－4：
2.1.1 手性碳
连有四个不同原子或基团的碳原子称为手性碳原子(Asymmetric Carbon Atom), 在分子环境中该碳原子不具有任何对称因素。具有 一个或多个手性碳原子的化合物是一类最庞大的有机化学手性分子 库。
任何具有一个对称面的分子将能与其镜像重叠，是非手性 的(Achiral)：
FIGURE 1. (a) The CD spectra of 1 (dash line), SR (full line), and SS (dot line). (b) The CD spectra of SS (dot line) and RR (dash-dot line). J. Org. Chem. 2009, 74(8), 3164–3167.
由于手征性(Chirality)是用来描述一种物体和它的镜像 不能重叠时的情况的一个名称，所以不需要借助于任何可测 量的物理或化学性质就能够描述它。
1
旋光度的符号和大小与测量的温度、溶剂和射入样 品的入射光的波长等因素都有关系。 一般旋光度的单波长测量都采用钠灯光源589 nm波 长的发射光，该波长称为钠的D线波长，因此，所测定的 旋光度常记述为[]D。
3
2.1.4 Fischer 惯用法(D&L)
Fischer 以右旋(+)-甘油醛的构型作为标准，并规定其构型为D；甘油 醛的左旋异构体为其镜像构型，将它规定为L。一个手征分子的构型将 根据它与D-甘油醛的构型相似还是与L-甘油醛的构型相似而规定为D或 L。
有机化学(医学专业)第二章：立体化学
NO2
NO2
HO H
H NHCOCHCl2 CH2OH
２
１
H Cl2CHCOHN
OH H CH2OH
1R, 2R- (-)
1S, 2S - (+)
氯霉素 抗菌活性 ( - ) ∶ ( + ) = 100 ∶ 0.4
合霉素 —— 外消旋体 已淘汰
历史教训（1959－1962年 欧洲）
镇静催眠药（沙利度胺 Thalidomide ）
两者还有十分重要的不同性质：
对偏振光的作用不同; 生理作用上有着显著的不同
3、判断对映体的方法
1. 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 如果两者能重合，说明分子无手性，没有对映异构现 象；如果两者不能重合，则为手性分子，有对映异构 现象，存在对映体。 2. 考察分子有无对称面。如果分子有对称面，则 该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。
D-(+)-甘油醛
HgO
COOH H OH CH2OH
L-(-)-甘油醛
COOH H2N H CH3
D-(-)-甘油酸
L-丙氨酸
常用于糖类和氨基酸的构型标记
2. R/S 构型标记法（ 1979年被 IUPAC 建议采用） (1) 标记R/S 构型的步骤
按原子序数大小确定与手性碳原子相连的 四个原子或基团的大小顺序。 将手性碳原子的四个原子或基团中最小的
阴离子部位
平面区
阴离子部位 受体
平面区
受体未接触部位
L-(+)-肾上腺素
D-(-)-肾上腺素
血管收缩作用：D型比L型强12~20倍
人体为什么有左旋和右旋（手性）之分?
现代科学从陨石的研究发现，地球的的生命来自太空。
NO2
HO H
H NHCOCHCl2 CH2OH
２
１
H Cl2CHCOHN
OH H CH2OH
1R, 2R- (-)
1S, 2S - (+)
氯霉素 抗菌活性 ( - ) ∶ ( + ) = 100 ∶ 0.4
合霉素 —— 外消旋体 已淘汰
历史教训（1959－1962年 欧洲）
镇静催眠药（沙利度胺 Thalidomide ）
两者还有十分重要的不同性质：
对偏振光的作用不同; 生理作用上有着显著的不同
3、判断对映体的方法
1. 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 如果两者能重合，说明分子无手性，没有对映异构现 象；如果两者不能重合，则为手性分子，有对映异构 现象，存在对映体。 2. 考察分子有无对称面。如果分子有对称面，则 该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。
D-(+)-甘油醛
HgO
COOH H OH CH2OH
L-(-)-甘油醛
COOH H2N H CH3
D-(-)-甘油酸
L-丙氨酸
常用于糖类和氨基酸的构型标记
2. R/S 构型标记法（ 1979年被 IUPAC 建议采用） (1) 标记R/S 构型的步骤
按原子序数大小确定与手性碳原子相连的 四个原子或基团的大小顺序。 将手性碳原子的四个原子或基团中最小的
阴离子部位
平面区
阴离子部位 受体
平面区
受体未接触部位
L-(+)-肾上腺素
D-(-)-肾上腺素
血管收缩作用：D型比L型强12~20倍
人体为什么有左旋和右旋（手性）之分?
现代科学从陨石的研究发现，地球的的生命来自太空。
高等有机化学 第2章 立体化学
分子对称性
R R R R R R R R （Ⅰ） R R （Ⅲ）旋转轴
R表示手性碳原子基团，R+与R-分别表示它们的两种构型，R+与R-互 为镜影关系。可以看出构型(Ⅰ)中没有对称面，也没有对称中心。但 若通过四员环中心并与环平面垂直的轴旋转90°=360°/4，就得到构 型(Ⅱ)，再以垂直于该轴的镜面进行反映，得到构型(Ⅲ)。而(Ⅲ)与 (Ⅰ)完全相同，则称此轴为该分子的四重交替对称轴，以S4表示。(Ⅰ) 与(Ⅱ)代表同一构型，(Ⅲ)是(Ⅱ)的镜影，所以(Ⅲ)也应是(Ⅰ)的镜 影。(Ⅲ)与(Ⅰ)能相互重合，这就是说(Ⅰ)能与其镜影相重合，所以 (Ⅰ)没有手性，亦即具有交替对称轴的分子没有手性。
例如用硼氢化钠还原丙酮酸，形成的乳酸含等量右 旋及左旋乳酸，无旋光性，该混合物叫外消旋体。
2.1.3 含两个及多个手性碳原子的化合物的旋光异构 当化合物分子中有两个或更多个手性碳原子时，其旋光 异构的复杂性也随之增加。分子中的每个手性碳原子都应 该有它自己的构型，分别可用R/S构型表示法表示。若含 有两个手性碳原子时，它们的构型可以相同也可以不同。 1）两个构型不同的手性碳原子 (AB型) 以+A，-A， +B， -B分别代表A， B的不同构型，则可按下列方式组合成四 种异构体。
凡是具有手性碳原子的化合物都与其镜象不能重合， 凡实物与镜象不能重合的分子都是手性分子。只有手性 分子才存在对映异构体。判断一个化合物是否有手性， 除了看它有无手性碳原子以外，根本的方法是检查它的 对称性。比如：乳酸分子：
COOH C* H H3C OH HO HOOC
* C
H CH3
分子的对称性
O C6H5 C H C* CH3 O C6H5 C ① H C* CH3 CH2CH3 HO ② O CH2CH3 + C H C 6 5 ② CH3 C* CH2CH3 H ① C6H5 C C CH3 CH2CH3
02立体化学
2019/11/5
30
2、投影规则
COOH
H
OH
CH 3
（1）手性碳（ ）位于纸面（十字线交点）； （2）与*C结合的横向的两原子（基团 ）位于纸面的前方； （3）与*C结合的竖向的两原子（基团 ）位于纸面的后方； （4）一般将主碳链放在竖线上，把命名时编号最小的碳放在上端。
这样固定下来的分子模型投影，得到的Fischer投影 式 为 最 严 格 的 Fischer 式 ， 用 D/L 法 命 名 时 必 须 用 这 种 Fischer式。
2019/11/5
10
2000年8月 发生于大西 洋的阿尔贝 托飓风，其 螺旋具有手 性特征。
2019/11/5
11
在植物学中，手性也是一个 重要的形态特征。绝大部分 攀缘植物是沿着主干往右缠 绕的，但也有少部分是往左 缠绕的，如香忍冬。
2019/11/5 左手性紫藤
右手性多花紫藤 12
有机分子手征性的发现
CH3 Cl Br
CH3
2019/11/5
33
第三节 物质的旋光性
了解
要解决的问题：
1. 什么是旋光性？
2. 什么物质具有旋光性？
3. 物质的旋光性是如何测定的？
4. 测定旋光性有何意义？
5. 什么是左旋体和右旋体？
6. 符号(+)、(－)、d、l、、[]tD 所表示的意义？
7.
[]Dt =
1848年，法国化学 家巴斯顿发现酒石酸两 种不同的存在形式：左 旋酒石酸和右旋酒石酸， 并借助放大镜用镊子把 这两种晶体分开。
2019/11/5
13
三、手性分子的特点
1. 有对映异构现象
光学性质
高等有机化学-2立体化学
对称分子 (Symmetric Molecules)： 具有σ、i、Sn 分子。请各举一例
手性分子一定 不含有σ,i, Sn
非对称分子 (Dissymmetric Molecules)：
仅具有Cn的分子。
O
O
不对称分子
(Asymmetric Molecules)：
C2
C O
OC
不含有任何对称要素的分子。 手性分子
•
CH2OH
H
NHCO CHCl2
HO
H
Cl2CHCOHN H
CH2OH H OH
NO 2
•
L-构型 ３0
NO2 D-构型 （氯霉素）３1
• 拆分方法是：将外消旋氨基物与D(+)-酒石酸反应，得到一对
互为非对映异构的铵盐，利用两者的溶解度不同将其分离，再 用碱中和酒石酸，就可离析出D-氨基物，将拆分所得的D-氨基 物与二氯乙酸反应就得氯霉素。
D-(-)-乳酸 mp: 52.8°
L-(-)-乳 mp: 53°
构象异构：
H
CH3 H
H CH3CH3
H
HH
H
CH3
H
对位交 邻位交
一. 对映异构 (Enantiomerism)
(一). 分子的对称性
对称要素：
对称轴
(Cn)：
Cl H
C
C
H Cl
180°
Cl C
H
H C
Cl
分子围绕通过分子中心、并且垂直于分子所在 平面的直线旋转一定的角度后，同原来的分子重合， 此直线为一般对称轴。
（四) 环状化合物的对映异构
（五）不含手性中心的手性分子
（六） 前手性分子 （Prochiral Molecules) （七 )不对称合成 (Asymmtric Synthesis)
立体化学chapter 2
2.1 Basic Concepts and Principles
Several types of isomerism Including constitutional, configurational, and conformational isomerism.
Constitutional isomers (structural isomers) Molecules with the same atomic composition but different bonding arrangements between atoms. Differ in the order in which the atoms are connected so they contain different functional groups and / or bonding patterns
2.1 Basic Concepts and Principles
Practice:
2. Draw formulae of all possible isomers which have the empirical formula C3H6O.
O
S
O CH3
R
O OH H3C C H 3C CH 3 H3C D CH 2
2.1 Basic Concepts and Principles
2.1 Basic Concepts and Principles
Geometric isomers Configurational isomers that differ in the spatial position around a bond with restricted rotation (e.g. a double bond)
第2章 立体化学 (研10)
同分异构
异构现象： 异构现象：
• 立体化学起源于 立体化学起源于1848年， 法国化学家巴斯德 年 法国化学家巴斯德 巴斯德(Pasteur) 将外消旋的酒石酸铵钠的结晶， 将外消旋的酒石酸铵钠的结晶，分离成左旋体和右旋 体，从而发现了对映异构现象。 从而发现了对映异构现象。 • 立体化学是研究化合物分子在三维空间的立体形象与 其物理性质， 其物理性质，反应性能以及生理活性之间的关系的科 学。 • 立体化学已成为化学学科的一个重要分支，研究分子 立体化学已成为化学学科的一个重要分支， 的立体结构与性能之间的关系已成为化学的一项重要 内容。 内容。
CO2H H HO C C OH HO H
H
CO2H C C H H OH H
CO2H C C OH HO OH HO
CO2H C C H H
CO2H
CO2H
CO2H
CO2H
(a)
对映体
(b)
(c)
←相同 →
内消旋体
(d)
含对称面，对位交叉式构象含对称中心。 含对称面，对位交叉式构象含对称中心。是 非手性分子，称内消旋体。 非手性分子，称内消旋体。
如果偏振光通过由手性分子组成的介质则右旋圆偏振光从右边接近分子左旋圆偏振光从左边接近分子由于分子的不对称性这两种圆偏振光所遇到的基团不同不同基团的极化度不相同所以两种圆偏振光的折射率不同即两种圆偏振光经过手性分子时所遇到的阻力不同从而使二者传播的速度不同
第
2
章
立 体 化 学原理
Stereochemistry
四、非对映体和内消旋体
1、非对映体 、 当分子中有n个手性碳原子时， 最多有 当分子中有 个手性碳原子时，则最多有 个手性碳原子时 2n个立体异构体。 个立体异构体。 * * CH2 CH CHCHO
第二章-立体化学PPT课件
1.由手性底物出发
M e H CC O1 .i-B u M g B r
H B u -i
M e
O H
CC +
H O H
M e
B u -i
CC
E t
2 .H 3 O + M e
E t
M e
E t
M e
(A)64% (B)36%
(ee%=28%)
手性合成的效果通常用ee%值表示， ee值就是对 映体过量值也称对映体过量百分率。
.
6
二、手性分子的类型 1.含手性中心
与四个不相同的基团相连的原子就是手性中心 (1)手性碳
.
7
含一个手性碳的化合物：
构型的表示方法： 透视式：
Fischer投影式：
.
8
构型标记法：
D/L标记法 R/S标记法
.
9
.
10
(R)
(R)
(1) -OH, (2) -CHO, (3) -CHOH, (4) -H
C H 2O H
C H 2O H
C H 2O H
D - ( - ) - 赤 藓 糖L - ( + ) - 赤 藓 糖 D - ( - ) - 苏 阿 糖L - ( + ) - 苏 阿 糖 ( 2 R , 3 R ) - 赤 藓 糖 ( 2 S , 3 S ) - 赤 藓 糖 ( 2 S ,3 R ) - 苏 阿 糖 ( 2 R ,3 S ) - 苏 阿 糖
H
O CH3
CH3
丙胺卡因
.
NH2 CH3
甲苯胺
36
例如：治疗帕金森病的药物多巴，只有(S)-对 映体有效，而(R)-对映体有严重的副作用。
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CH2
20%
20%
O
H
CH3
OH
H
CH3
CH3MgX
H2O
C6H6 H
H3C C6H5H
CH3
67%赤式
OH
H
CH3
H C6H5CH3
33%苏式
CHO H OH H OH
CH2OH
CHO HO H HO H
CH2OH
CHO HO H
H OH CH2OH
CHO H OH HO H
CH2OH
D-(-)-赤藓糖 L-(+)-赤藓糖 D-(-)-苏阿糖 L-(+)-苏阿糖
R RL OH
R
H
CH3
HO
HO C6H5CH3 C6H5 CH3
C6H5
H CH3
COCH3
R
RMgX
H
H2O
CH3
H3C C6H5
R H
O CH3
H3C
苏式
R 基团越大，选择性越好
R = -CH3, -C2H5, -C6H5时，苏式：赤式 ≈ 1:2；1:3；1:5 不能应用于手性碳原子连有能与试剂络合的基团的化合物
HOOC H
COOH
HO Fumarate hydratase
H
HH
COOH
S. Ichikawa et.al Biochemical Engineering Journal 2003, 13(1), 7-13.
三、非对映异位基，非对映异位基面（diasteseotopic ligand and faces） 与手性中心相连的前手性中心上基团（原子）被取代，生成非对映异构体，这
3. 不对称合成 手性分子（非手性分子）的前手性单位被转化成手性单位并生成不等量的
立体异构体的过程
（1）旋光纯度 表示不对称合成的效率
旋光纯度百分率（Percent optical purity）
o.p. =
[α]obs [α]max
× 100
[α]obs：实测的产物的旋光度；[α]max：纯立体异构体的旋光度 对映体过量百分数（percent enantiomeric excess，e.e.)
COO H3N 2 H HS 3 HR
C6H5
C2 是手性碳，C3 上的两个质子为非对映异位原子 H被D取代得到S构型为HS
2
H被D取代得到R构型为HR 非手性试剂在非手性环境的条件下反应得到非手性化合物。
非对映异位面：连接在手性碳原子上的不饱和碳原子双键的面。
re进攻
C6H5
H H3C
O CH3
第二章 立体化学
基本知识基础(复习)
1.立体异构：构型异构与构象异构 2.手性与对称因素（对称面与对称中心） 3.对映体与旋光性 4.光学异构体中的 R/S 规则
第一节 立体化学原理
对称分子（非手性）分子与手性分子；对映体与非对映体 一、等位基与等位面(Homotopic ligands and face)
(2R,3R)-赤藓糖 (2S,3S)-赤藓糖 (2S,3R)-苏阿糖 (2R,3S)-苏阿糖
相同的基团
同侧—赤式(erythro-） 异侧—苏式(threo-)
5
CHO H C6H5
CH3
CH3MgX H2O
CH3
CH3
H OH HO H
+
H
C6H5 H
C6H5
CH3
CH3
反应机制受环境因素，分子的拥挤，反应温度，介质，酸碱度等因素影响。
endo-2-Norborneol exo-2-Norborneol
ii．当桥上有一个取代基，内向指取代基接近换上官能团的异构体。
H CH3
H3C H
O
O
endo-7-Methyl-2-norcamphor exo-7-Methyl-2-norcamphor
环上取代基接近较长桥，或位于主桥相反的位置，或位于环内障碍较大的位 置，是用内向（endo）表示；若取代基接近较短桥，或位于靠近主桥的位置，或 位于环外障碍较小的位置时，用外向（exo）表示。
96-99% ee
H3O+
CHO ZnBr2
(R)-citronellal
H2, Ni cat
isopulegol
(-)-menthol
PPh3 PPh3
野依良治（Ryoji Noyori）与手性双膦配体-BINAP
iii. 绝对的不对称合成（物理方法） 应用非分子的不对称源，如圆偏振光，造成手性环境，实现不对称合成。
HH
H HH
Cl
Cl
Cl
H Cl Cl HO
H OH
Cl
Cl
Cl
C2轴，2 个H等位
C3轴，3 个H等位 C6轴，6 个Cl等位
特点：用任何基团取代其中一个等位的原子或基团，都能得到相同的化合物。
NMR 有相同的化学位移，用普通物理化学方法都不能区分。
等位面
H
O H
亲核试剂
亲核试剂从上面和下面进攻产物相同 二、对映异位基与对映异位面（enantiotopic groups and face）
Felkin-Ahn model
Evans, D.A.; Siska, S.J.; Cee, V.J. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 1761.
ii. Cornfoth 规则：当酮 α-C 上有卤原子，卤原子与 C=O 处于反式 澳大利亚化学家 Cornfoth 指出，卤原子与碳基都是电负性较大，且带有部分
H 3 * CH3 C2H5
(2S,3R)
溴化产生的两个化合物互为非对映体，且产量也不相等
COOH
COOH
COOH
H 2 * Br H3C 3 * H
H2
Br2,P
H
H3C
3*
S
H
Br2,P Br 2 * H H3C 3 * H
C2H5
C2H5
C2H5
(2R,3S)
(2S,3S))
同样，C2 上氢原子即为非对映异位原子（diasteseotopic atom）
负电荷互相排斥，呈现“偶极模型”构象
δ− O H
δ−Cl R
H CH3 +H3O
OH
H
H3C
H
非手性分子，两个 H 是对映异位原子（enantiotopic atom），用 D 原子取代一个 H 原子能够得到 R,S 对映体。
O
H CH3 对映异位面
O D CH3
催化加氢
OH
OH
H3C
D H
+
H3C
H D
R
S
特点①与一般化学试剂反应相同②NMR 化学位移相同
1
H HH
H HF
由非手性物质得到部分或全部光学纯产物，用 ee%表示对映体过量
COOH
HS
HR Br2,P
CH3
COOH
COOH
H Br + Br X
CH3
CH3
O
酶
H3C C D
OH H3C H
D
五、顺反异构（cis-trans isomerism） ①源于双键的顺反异构
(R)-1-氘-乙醇
W
Y
X
Z
W≠X and Y≠Z.
Br H
CH3 Br-
Br H3C
H
H CH3
H CH3
+
Br
Br
Br H
CH3
赤式内消旋体﹥99%
H3C H
CH3 Br2 H CH3COOH
H3C H
Br CH3 H
Br-
Br H3CH
CHH3 HCH3 +
Br
Br
Br HCH3
苏式外消旋体﹥99%
R. S. Brown Acc. Chem. Res. 1997, 30, 131-137
H
CHO
H
Cl OH
H
H 是对映异位原子
re
H
O H3C
OH
OH
HCN
H3C
CN + H
H3C
H CN
R
S
si
三个基团按顺序规则排列，对映异位面顺时针为 re (rectus)，反时针为 si (sinister)
COOH
COOH
H COOH
H OH HO H
H2O
H
H +H
H
COOH
COOH
(±)
4
④Out-in 内外异构体
HN
(CH2)k (CH2)l
N HH N
(CH2)k (CH2)l
HN
NH
(CH2)k (CH2)l
HN
(CH2)m
N 桥连的三环二胺
(CH2)m
(CH2)m
For reviews, see Schmidtchen, F.P.; Gleich, A.; Schummer, A. Pure. Appl. Chem. 1989, 61, 1535
① 醛酮（链型）不对称合成
i. Cram 规则 Cram 等总结 C=O 加成反应经验规则，对 α-C 是手性 C 原子的醛酮（链型） Cram 规则一： L（大）M（中）S（小），反应试剂从最小和中间的基团之间进 攻羰基得到不对称物，为链状模型HNuRM源自ONuNu
RM
RS RM
RS
RS
+
RL R
HO RL R
HHBr
CH3
H3C H
单线态二溴卡宾中间体