复旦大学 化学系 高翔老师 课件 有机化学(上)第三章-3

L−(+)−乳酸 (+)−
OH
H
复习 2: 外消旋体和内消旋体
COOH H HO OH H COOH
COOH
COOH H H OH OH COOH
＋
HO H
H OH COOH
50％ ％ 外消旋体 （±）酒石酸
50％ ％ 内消旋体 meso− meso−酒石酸
旋光纯、外消旋体和内消旋体性质的比较 旋光纯、
若为机理 a —— 产物应无旋光性 产物应无
CH3 H ClH2C CH2CH3 Cl Cl CH3
Cl
−Cl
外消旋体
ClH2C
CH2CH3 Cl Cl
若为机理 b —— 产物仍应有旋光性 产物仍应有
CH3 H ClH2C Cl δ H ClH2C CH3 C δ Cl −H H3CH2C CH3 C Cl CH2Cl
手性助剂
手性底物
O H2O H+ H H2N OMe
Me H +
Ph
回收,可重复使用
选择性地生成对映异构体 选择性地生成对映异构体 例 1： ：
Me
1.
BH2
Me H H OH
Me
+
2. H2O2, NaOH
H H HO
前手性分子 (prochiral)
手性试剂 (S, S) 主 要产物 e. e.=72% (R, R)
H
前手性分子
e.e. = 96 %
手性试剂(催化剂) 手性试剂(催化剂)控制选择性
R,R-DIPAMP 手性双膦配体 H3CO
P
P
OCH3
The Nobel Prize in Chemistry 2001
"for their work on chirally catalysed hydrogenation reactions" "for his work on chirally catalysed oxidation reactions"
(±)-丙氨酸 丙
选择性去乙酰基
不对称合成( 不对称合成(Asymmetric Synthsis) Synthsis)
—— 选择性地生成立体异构体 选择性地生成非对映异构体 选择性地生成非对映异构体
例 1：
O
Me H
(1)MeMgI (2)H2O
Me
OH Me H
HO
Me
Me H
+ 次要
手性底物控制选择性
酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分） 酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）
例: DL-丙氨酸的酶解拆分 DLCOOH H2N CH3 L−丙氨酸 − H + H CH3 D−丙氨酸 − 外消旋体 COOH 酰基转移酶 H2 N （取自猪肾） H CH3 L−丙氨酸 − 溶于乙醇 + H CH3 D−乙酰丙氨酸 − 不溶于乙醇 COOH NHAc COOH NH2 Ac2O AcHN CH3 H + H CH3 NHAc COOH COOH
d x d c
a
反式 anti
四．立体化学在研究反应和反应机理上的应用
例 1：H. C. Brown对自由基取代机理的证明 Brown对自由基取代机理的证明
X2 R H hv
X2 hv
R
X +
X
H
两种可能机理 两种可能机理
2X
步骤 a
链增长步 骤（决速 步骤） 步骤）有 所区别
X R
+
H X
R X
手性试剂控制选择性 衡量标准：对映体过量，％e.e. (enantiomeric excess) ，％e.e. (e 衡量标准：对映体过量，％
% e.e. = R % - S % = [R] - [S] 100%
+
[R] + [S]
例 2：
CO2H Ph NHCOCH3 H2, [Rh] R,R-DIPAMP 不对称催化氢化 Ph CO2H NHCOCH3
COONa H HO OH H COONH4 HO H COONa H OH COONH4
巴斯德，L. 巴斯德， Louis Pasteur (1822～1895) ～
外消旋的酒石酸钠铵
1848年，巴斯德 年 借助放大镜拆分
仪器拆分（GC, HPLC…） HPLC… 仪器拆分（
GC用手性柱 GC用手性柱
H2N O
COOH NH2
H2N O
COOH NH2
(S)− (S)−天冬酰胺 苦味
(R)− (R)−天冬酰胺 甜味
O
O H3C O Ph H N N O n-Bu H N O n-Bu
N
CH3 O
Ph
麻醉剂 巴比吐酸衍生物
致痉挛
HO HO
NH2 COOH
HO HO
NH2 COOH
(−)−L−DOPA 治疗帕金森氏病
I’ (a, a)
对映异构关系
二．手性分子的获得
1. 手性分子的来源 自然界: 糖类、氨基酸、生物碱、萜类、 自然界: 糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物 外消旋体的拆分 不对称有机合成反应 2. 获得手性分子的重要意义——药物与人类的关系 获得手性分子的重要意义——药物与人类的关系 构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种 对映体形式存在的。 对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式 进行的， 进行的， 生物体的酶和细胞表面受体是手性的, 生物体的酶和细胞表面受体是手性的, 故对外消旋药物 的识别、消化和降解过程也是不同的。 的识别、消化和降解过程也是不同的。
第三章
立体化学（3） 立体化学（
主要内容
描述立体构性的 D / L 体系 分子的构象与手性（构象对映体） 分子的构象与手性（构象对映体） 获得手性化合物的方法，外消旋体的拆分，不 获得手性化合物的方法，外消旋体的拆分， 对称合成） 对称合成） 立体化学在研究反应和反应机理上的应用
复习 1: 手性碳的绝对构型——R/S 方法 手性碳的绝对构型 绝对构型——R/S
2
C2 转120o HOOC
H
2
H
COOH I
有中心对称 (非手性) 非手性)
沿C2-C3
H II 转60o
无对称性 (手性) 手性)
OH
III
互为镜像
COOH H H OH OH COOH
HOOC
3
H COOH HOOC
H
2
COOH
OH HO
2
OH H H
3
OH
mesomeso-酒石酸
III II 一对构象对映体（构象外消旋体） 一对构象对映体（构象外消旋体）
主要
两 者 为 非对 映 异 构 体
衡量标准：非对映体过量, ％d.e. ( diastereomeric excess) 衡量标准：非对映体过量,
[A] - [B] % d.e. = 异构体 A % - 异构体 B % = [A] + [B] 100%
+
例 2：
Ph O H2N H OMe Ph N H Ph OMe 1. 碱 2. MeI N H OMe Me H 主要产 物
COOH H HO OH H COOH +
熔点 ： 比重（20o） 水 中溶 解 度 pK1 pK2
COOH H HO OH HO H COOH H
COOH H OH COOH H H
COOH OH OH COOH meso 146-148oC 1.66g / cm3 125g / 100ml 3.23 4.82
X H R X
+ +
R X
步骤 b
X H
+
R X
H X
X R H X
+ +
H X
Brown的实验 Brown的实验
CH3 H ClH2C CH2CH3 CH3 Cl2 hv Cl ClH2C + CH2CH3 H3CH2C CH3 Cl CH2Cl
100％ ％ 旋光异构体
50％ ％
50％ ％
外消旋体，无光学活性 外消旋体，
例 2: cis-1, 2-二甲基环己烷 cis- 2CH3
1 CH 3 2 CH3
1
转120o CH3 CH3
2 1
CH3
2
I
有对称面 非手性 平面结构式
无对称面 有手性
CH3
1
II
CH3
2
CH3
2
H3C
1
I
一对构象对映体 (构象外消旋体) 构象外消旋体)
II
例 3: trans-1, 2-二甲基环己烷 trans- 21 2
William S. Knowles
Ryoji Noyori
K. Barry Sharpless
三．反应中的立体化学
取代反应的立体化学
a x bc a x bc a x bc
+ + +
a y bc a y y cb a y bc y
+
y
构型保持 retention
构型转换 reversion 转换） （Walden 转换）
描述立体构性的 D / L 体系（相对构型） 体系（相对构型）
CHO CHO HO H CH2OH
L−(−)−甘油醛
基准物
H
OH CH2OH
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH
D−(+)−葡萄糖 (+)−
D−(+)−甘油醛 (+)−
COOH H CH3