3 立体结构的表示方法

(2) 机理已明确的情况下，涉及手性中心的转化
SN2机理：产物与原反应物构型已发生反转， 即产物构型与原反应物构型相反。
HO
COOH C H CH3
NaOH
H
COOH C Br CH3
NaN3
N3
COOH C H CH3
H2N
COOH C H CH3
（3）生物化学方法 对于氨基酸和甾体化合物：某些酶具有 构型特异性催化化学反应。 8个L氨基酸反应，如第9个氨基酸也反应， 极可能为L氨基酸。
The origin of optical activity
Achiral molecule
H CH3 OH CH3 H3C HO H3C H
2-propanol
No net rotation
Chiral molecule CH3
H OH CH2CH3
H3C HO H3CH2C H
(R)-2-butanol
• Diastereomers
• Relationships among 4 stereoisomers of 2-amino-3-hydroxybutanoic acid (threonine)
Chiral diastereomers have opposite configurations at some chiral centers. Enantiomers have opposite configurations at all chiral centers.
C R S
V W X W X Y
D S R
U Z
Y
C1 C2 A R R
• A与B、C与D互为对映体。 • A和B与C和D互为差向异构体。 • 差向异构体(diastereomer):即不是互为对 映体的立体异构体。
COOH H H OH Cl COOH HO Cl
COOH H H COOH H Cl
OH
CH2OH
• 确定绝对构型的方法： (1)在不改变手性中心的条件下：未知构型 化合物转化为已知构型化合物；或已知 构型化合物转化为未知构型化合物。
OH H3CH2C H
R
OH CH2Br H3CH2C H
S
CH3
已知化合物与未知化合物不一定具有相同 R或S构型，有可能相反，因为可能已使基 团的优先顺序发生了改变.
• 一些基团的优先顺序： COOH > COPh > COMe > CHO > CH(OH)2 > o-甲苯基（tolyl）> m-甲苯基 > p-甲苯基 >苯基 (phenyl) > -CCH > 叔 丁基 > 苯基 > 烯基 > 异丙基 > 苄基 > 新 戊基 (neopentyl）> 烯丙基 > 正戊基 > 乙 基 > 甲基 > H
Naming compounds with more than one stereocenter
S
CH3 H Br Br H H Br CH3 CH3 Br H Br H CH3 CH3 H Br
CH3
S
(2S,3S)CH3 H
Enantiomers
(2R,3R)CH3
Br Br CH3
Br Br CH3
• 2. Have 1 group steady while other 3 groups rotate： reserves the configuration
• D- 和 L-体系的构型 Rosanoff：人为规定(+) or d-glyceraldehyde (甘 油醛）为D型，其对映体为L型。 Bijvoet ： 1951年用X-ray衍射法研究酒石酸钠铷 后，证实Rosanoff的指定是正确的。 D- 和 L-体系指定对映体的方法，不仅在手性中 心的对映体化合物中广泛使用，甚至在没有不 对称中心的分子，如联苯类、叠烯类化合物中 也得到了使用。 化学相关（沟通）法，可将D-或L-甘油醛与许多 化合物进行沟通（通过反应相关联），从而确 定那些化合物的绝对构型。
立体结构的表示方法 • Fischer Projection
COOH H2N C CH3 H
COOH
COOH

H2N CH3
H

H CH3
NH2
• 仅任何两个基团的互换位置，将使其转 变成为相应的对映体。该规则对立体模 型和Fisher投影式都适用。对无手性中心 的手性化合物，此规则不适用。
• Identity Testing 1. 180o Rotation on the plane reserves the configuration. 2. 90o Rotation on the plane breaks the rule (inverse the configuration)
1. Assign priorities 2. Perform motions to place the group of lowest priority at the top : H in the back
3. Determine the direction of rotation of the 3 groups
• 待测化合物需与已知构型化合物进行反应沟通， 才能确定D－或L－构型。有时需要多步化学 反应才能够沟通，其中可能存在反应前后手性 中心的构型是保持还是改变的问题，如判断错 误，可能导致最后待测化合物构型确定的错误。 • 目前，此DL体系，仅用于某些氨基酸和碳水 化合物（糖），其它类型化合物中已不再使用。
OHCl
COOH H H OH Cl COOH HO Cl COOH H H COOH H Cl COOH OH H COOH HO H COOH H Cl COOH
[α ]
-7.1° Ⅰ
+7.1° Ⅱ
-9.3° Ⅲ
+9.3° Ⅳ
V U X
1 2
V W Z W Z Y
S S B
V U X U Z Y
Meso Compounds (内消旋化合物）
A structures with two stereocenters will not always have four possible stereoisomers. Sometimes，there are only three (2n-1). This happens because some molecules with stereocenters are, overall, achiral
H
2S
H
The plane of symmetry
H
2R Meso compounds
• 2个手性中心：两个对映体，4个立体异 构体。 当两个手性中心连有相同基团时：一对对 映体，一个立体异构体。 多于一个手性中心的分子异构体数：2n个 异构体。
At the same two chiral carbons (含两个相同手性 碳原子的化合物)
1.光学异构体数目
COOH H HO OH H COOH Ⅰ HO H
(2n-1);
COOH H OH COOH Ⅱ
* * HOOCCHCHCOOH
OHOH COOH
COOH H H COOH Ⅳ
H H
（6）对手性醇采用手性非对映试剂的衍生 化处理，再用气相色谱测定差向异构体 的比率
Ph Me N Cl O Ph N N P O Cl
（7）MTPA （Mosher’s acid）方法：用 于手性仲醇的构型确定。 MTPA: -methoxy--trifluoromethyl phenylacetic acid
• 4. 相同元素，质量数（中子数）多的同 位数优先于质量数（中子数）低的同位 数。 • 如：18O>16O; 14C>13C>12C; 氚>氘>氢
• R, S Configuration
• 在Fisher投影式中，RS构型的确定：将 最低等级基团位于上或下位置，其它三 个基团等级顺序如为顺时针，则为R构型， 若为反时针，则为S构型。
• Sequence Rules （to determine priorities ）: Cahn-Ingold-Prelog (CIP) Rules 1. Ranging by atomic number （原子序数） of atom connected to chiral carbon Br > Cl > O > N > C > H 35 17 8 7 6 1 2. Look at 2nd, 3rd, or 4th atom away from the chiral carbon If the 1st atoms are H same.
COOH OH H COOH HO H
COOH H Cl COOH
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
ⅠandⅡor III and IV are enantiomers (对映体)； Ⅰand Ⅲ or Ⅳ are diastereomers (为非对映体)；(Ⅱ 与Ⅲ或Ⅳ为非对映体)； 2. The characteristic of diastereomers (非对映异构体 的特点)： 1）Physical property, specific rotation is different (物 性不同、比旋光度不同)； 2）Chemical property is similar (化性相似，但反应 有差异)
(H3C)2HC C Br CH2OH
C, C, H
O, H, H
O>C, CH2OH>CH(CH3 )3 Br>CH2OH>CH(CH3)3>H
• 3. Multiple-bonded atoms are equivalent to the same number of single-bonded atoms
(S)-2-butanol
Rotation
Molecules with more than one stereocenters
1) Compounds contain two different chiral carbons (含两个不相同手性碳原子的化合 * * 物) n HOOCCHCHCOOH 2
• 如最低等级基团不位于上或下位置，则 将其与另外上或下基团互换，再判断是 顺时针还是反时针，确定R或S构型，但 所确定构型与实际构型相反。
H OHC OH
R
OH CH2OH HOH2C H
R
CHO
H HOH2C OH CHO H
R
OH CHO OHC H CHO OH HOH2C H
S
CH2OH
OH OH COOH Ⅲ
HO HO
ⅠandⅡ are enantiomers (对映异构体）；Ⅲ and Ⅳ are at the same compounds；Ⅰand Ⅲ are diastereomers;Ⅱand Ⅲ are distereomers (非对映体)； Ⅲ is a meso compound (内消旋体)
O F 3C OH MeO Ph
+
O F3C
R*OH
1
H NMR
OR* MeO Ph
HPLC
Lanthanide shift reagent （镧系元素位移 试剂） (8) 其它方法： CD Circular dichroism (圆二色性） ORD Optical Rotatory Dispersion （旋光 色散） 不对称合成
CHO H OH CH2OH
HgO
COOH H OH
d D型
(+)
氧化前后，中心 手性碳构型不变
l D型
(-)
CH2OH
• 具有相同DL构型的分子பைடு நூலகம்不一定具有相 同的旋光方向。 • 相同的化合物在不同条件下(溶剂、波长 或温度），可能旋光方向相反。
• Assigning R, S configuration
2,3-dibromobutane
CH3
H CH3 Br H CH3 CH3 CH3 H H CH3 Br Br Br Br CH3 Br H CH3 CH3 H Br
* CHBr
Br
* CHBr Enantiomers
CH3 H
The plane of symmetry
H
Meso compounds
（4）旋光比较：旋光的符号、旋光度，有 时可用于确定构型。 在同系列化合物中，旋光的变化是渐变 的和同方向的。如有足够多的化合物的 构型已知，则缺失化合物的构型也易于 确定。 某些化合物中基团对母体分子的旋光的 贡献量或大或小，相对固定，在刚性骨 架的母核中更是如此，如甾体化合物。
（5）X－ray衍射法：铜版；引入重原子； 引入已知手性的基团。