第三章立体化学和现代物理分析方法精品PPT课件
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高等有机化学课件立体化学
C6H5
C -C10H7
C6H5 C10H7-
Chiral axial
[20oC =+437o [20oC =-437o
原因：
单键旋转受阻的联苯型化合物 在邻位上连接体积较大的取代基时，单键旋转 受阻；如果取代基又不相同，
则该分子具备了不对称条件而具有手性轴，这 样的分子也具有手性。
CH3 CH3
CH3
COOH H Br
CH3 (R)
CH3 HH
CH3
COOH HH R CH3 S
CH3 XH
CH3
COOH Br H
CH3 (S)
丙酸中被取代的两个氢原子的地位并不相等，分别处在一个为右旋的和另一个为左 旋的结构环境中。显然，丙酸中的C-2 原来是一个非手性中心，经 α-溴代后变成了一 个手性中心。因此 当一个碳原子连接着两个相同基团和两个不同基团时，如CX2YZ， 此碳原子称为前手性中心（预手性中心）(prochiral center).
O
HOOC 3 R-构型
H2C HOOC
H2C
CH2 COOH
CH2
R,S-构型
3 2 1O R-构型
3 2 1O S-构型
（1）手性面是苯环的平面。 （2）为了决定从哪个方向瞭望手性面，按下列规则选择参照原子。在与手性面
直接相连的面外的原子中，选择位次最高的原子作为参照原子。 （3）与参照原子直接相连的手性面上的原子开始，按位次规则编号。 （4）从参照原子方向开始，按顺序旋转，旋转方向为右，那么化合物的构型是
C 2' CH
H O
HO H3C H3C
CH2OH Br
2' CH2OH H Br
6'CH3
《立体化学》课件
化学是研究物质的组成、性质和变化的科 学领域。
了解原子、分子、元素、化合物等基础概 念，以及化学反应和化学方程式的表示方 法。
立体化学的基本原理
1 空间取向
探讨原子和键在空间中 的相互关系，以及分子 空间构型的影响。
2 手性性质
3 立体异构体
认识手性分子和对映体， 以及手性的重要性。
了解不同类型的立体异 构体，如构象异构体和 对映异构体，并研究它 们的性质和特点。
《立体化学》PPT课件
欢迎来到《立体化学》PPT课件！在本课程中，我们将从化学的基础概念开 始，探讨立体化学的基本原理，并深入研究分子结构、手性分子、立体异构 体以及立体对反应机理的影响。最后，我们还将探讨立体化学在药物设计和 天然产物 基础概念
以及它们在化学反应中的影响。
3
构象异构体
分析构象异构体的形成原理和常见示 例，如顺式和反式异构体。
光学异构体
讨论光学异构体的旋光性质，包括D和L-系列化合物。
反应机理中的立体影响
反应路径
探究反应路径中立体构型对反应速率和产物选择 性的影响。
过渡态理论
了解过渡态理论以及过渡态的构象和立体要求。
应用：药物设计和天然产物的活性成分
药物设计
介绍立体化学在药物设计中的重要性，以及 立体异构体对药效的影响。
天然产物
研究天然产物中的活性成分，如碳水化合物 和天然产物的手性性质。
分子结构和键的构型
分子结构
探索分子的结构和形状，以及化学键的构型和键 长。
球棍模型
使用球棍模型来可视化分子结构和化学键的空间 排列。
手性分子和对映体
手性分子
解释什么是手性分子，以及手性分子的定义和性质。
《立体化学》PPT课件 (2)
手性(chirality)：实物和 其镜像不能重叠的现象
Chiral is derived from the Greek word cheiros, meaning “hand”.
4
手性碳 —— 手性分子的特征
F HC
Cl
F H C*
Br
连有四个不同基团的碳原子 ➢手性碳(chiral carbon) ➢手性中心 (Chiral center)
2 n
有对称中心 无手性
有交替对称轴 无手性
精选PPT
15
1. 含一个手性碳原子的化合 物
➢对映异构体和非对映异构体
F
H
Br
Cl
F
Br
H
Cl
对映异构体—— 互为镜像且不互 相重合
例：2-丁醇
CH3
H
C2H5
HO
伞形式
CH3 H C O H
C2H5
Fischer 投影式
CH3
H
O H
C2H5
十字式
精选P主PT链放在垂直方向上,伸向后方 16
精选PPT
21
（3）对不饱和基团，可认为与同一原子连接 2 或 3 次
CH CH2
如：
CHO
CH CH2 CC
CHO OC
例:
CHO
H
CH2OH
HO
甘油醛 （构型？）
精选PPT
CN
NC CN NC
OC 2 CH O
H
HO
1
3
CH2OH
(R)-甘油醛
22
例: 比较以下基团的优先顺序
1
CHCH2 与 CH2CH2CH3
所以，既无对称面也没有对称中心的，一般可判定 为是手性分子。
有机化学课件立体化学ppt课件
量子化学计算
基于量子力学原理计算分子的电子结构和性质，可深入揭示有机 物的立体化学本质和反应机理。
人工智能与机器学习
结合大数据和机器学习算法，可加速新有机物的设计和合成，为 立体化学研究提供新的思路和方法。
06
总结与展望：立体化学发展趋势和挑 战
当前存在问题和挑战
01
立体化学合成方法有限
目前立体化学合成方法仍然相对有限，对于复杂分子的合成仍面临较大
05
立体化学分析方法与技术进展
传统分析方法回顾（如：极谱法、色谱法等）
极谱法
利用物质在电解过程中的电极电位与浓度之间的关系进行分析，主要用于无机物和有机物的定性和定量分析。
色谱法
基于物质在固定相和流动相之间的分配平衡，通过流动相的洗脱将不同物质分离，常用于复杂样品的分离和纯化。
现代波谱技术在立体化学中应用（如
立体选择性合成是获得具有特定立体构型药物分子的关键步骤，对于提高药物疗效和降低副 作用具有重要意义。
面临的挑战
立体选择性合成面临着反应条件苛刻、合成步骤繁琐、产物纯度难以控制等挑战。
机遇与发展
随着有机合成化学、计算化学等学科的不断发展，立体选择性合成的方法和技术也在不断改 进和完善，为药物研发提供了更多的机遇和可能性。例如，利用不对称催化、新型手性配体 等策略，可以实现高效、高选择性的立体选择性合成。
对称性与手性判断
对称性判断
通过观察分子是否具有对称轴、对称 面等对称因素来判断。
手性判断
通过判断分子是否具有手性碳原子或其 他不对称因素来判断。具有手性碳原子 的分子一定是手性分子，但手性分子不 一定具有手性碳原子。
立体化学原理ห้องสมุดไป่ตู้应用
立体化学原理
基于量子力学原理计算分子的电子结构和性质，可深入揭示有机 物的立体化学本质和反应机理。
人工智能与机器学习
结合大数据和机器学习算法，可加速新有机物的设计和合成，为 立体化学研究提供新的思路和方法。
06
总结与展望：立体化学发展趋势和挑 战
当前存在问题和挑战
01
立体化学合成方法有限
目前立体化学合成方法仍然相对有限，对于复杂分子的合成仍面临较大
05
立体化学分析方法与技术进展
传统分析方法回顾（如：极谱法、色谱法等）
极谱法
利用物质在电解过程中的电极电位与浓度之间的关系进行分析，主要用于无机物和有机物的定性和定量分析。
色谱法
基于物质在固定相和流动相之间的分配平衡，通过流动相的洗脱将不同物质分离，常用于复杂样品的分离和纯化。
现代波谱技术在立体化学中应用（如
立体选择性合成是获得具有特定立体构型药物分子的关键步骤，对于提高药物疗效和降低副 作用具有重要意义。
面临的挑战
立体选择性合成面临着反应条件苛刻、合成步骤繁琐、产物纯度难以控制等挑战。
机遇与发展
随着有机合成化学、计算化学等学科的不断发展，立体选择性合成的方法和技术也在不断改 进和完善，为药物研发提供了更多的机遇和可能性。例如，利用不对称催化、新型手性配体 等策略，可以实现高效、高选择性的立体选择性合成。
对称性与手性判断
对称性判断
通过观察分子是否具有对称轴、对称 面等对称因素来判断。
手性判断
通过判断分子是否具有手性碳原子或其 他不对称因素来判断。具有手性碳原子 的分子一定是手性分子，但手性分子不 一定具有手性碳原子。
立体化学原理ห้องสมุดไป่ตู้应用
立体化学原理
3第三章立体化学基础PPT精品文档51页
响。
广东药学院
主讲人: 申东升
3.2 对映异构和非对映异构
3.2.1 含一个不对称碳原子的化合物
乳酸分子中有一个不对称碳原子，有两个互为镜相 的对映异构体。
HO
C H 3C
H
COOH
COOH
OH
C CH3
H
判 断 手 性 分 子 的 方 法 ： 1 ' 找 分 子 有 无 手 性 碳 原 子 ； 2 ' 看 有 无 对 称 面 或 对 称 中 心 。
主讲人: 申东升
3.1.4 手性与旋光性
化合物分子中的一个碳原子与四个不同的原子相连时， 这个化合物在空间可能有两种不同排列，例如：
H
CH3 C CH2CH3
Br
CH3 Br C H
C 2H 5
CH3 H C Br
C 2H 5
以上两个分子在空间不能重叠，它们并不是同一种化合物，
这两个构型不同的化合物之间的差别在于对平面偏振光的不同影
广东药学院
主讲人: 申东升
1. 对映异构体的理化性质
（1）在非手性环境中 除旋光性以外，物理性质、化学性质都相同
（2）在手性环境中 除熔点、沸点以外，物理性质、
化学性质都不相同
广东药学院
主讲人: 申东升
2. 外消旋体
外消旋体 等摩尔的左旋体和右旋体混合 非手性条件下反应都得到外消旋体
外消旋化 旋光化合物经处理（物理的或化学的） 后变为两个对映体的平衡混合物的过程
平面偏振光
广东药学院
主讲人: 申东升
2、 旋光物质和比旋光度
• 按有无旋光性来分，物质可分为两类 旋 光 物 质 能使偏光振动平面旋转一定的角度 非旋光物质 不能使偏光平面旋转的物质
最新第-3-章-立体化学基础Y课件PPT
a ab b
ac b
db
da
dc
c
c
a
（1）
（2） 对映体 （3）
对映体
2021/2/25
相同构型
C O O H H O H
C H 3
C H 3 H O H
C O O H
C O O H H C H 3
O H
C H 3 H O H
C O O H
同一种构型
同一种构型
C 2 H 5 H B r
C H 3
第-3-章-立体化学基础Y
二、 对映异构体和手性分子
（一）对称分子和不对称分子
* 丁烷：CH3CH2CH2CH3
实物和镜像能 完全重合，为 对称分子。
镜 面
* 2-溴丁烷：CH3CH(Br)CH2CH3
实物和镜像不能 完全重合，为不 对称分子。
镜 面
2021/2/25
（三）分子的对称性与手性
1、对称因素
* 如：C N P S等。
C
d c
分别和四个不相同基团相连接
b 的碳原子，称为手性碳原子。
a、b、c、d互不相同。如：2-丁醇、2-氯
丁烷中各有一个手性碳原子。
2021/2/25
标出手性碳
O
*
C H3 C H C
OH
乳酸
O
OH
Br
CH 3
*
H
* C3HC2HC2HC2HC2HC C2HC2HC2HC3H
H
C H
CH3
HOOC
COOH
对称中 心
COOH H
C
OH
2021/2/25
（3）简单对称轴（Cn）
有机化学立体化学PPT课件
官能团对分子极性和溶解性的影响
03
官能团的电性和极性会影响分子的极性和溶解性，从而影响分
子在溶液中的行为。
官能团间相互作用和转化规律
官能团间的相互作用
不同官能团之间可能存在相互作用，如共轭效应、诱导效应 等，这些相互作用会影响分子的性质和反应。
官能团的转化规律
在一定条件下，官能团可以发生转化，如醇氧化成醛、醛还 原成醇等，这些转化规律是有机化学中的重要内容。
不对称烷基化反应
通过手性辅剂或催化剂的作用，实现烷基化反应的不对称诱导， 生成具有手性中心的产物。
不对称氧化反应
利用手性氧化剂或催化剂对底物进行不对称氧化，生成具有手性 中心的产物。
立体选择性反应在药物合成中应用
手性药物合成
手性药物具有特定的生理活性和药效，其合成过程中常涉及立体选择性反应。例如，通过 不对称催化氢化合成治疗心血管疾病的L-多巴等手性药物。
异构体间相互转化机理
包括化学键的断裂和形成、原子或基团的迁移等过程。
异构体间相互转化实例
如顺反异构体之间可以通过光照或加热等条件进行相互转 化；对映异构体之间可以通过手性试剂进行拆分或外消旋 化等过程进行相互转化。
05 立体选择性反应 原理及应用
立体选择性反应概念及分类
立体选择性反应定义
指在一定条件下，反应物分子中某一特定立体构型的原子或基团优先发生反应，生成具有特定立体构型的产物的 化学反应。
碳-碳单键旋转自由度受限情况
碳-碳单键 旋转自由度受限，导致有机分子具有特定构象。
环状化合物中碳原子构型判断
环状化合物中碳原子构型判断方法
通过比较环上相邻碳原子的相对构型，可以确定整个环状化合物的立体构型。
环状化合物中碳原子构型与性质关系
有机化学立体化学课件
(c)和(d)之间是何种关系？
30
将 (d) 在纸平面上旋转180，就和 (c) 完全相同。
CCOOOOHH
COCOOHOH
COOH
HH OOHH HHOO H H
H OH H
HHO OHH
HHO OHH
H OH H
CCOOOOHH
COCOOHOH
COOH
(c)
(d)
象 (c) 这种构型的分子, 虽然有两个手性中心, 但作 为分子整体来说是非手性的。 (c) 称为内消旋化合 物 (meso compound)。
8
问题：下列化合物哪些含手性碳原子？
1. CH3CHCH2CH3
*CH3
2.CH3CHClCH2CH3
**
3. CH3-CH-CH-CH2CH3 OH OH
有对称因素的分
有手性碳就一定有手性吗？
子没有手性
三、对称面和非手性分子
有对称面的分子与它的镜像能重合，因此没有对 映异构现象，称为非手性分子
对称因素
透视式是书写立体结构式常见的方法之一。
应注意它的书写方法，通常实线 “” 代表位 于纸平面上的键；虚线 “ ” (或“ ”) 代表 伸向纸平面后方的键，楔形线 “ ” 代表伸 向纸平面前方的键。
CO2H
CO2H
Cl
Cl
CH HC
I C Br Br C I
H3C OH
HO
CH3
H
H
13
(三) 费歇尔投影式 横前竖后
纯液体为密度 通常还要注明溶剂
比例常数 [α] 称为比旋光度。它是单位长度和单 位浓度下的旋光度。
如：[α]D20 = +98.3o (C, 0.05, CH3OH)
第三章立体化学剖析
一个手性试剂在潜手性面之间加 以辨认 能产生旋光性的产物
第三章立体化学剖析
三.不对称合成 Asymmeric synthesis
利用立体选择性反应 有效地合成某一光学异构体 使得某一立体异构的产生 超过可能生成的立体异构
分子中的对称结构单位 转化成一个不对称单位 产生不等量的旋光异构体产物 属于立体选择性反应
CH3
(R)-2-苯基丙醛
CH3
CH3
HO H+ H O H C6H5 H C6H5 H
CH3
CH3
赤式67％
苏式 33％
第三章立体化学剖析
二. 潜手性分子
D H
H H
H D
H O O H H O O H H O O H
反应中C2上的一个质子 被另一配基（例如氘）所取代 两种可能的取代方式产生同一种产物。 两个质子在化学上是相当的
P hO O C l+ H O S LMP hO O O S LM M e M g IP M h eO C H O O H + H O S LM
S构型
O OL
Ph
M
OS
M e M第g三I 章立体化学剖析
S构型
立体选择性反应
在特定反应中 一种反应物
能够形成两种或更 多种立体异构产物
得到的是其中 一种异构体的形成
占优势
第三章立体化学剖析
立体专一反应 环氧化反应
H3C(H2C)7 H H
H3C(H2C)7
(CH2)8OH CH3CO3H H
(CH2)8OH CH3CO3H
H
HO(H2C)8
H3C(H2C)7
Ph CH3OCCOOH
CF3
试剂稳定、位移差大 谱峰简单、确定醇和胺构型
第三章立体化学剖析
三.不对称合成 Asymmeric synthesis
利用立体选择性反应 有效地合成某一光学异构体 使得某一立体异构的产生 超过可能生成的立体异构
分子中的对称结构单位 转化成一个不对称单位 产生不等量的旋光异构体产物 属于立体选择性反应
CH3
(R)-2-苯基丙醛
CH3
CH3
HO H+ H O H C6H5 H C6H5 H
CH3
CH3
赤式67％
苏式 33％
第三章立体化学剖析
二. 潜手性分子
D H
H H
H D
H O O H H O O H H O O H
反应中C2上的一个质子 被另一配基（例如氘）所取代 两种可能的取代方式产生同一种产物。 两个质子在化学上是相当的
P hO O C l+ H O S LMP hO O O S LM M e M g IP M h eO C H O O H + H O S LM
S构型
O OL
Ph
M
OS
M e M第g三I 章立体化学剖析
S构型
立体选择性反应
在特定反应中 一种反应物
能够形成两种或更 多种立体异构产物
得到的是其中 一种异构体的形成
占优势
第三章立体化学剖析
立体专一反应 环氧化反应
H3C(H2C)7 H H
H3C(H2C)7
(CH2)8OH CH3CO3H H
(CH2)8OH CH3CO3H
H
HO(H2C)8
H3C(H2C)7
Ph CH3OCCOOH
CF3
试剂稳定、位移差大 谱峰简单、确定醇和胺构型
【有机化学】第三章立体结构化学【课件PPT】
要多一些，最多可达 2n 。
氯代苹果酸 HOOCC*H(OH)C* H(Cl)COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
H
OH HO
H
Cl Cl
HH
OH HO
H
H Cl
HH
Cl
COOH
COOH
COOH
COOH
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
氯代苹果酸
*
*
HOOCCH(OH)CH(Cl)COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
（4）诱导结晶拆分：在外消旋体的饱和溶液中， 加入一定量的一种旋光体的纯晶体作为晶种
（5）化学拆分法：如果在一对映体分子中引入非 手性组分，形成新的分子仍然是一对对映体
如果在一对映体分子中引入手性组分，形成 新的分子是一对非对映异构体，可以通过物理方 法给予分离。
非对映异构体
仪器拆分（GC, HPLC…）
旋光性和比旋光度 构型表示（ Fischer投影式 ） 构型的标记 R/ S法：
根据手性碳原子上不同的四个原子或基团的空间 排列顺序
对称中心 ：
分子中有一个点，从分子中的任何一个原子出发 向这个点作一直线，再将直线延长，则在该点等 距离处可以遇到一个同样的原子，此点为对称中心
1,3－二氯－2,4－二氟环丁烷
4、பைடு நூலகம்光性和比旋光度
旋光性
能使偏振光的振动方向发生偏移的介质称为旋光性物
质或光活性物质。
α 旋光度
尼克尔棱镜
旋光性物质
团在空间的伸展方向不同
构象异构体：原子之间的连接顺序相同，但通过σ键
的转动而引起分子中各原子在空间的伸展 方向不同
氯代苹果酸 HOOCC*H(OH)C* H(Cl)COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
H
OH HO
H
Cl Cl
HH
OH HO
H
H Cl
HH
Cl
COOH
COOH
COOH
COOH
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
氯代苹果酸
*
*
HOOCCH(OH)CH(Cl)COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
（4）诱导结晶拆分：在外消旋体的饱和溶液中， 加入一定量的一种旋光体的纯晶体作为晶种
（5）化学拆分法：如果在一对映体分子中引入非 手性组分，形成新的分子仍然是一对对映体
如果在一对映体分子中引入手性组分，形成 新的分子是一对非对映异构体，可以通过物理方 法给予分离。
非对映异构体
仪器拆分（GC, HPLC…）
旋光性和比旋光度 构型表示（ Fischer投影式 ） 构型的标记 R/ S法：
根据手性碳原子上不同的四个原子或基团的空间 排列顺序
对称中心 ：
分子中有一个点，从分子中的任何一个原子出发 向这个点作一直线，再将直线延长，则在该点等 距离处可以遇到一个同样的原子，此点为对称中心
1,3－二氯－2,4－二氟环丁烷
4、பைடு நூலகம்光性和比旋光度
旋光性
能使偏振光的振动方向发生偏移的介质称为旋光性物
质或光活性物质。
α 旋光度
尼克尔棱镜
旋光性物质
团在空间的伸展方向不同
构象异构体：原子之间的连接顺序相同，但通过σ键
的转动而引起分子中各原子在空间的伸展 方向不同
学习课件有机化学 第3章 立体化学.ppt
CH3
{构造异构
骨架异构
CH3CH2CH2CH3
官能团位置异构 CH3CH2CH2OH
CH3 CH CH3 OH
CH3CHCH3
官能团异构
CH3OCH3 CH3CH2OH
互变异构
CH2 = CHOH
CH3CHO
.精品课件.
4
二、立体异构(Stereoisomerism)：具有相同的分子式，相 同的原子连接顺序，但原子在空间的排布方式不同。
ห้องสมุดไป่ตู้第三章 立体化学
.精品课件.
1
主要内容
掌握手性分子的概念(分清对映体、非对映体；内、 外消旋体与旋光性的关系).
掌握对映异构体的表示方法及构型的标记法（重 点R/S法）.
学会Fischer 投影式的书写规则 ,以及与Newman 式间的转换.
.精品课件.
2
同分异构现象
碳链异构(如:丁烷/异丁烷)
•比旋光度的符号和大小是旋光性物质的一个物理常数。
例如，在温度为20°C时，用钠光灯为光源 测得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52.2°, 应记为：[α]D20=+52.2°（水）
.精品课件.
18
§3.3 对称元素和手性(P62)
如何依据结构判断分子是否有旋光性？
与分子的对称性有关——需要考虑的对 称元素主要有以下三种:
COOH
COOH
H3CH C OH 实物
镜子
HO C HCH3 镜象
乳酸分子.精的品课一件对. 对映体
12
四面体碳
连接四个不同原子(团)
C
.精品课件.
13
§3.2 偏振光和分子的旋光性(P61)
旋光度：a
有机化学 立体化学PPT课件
在有机化学中,凡是手性分子都具有旋光性;而非手性 分子则没有旋光性.
对映体是一对相互对映的手性分子,它们都有旋光性, 两者的旋光方向相反,但旋光度(能力)相同.
第15页/共69页
8.2.2 比旋光度
• 由旋光仪测得的旋光度,甚至旋光方向,不仅与物 质结构有关,而且与测定的条件(样品浓度,盛放样 品管的长度,偏正光的波长及测定温度等)有关.
乳酸的分子模型和投影式
菲舍尔投影式:
牢记
两个竖立的键—表示向纸面背后伸去的键;
两个横在两边的键—表示向纸面前方伸出的键.
在纸面上旋转180º—构型不变；旋转90º或270º或翻身—镜象
第21页/共69页
总结: Fischer投影式的转换规则
1. 不能离开纸面翻转。翻转180。，变成其对映体。 2. 在纸面上转动90。, 270 。，变成其对映体。 3. 在纸面上转动180。构型不变。 4. 保持1个基团固定，而把其它三个基团顺时针或
有2重对称轴的分子(C2)
第7页/共69页
σ (2) 对称面(镜面)--
——设想分子中有一平面,它可以把分子分成互 为镜象的两半,这个平面就是对称面.
例:氯乙烷
有对称面的分子
第8页/共69页
(3) 对称中心--i
——设想分子中有一个点,从分子中任何一个原子 出发,向这个点作一直线,再从这个点将直线延长出 去,在与该点前一线段等距离处,可以遇到一个同样 的原子,这个点就是对称中心.
手性分子—既没有对称面,又没有对称中心,也没 有4重交替对称轴的分子,都不能与其镜象叠合,都是 手性分子.
非手性分子—凡具有对称面、对称中心或交替对 称轴的分子.
在有机化学中,绝大多数非手性分子都具有对称面或对称中心,或者同时还具有4重
对映体是一对相互对映的手性分子,它们都有旋光性, 两者的旋光方向相反,但旋光度(能力)相同.
第15页/共69页
8.2.2 比旋光度
• 由旋光仪测得的旋光度,甚至旋光方向,不仅与物 质结构有关,而且与测定的条件(样品浓度,盛放样 品管的长度,偏正光的波长及测定温度等)有关.
乳酸的分子模型和投影式
菲舍尔投影式:
牢记
两个竖立的键—表示向纸面背后伸去的键;
两个横在两边的键—表示向纸面前方伸出的键.
在纸面上旋转180º—构型不变；旋转90º或270º或翻身—镜象
第21页/共69页
总结: Fischer投影式的转换规则
1. 不能离开纸面翻转。翻转180。，变成其对映体。 2. 在纸面上转动90。, 270 。，变成其对映体。 3. 在纸面上转动180。构型不变。 4. 保持1个基团固定，而把其它三个基团顺时针或
有2重对称轴的分子(C2)
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σ (2) 对称面(镜面)--
——设想分子中有一平面,它可以把分子分成互 为镜象的两半,这个平面就是对称面.
例:氯乙烷
有对称面的分子
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(3) 对称中心--i
——设想分子中有一个点,从分子中任何一个原子 出发,向这个点作一直线,再从这个点将直线延长出 去,在与该点前一线段等距离处,可以遇到一个同样 的原子,这个点就是对称中心.
手性分子—既没有对称面,又没有对称中心,也没 有4重交替对称轴的分子,都不能与其镜象叠合,都是 手性分子.
非手性分子—凡具有对称面、对称中心或交替对 称轴的分子.
在有机化学中,绝大多数非手性分子都具有对称面或对称中心,或者同时还具有4重
高等有机化学 立体化学 课件
➢ 构象异构也可有对映和非对映两种光学异构
➢ 2 ）构型异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转不能使分 子中某个原子在空间中的不同排列得以互相转化的立体 异构。
➢ 构型异构又可分为顺反异构和光学异构两种
3.2 对称元素、手性、前手性和立体源中心
• 分子中的对称元素 • 简单对称轴（Cn） 当一条直线穿过一个分子并使这个分
3.1.2 立体异构---- 构象和构型
立体异构是指分子的构造相同，但因分子中的原子在空间 的位置或排列方式不同而引起的同分异构。可以分为构象 （Comformation ）和构型（configuration ）两种。
➢ 1 ）构象异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转后分子中 的原子在空间的不同排列方式就能相互转化的立体异构。
若分子中某一个原子（团）上的任意两个配体交换位置后 即产生一个新的立体异构体时，这个原子（团）即被称为 立体源中心。
3.3 手性分子的种类
手性分子：中心手性、轴手性、螺旋手性和平面手性。 中心手性分子有以下几种：
1 ）有一个手性碳原子的化合物
2）三价手性原子的化合物 如果氮原子上的孤对电子当作 “虚”原子对待，则和三个不同基团结合的叔胺就成为一个
• 5 ）阻转异构体 如果拥有邻位基团且足够大，以致 两个苯基绕C 一C 单键的旋转受到阻碍而造成的光学 异构体。
拓展（科研）：苯在202 nm 处有一个较强的UV 吸收， 联苯UV 的最大吸收入max在248 nm 处，这显示出由于 联苯分子中两个苯环处在一个共轭体系中，使入max向 长波方向移动。在联苯分子的邻位引入取代基则将影响 到两个苯环的共平面性，UV 上表现出入max向短波区移 动。如2-甲基联苯入max 为236 nm , 2 , 2-二甲基联苯的 入max为224nm 。
➢ 2 ）构型异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转不能使分 子中某个原子在空间中的不同排列得以互相转化的立体 异构。
➢ 构型异构又可分为顺反异构和光学异构两种
3.2 对称元素、手性、前手性和立体源中心
• 分子中的对称元素 • 简单对称轴（Cn） 当一条直线穿过一个分子并使这个分
3.1.2 立体异构---- 构象和构型
立体异构是指分子的构造相同，但因分子中的原子在空间 的位置或排列方式不同而引起的同分异构。可以分为构象 （Comformation ）和构型（configuration ）两种。
➢ 1 ）构象异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转后分子中 的原子在空间的不同排列方式就能相互转化的立体异构。
若分子中某一个原子（团）上的任意两个配体交换位置后 即产生一个新的立体异构体时，这个原子（团）即被称为 立体源中心。
3.3 手性分子的种类
手性分子：中心手性、轴手性、螺旋手性和平面手性。 中心手性分子有以下几种：
1 ）有一个手性碳原子的化合物
2）三价手性原子的化合物 如果氮原子上的孤对电子当作 “虚”原子对待，则和三个不同基团结合的叔胺就成为一个
• 5 ）阻转异构体 如果拥有邻位基团且足够大，以致 两个苯基绕C 一C 单键的旋转受到阻碍而造成的光学 异构体。
拓展（科研）：苯在202 nm 处有一个较强的UV 吸收， 联苯UV 的最大吸收入max在248 nm 处，这显示出由于 联苯分子中两个苯环处在一个共轭体系中，使入max向 长波方向移动。在联苯分子的邻位引入取代基则将影响 到两个苯环的共平面性，UV 上表现出入max向短波区移 动。如2-甲基联苯入max 为236 nm , 2 , 2-二甲基联苯的 入max为224nm 。
立体化学总结PPT课件
CH2OH
D-(+)-甘油醛
COOH
H
H OH
CH2OH
COOH H OH
CH3
D-(-)-乳酸
左右旋(+、-)已改变!
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2) R/S命名法(绝对构型)：
R/S法是1970年采用的系统命名法。它是通过化合物 的真实构型。该法需要用到“次序规则”。
将与手性碳相连的四个基团按次序规则排列： a＞b＞c＞d
COOH
实物图(球棍模型或透视图)是可任意转动的!
第17页/共39页
费歇尔(Fischer)投影式不能离开纸面翻转!
COOH H OH
CH3
翻转
COOH HO H
CH3
离开纸面翻转180o, 得到对映体
COOH
互为镜像
H
OH
COOH
CH3
OH
H
COOH
OH
H
CH3
CH3
实物图(球棍模型或透视图)可任意翻转!
R
CH2NH2
Br
H
CH2NHCH3
S COOH
NH2 CH3
R
S
R
第30页/共39页
Newman式与Fischer式间的转化
H H*
* HO
OH
600
HO 重叠式构象 H
CHO
CH2OH
OH H
CH2OH CHO
步骤: a. 写出重叠式构象, 竖线向下
第31页/共39页
Newman式与Fischer式间的转化 (续)
第19页/共39页
3、对映体的命名
1) D/L命名法(相对构型)：
在1951年前, 由于缺乏实验方法测得对映体的真正构 型, 人们采取人为规定的方法, 选用含有手性碳原子的甘 油醛作为标准, 规定: 羟基在手性碳原子的右边, 用D表示, 羟基在手性碳原子的左边, L表示。
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对映异构
Chapter 3
立体化学和现代物 理分析方法
Thalidomide——反应停(C13H10N2O4)
镇静剂 无致畸作用
无镇静作用 致畸变
1957年～1962年，反应停的服用造成数万名婴儿严重畸形。
不同立体结构
不同物理和化学性质
第三章 立体化学和现代物理分析方法
1
第一部分 立体化学
2
第二部分 现代物理分析方法
3
4
逆时针为S构型
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
例：命名下例化合物
Br 1
CH3CH2
2
C CH3 3 H4
解答：
Br CH3CH2 C CH3
H
2 CH3CH2
1 Br
C H4 CH3 3
(S)-2-溴丁烷
思考题 试用R/S法标记反应停(Thalidomide)的构型？
镇静剂 无致畸作用
一、手性和对映异构(难点)
【思考】
日常生活中的手性现象？
一、手性和对映异构(难点)
生活中的手性现象
一、手性和对映异构(难点)
非手性——实物与其镜像能完全重合的特性
种种事实表明，生命过程中也显示对对映异构体的偏爱，如前面提到的反应停 (Thalidomide)等。为什么不同的对映异构体具有不同的生理作用？
[α]D
溶解度
20oC(g/100mLH2O)
+12o
139.0
-12o
139.0
—
20.6
—
125
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
11个手性碳 211＝2048个对映异构
一般说来，含有n个不同的手性碳原子， 理论上有（2n）个异构体。
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
2. 含有两个不同手性碳原子的化合物
(2R,3S)
CH3
H
Cl
(2S,3R)
CH3
Cl
H
(2S,3S)
CH3
(2R,3R)
CH3
H
Cl
Cl
H
H
OH HO
无镇静作用 致畸变
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
1.含两个手性碳原子化合物的对映异构体命名 例：用R/S法命名下例化合物
解答：
C32：RS构型 (2S,3R)-3-溴-2-丁醇
练习题
命名下例化合物
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
C47H51NO14 Taxol
紫杉醇是一种全新的广 谱抗癌药，副作用小， 国际医疗界认为紫杉醇 是近10年来发现的最有 希望的抗癌药物。
代表手性碳原子
“横前 竖后” 横线——纸面上 竖线——纸面下
【注意】碳链写 在竖线上，而氧 化态高的基团写 在上面
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
2. 对映异构体的命名——Cahn-Ingold-Prelog R/S法(重点) 1)写出化合物的系统命名
2) 手性碳原子的四个基团按优先顺 序规则(与取代基优先顺序相反)排例
第一部分 立体化学 一、手性和对映异构 (难点) 二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点) 三、含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点) 四、不含手性碳化合物的对映异构(难点) 五、手性合成
一、手性和对映异构(难点)
1. 手性(Chirality)－生命的左和右
手性(Chirality)——实物与其镜像不能完全重合的特性
对象
旋光性
其它物理性质 化学性质
状态
对映异构体 旋光
相同
相同
纯物质
非对映体
不定
不同
相似
纯物质
外消旋体
无旋光
与对映体不同 与对映体相似 混合物
内消旋体
无旋光
与对映体不同 与对映体相似 纯物质
异构体
(+)-酒石酸 (-)-酒石酸 (±)-酒石酸 meso-酒石酸
熔点(oC)
168-170 168-170 206 140
(-)
168-170 -12o 1.7598 139.0
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
含有一个手性碳原子的化合物必定是手性分子，有一对对映异构体
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
1. 对映异构体构型表示法——Fischer投影式
楔形式
透视式
Fischer投影式
Emil Fischer (1852–1919) 德国 1902年获奖
非对映异构体
(R,R)
对映异构体
(S,S)
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
3. 含有两个相同手性碳原子的化合物
COOH
H
OH
H
OH
COOH
1
(2R,3S)
COOH
HO
H
HO
H
COOH
2
(2S,3R)
COOH
COOH
H
OH HO
H
HO
H
H
OH
COOH
3
(2R,3R)
COOH
4
(2S,3S)
*
练习题
试指出下例化合物那些具有手性碳碳原子？
一、 手性和对映异构(难点)
3)对映异构体的物理性质——旋光性
酒石酸盐
L. Pasteur(1848)
对映异 构体
(+)
熔点(oC) 168-170
[α]D +12o
密度 (g/cm3)
1.7598
溶解度 20oC(g/100m LH2O)
139.0
H
CH3
CH3
1
2
对映异构体：1和2 3和4
HO
H
CH3
3
(镜像不重合)
H
OH
CH3 4
非对映异构体：1和3、4 ； 2和3、4
(非镜像不重合)
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
含两个不相同的手性碳原子化合物的立体异构关系，可用图表表示
(R,S)
对映异构体
(S,R)
非对映异构体
非对映异构体
一、手性和对映异构(难点)
2. 手性分子 ——具有手性特征的分子
COOH
COOH
C HHO CH3
C H3C OHH
(R)-(-)-乳酸
(S)-(+)-乳酸
一、手性和对映异构(难点)
3.手性碳原子和对映异构体 1) 对映异构体的定义：互为实体和镜像又不能完全重合的分子
2) 对映异构体产生的必要条件——手性碳原子C﹡ 手性碳原子——连有四个不同原子或基团的碳原子C﹡
相同化合物：1、2 内消旋体(meso)：1或2 (纯物质，无旋光) 对映异构体：3和4 (镜像不重合) 外消旋体：3和4等量混合 (无旋光) 非对映异构体：1和3 1和4 (非镜像不重合) ——差向异构体
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
对映异构体，非对映异构体，内消旋体和外消旋体的比较
顺序最优基团
顺序最小基团
R.S. Cahn(1899–1981) C. Ingold(1893–1970) V. Prelog(1906–1998)
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
3) 把顺序最小的基团置于离观察者最远的位置
124C112
2
C
3
33
4
顺时针为Ｒ构型
2
1
4
C
1
2
1
3
C
3
2
Chapter 3
立体化学和现代物 理分析方法
Thalidomide——反应停(C13H10N2O4)
镇静剂 无致畸作用
无镇静作用 致畸变
1957年～1962年，反应停的服用造成数万名婴儿严重畸形。
不同立体结构
不同物理和化学性质
第三章 立体化学和现代物理分析方法
1
第一部分 立体化学
2
第二部分 现代物理分析方法
3
4
逆时针为S构型
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
例：命名下例化合物
Br 1
CH3CH2
2
C CH3 3 H4
解答：
Br CH3CH2 C CH3
H
2 CH3CH2
1 Br
C H4 CH3 3
(S)-2-溴丁烷
思考题 试用R/S法标记反应停(Thalidomide)的构型？
镇静剂 无致畸作用
一、手性和对映异构(难点)
【思考】
日常生活中的手性现象？
一、手性和对映异构(难点)
生活中的手性现象
一、手性和对映异构(难点)
非手性——实物与其镜像能完全重合的特性
种种事实表明，生命过程中也显示对对映异构体的偏爱，如前面提到的反应停 (Thalidomide)等。为什么不同的对映异构体具有不同的生理作用？
[α]D
溶解度
20oC(g/100mLH2O)
+12o
139.0
-12o
139.0
—
20.6
—
125
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
11个手性碳 211＝2048个对映异构
一般说来，含有n个不同的手性碳原子， 理论上有（2n）个异构体。
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
2. 含有两个不同手性碳原子的化合物
(2R,3S)
CH3
H
Cl
(2S,3R)
CH3
Cl
H
(2S,3S)
CH3
(2R,3R)
CH3
H
Cl
Cl
H
H
OH HO
无镇静作用 致畸变
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
1.含两个手性碳原子化合物的对映异构体命名 例：用R/S法命名下例化合物
解答：
C32：RS构型 (2S,3R)-3-溴-2-丁醇
练习题
命名下例化合物
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
C47H51NO14 Taxol
紫杉醇是一种全新的广 谱抗癌药，副作用小， 国际医疗界认为紫杉醇 是近10年来发现的最有 希望的抗癌药物。
代表手性碳原子
“横前 竖后” 横线——纸面上 竖线——纸面下
【注意】碳链写 在竖线上，而氧 化态高的基团写 在上面
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
2. 对映异构体的命名——Cahn-Ingold-Prelog R/S法(重点) 1)写出化合物的系统命名
2) 手性碳原子的四个基团按优先顺 序规则(与取代基优先顺序相反)排例
第一部分 立体化学 一、手性和对映异构 (难点) 二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点) 三、含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点) 四、不含手性碳化合物的对映异构(难点) 五、手性合成
一、手性和对映异构(难点)
1. 手性(Chirality)－生命的左和右
手性(Chirality)——实物与其镜像不能完全重合的特性
对象
旋光性
其它物理性质 化学性质
状态
对映异构体 旋光
相同
相同
纯物质
非对映体
不定
不同
相似
纯物质
外消旋体
无旋光
与对映体不同 与对映体相似 混合物
内消旋体
无旋光
与对映体不同 与对映体相似 纯物质
异构体
(+)-酒石酸 (-)-酒石酸 (±)-酒石酸 meso-酒石酸
熔点(oC)
168-170 168-170 206 140
(-)
168-170 -12o 1.7598 139.0
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
含有一个手性碳原子的化合物必定是手性分子，有一对对映异构体
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
1. 对映异构体构型表示法——Fischer投影式
楔形式
透视式
Fischer投影式
Emil Fischer (1852–1919) 德国 1902年获奖
非对映异构体
(R,R)
对映异构体
(S,S)
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
3. 含有两个相同手性碳原子的化合物
COOH
H
OH
H
OH
COOH
1
(2R,3S)
COOH
HO
H
HO
H
COOH
2
(2S,3R)
COOH
COOH
H
OH HO
H
HO
H
H
OH
COOH
3
(2R,3R)
COOH
4
(2S,3S)
*
练习题
试指出下例化合物那些具有手性碳碳原子？
一、 手性和对映异构(难点)
3)对映异构体的物理性质——旋光性
酒石酸盐
L. Pasteur(1848)
对映异 构体
(+)
熔点(oC) 168-170
[α]D +12o
密度 (g/cm3)
1.7598
溶解度 20oC(g/100m LH2O)
139.0
H
CH3
CH3
1
2
对映异构体：1和2 3和4
HO
H
CH3
3
(镜像不重合)
H
OH
CH3 4
非对映异构体：1和3、4 ； 2和3、4
(非镜像不重合)
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
含两个不相同的手性碳原子化合物的立体异构关系，可用图表表示
(R,S)
对映异构体
(S,R)
非对映异构体
非对映异构体
一、手性和对映异构(难点)
2. 手性分子 ——具有手性特征的分子
COOH
COOH
C HHO CH3
C H3C OHH
(R)-(-)-乳酸
(S)-(+)-乳酸
一、手性和对映异构(难点)
3.手性碳原子和对映异构体 1) 对映异构体的定义：互为实体和镜像又不能完全重合的分子
2) 对映异构体产生的必要条件——手性碳原子C﹡ 手性碳原子——连有四个不同原子或基团的碳原子C﹡
相同化合物：1、2 内消旋体(meso)：1或2 (纯物质，无旋光) 对映异构体：3和4 (镜像不重合) 外消旋体：3和4等量混合 (无旋光) 非对映异构体：1和3 1和4 (非镜像不重合) ——差向异构体
三、 含两个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
对映异构体，非对映异构体，内消旋体和外消旋体的比较
顺序最优基团
顺序最小基团
R.S. Cahn(1899–1981) C. Ingold(1893–1970) V. Prelog(1906–1998)
二、含一个手性碳原子化合物的对映异构(重点)
3) 把顺序最小的基团置于离观察者最远的位置
124C112
2
C
3
33
4
顺时针为Ｒ构型
2
1
4
C
1
2
1
3
C
3
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