大学化学2007_王永梅_手性化合物的命名

第22卷　第4期大学化学2007年8

月

手性化合物的命名

王永梅　张文昊　翟玉平

(南开大学材料化学系　天津300071)

摘要　在总结各种手性化合物命名的基础上,加入了硅,氮,磷,硫,砷手性化合物的命名,着重阐述了新型手性分子的命名法则,并配以实例说明。

随着不对称合成的快速发展,手性化合物的结构和类型日渐丰富。手性碳化合物绝对构型的命名已为人们熟知,而新的手性化合物,如平面手性、螺手性的命名成为需要解决的问题。本文在总结前人工作的基础上,较全面地归纳了各种手性化合物的命名。

1　手性化合物的分类

分子存在手性的条件是分子实物和镜像不能重合。

分子结构是整个命名系统的基础,是命名法的根据。按分子结构可以把手性分子分为6类。

1.1　中心手性

图1显示了几种不同的手性中心,以手性中心为特征的分子称为中心手性化合物。特点是中心原子连有4个不同的基团(或孤对电子)。中心原子可以是主族的C,Si,N,P,A s,S,Ge 等,也可是副族的Mn,Cu,B i,Zn 等

。

图1　不同的手性中心

　图2　轴手性化合物(丙二烯)　1.2　轴手性 轴手性在结构上可看作中心手性的衍生。分子中的4个

基团分为两对排列在手性轴的两端。当每对中的两个基团都不相同时,分子有手性。这类化合物包括:丙二烯型,

环己烷　图3　平面手性化合物

型,螺环型和联芳型(图2)。

1.3　平面手性

分子中某一平面两侧的结构不对称,这类化合物称为平

面手性化合物。图3分子中苯环所在平面为手性平面。

1.4　螺手性[1]

螺手性化合物是化合物中比较特殊的情况,分子成右手螺旋或左手螺旋。分子不在一个平面上,产生手性(图4)。

1.5　八面体结构

八面体结构多出现在配位化合物中,配体结构差异与空间排列顺序可以产生手性(图5)。

1.6　其他手性结构

其他结构的化合物也可能有手性,比如手性二茂铁(图6)

。

图5　八面体结构金属配合物

　图4　螺手性化合物

　图6　手性二茂铁化合物　

2　手性化合物的命名

2.1　中心手性

当Cxyz w 系统(图7)中的x,y,z,w 是互不相同的基团时,为中心手性系统

。

图7　Cxyzw 系统 假定根据C I P 顺序规则,取代基x,y,z,w 的顺序为

x >y >z >w 。现在从w 基团的对面看手性中心,x →y →z 是顺时针

方向,定义手性中心为R 构型,否则定义手性中心为S 构型。图7

的Cxyz w 系统为R 构型。

对于金刚烷类化合物[1],可以在4个叔碳上连接4个取代基形

成4个季碳原子。若取代基选择合适,则成为手性中心。可以分别描述这些季碳原子的构型,也可以将整个金刚烷型化合物作为一个整体。通常把金刚烷框架的中心看作整个化合物的手性中心,整体描述其构型(图8)

。

图8　金刚烷型化合物

2.2　轴手性 轴手性化合物的命名遵循与中心手性系统命名类似的规则。从沿轴的方向看,离观察者近的两个基团优先于远离观察者的两个基团,同侧基团的顺序遵循顺序规则。命名时从轴的任一方向观察分子不影响命名结果(图9)。

以图9丙二烯型分子为例,从分子左侧观察,基团顺序为a →b →c,顺时针方向,分子为R 构型。同理,从右侧观察,基团顺序为c →d →a,也是R 构型。

图9　轴手性化合物的命名

(从分子左侧观察)

图10中上半部分的直箭头表示沿手性轴的观察方向,下半部分表示该观察方向分子特征基团的顺序。命名举例见图11。

图10　轴手性化合物

图11　轴手性化合物举例

2.3　平面手性[1]

命名此类化合物应首先选择包含原子数最多的平面作为手性平面。然后选择导引原子,选择离手性平面最近的、优先级最高的原子作为导引原子(图12)。从与导引原子相连的手性平面中的原子开始编号,在平面上依次沿邻接的优先级最高的原子编号。从导引原子的方向看手性平面,如果编号沿顺时针,此分子记为pR,如果编号沿逆时针,此分子记为pS。p表示平面手性。命名举例见图13。

图12　一些平面手性化合物

(a )导引原子C,原子顺序O →C 2→C 3→B r,逆时针方向,构型pS 。

(b )导引原子C,原子顺序C 1→C 2→C 3→B r,逆时针方向,构型pS 。

(c )(d )金属配合物,η62π键可看成被6个σ键取代(d ),整个分子的手性可由手性平面上最优先原子(箭

头所指)的手性决定:将该原子看成中心手性系统的中心原子,连结金属原子和环上与之相连的3个原子。

该中心原子的手性即为整个分子的手性。(c )(d )的手性都是pS

。

图13　R 2(–)2反2环辛烯[8]

由于环的张力,与烯碳相连的两个碳原子并不在双键平面上。

2.4　螺手性[1]

螺手性化合物是化合物中比较特殊的情况,分子成右手螺旋或左手螺旋,分别记为M 和P 。从螺旋轴的顶部看,顺时针方向的螺旋记为P ,逆时针方向的螺旋记为M (图14)

。

图14　螺手性化合物的命名

2.5　八面体结构[1]

将顺序规则扩展后可以把按八面体结构排列的原子或基

团按优先级排序。顺序规则应用于六取代的分子时比较特

殊。将取代基中优先级最高的基团编为1号(按普通顺序规

则),与1号基团相对的基团编为6号(不管其优先级),如果

1号空缺则将基团中优先级最小的基团编为6号。其余4个

基团成一个平面,通常将平面上优先级最高的编为2号。与2

号相邻的优先级最高的基团编为3号。观察者面对由1,2,3号组成的平面,如果1,2,3编号沿顺时针,记整个分子为R 构型,反之记为S 构型(图15)

。图15　八面体结构化合物的命名