3 第三章 立体化学

例如：
（a）一个异构体很容易地放入手性受体的位 点，从而发挥生理作用； （b）但另一个异构体却放不到相同的受体位 点中去，从而不起生理作用。
再如天冬酰胺：
O H2N H O (S)-asparamide
天然的是苦的
O H2N H 2N H O (R)-aspaq)
溶解度 pKa1 pKa2 (g/100gH2O) 139 139 2.93 2.93 4.23 4.23
+12 -12
(±)-酸
Meso-酸
206
140
20.6
125
2.96
3.11
4.24
4.80
三、构型表示法 几种表示立体结构的表示方法：
透视式
Fischer 投影式
锯架式
Newmann投影式
即，一个大的原子序数优于两个或三个小的序数 之和。
CH2CH2Br>CH3CH2 “先比较每个基团中原子序数最高的取代基”是指 在相等距离上有较大的取代基：
(R)
CH3
H
CH2CH2Br H CH2CHMe2
(S)
CH3 CH2CH2CH2Br CH2CHMe2
再如：
H HOCH2
( R)
CH(CH3) 2
对称中心（center of symmetry）：用i 来表示。
All molecules with a center of symmetry are achiral.
CH3
这不是 CH3 对称 Cl 中心 Cl
§3.3 含一个手性碳原子 化合物的对映异构
一、对映体（Enantiomers） 若两种立体异构体互为镜像与实物的对映关 系（要掌握定义！），就把它们称为对映 异构体，简称对映体。例如：
a或b为对映体， 不能重合，如c 所示。
再如：
对映体的性质： 非手性条件下，对映体的物理及化学性 质相同； 但在手性条件下，如手性试剂、手性溶 剂、手性催化剂等，两个对映体的反应速 度不同，有的对映体之一甚至不反应。 例如生物体内的酶是一种生物催化剂， 它是具有手性的，在体内进行的生物化学 反应是高度立体选择性的。
(R)-2-丁醇
当两个基团上有不同取代基时，则先比较每个 基团中等距离上原子序数最高的取代基，由这 些取代基的大小来决定这些基团的顺序。例如：
CHMe2 CHMe2 依次 (S) H CH2CH2Cl ClCH2CH2 CMe3 交换 CMe3 H
CH2CH2Cl>CMe3>CHMe2>H
H CH3CH2 Cl Cl>CH2Cl>CH3CH2>H CH2Cl
同分异构 构型异构 立体异构
空间 连接顺序
非手性化合物实物与镜像可以重合，而手性 化合物实物与镜像不能重合：
180
非手性化合物， 可以重合
手性化合物， 不能重合
判断：具有实物和镜像关系的分子 就是一对对映体。
§3.1 物质的旋光性 一、平面偏振光和旋光性 普通光：在垂直于光束前进方向的任意平面 上振动。
偏振光：普通光通过Nicol棱镜后产生只在一 个平面振动的光，称为平面偏振光或偏光。
旋光性物质：如乳酸，葡萄糖等，当偏光 通过这类物质的溶液时，能使偏光的振动 平面旋转一定的角度，这一性质叫旋光性， 这类物质叫旋光性物质(Optically active substance)。 二、旋光仪和比旋光度 1. 旋光仪：定量测定液体或溶液旋光程度的 仪器叫做旋光仪，其工作原理如下图所示。
(R)-2-甲基-1-苯基丙胺
CH3O H O HOCH2 (S) C OH CH3O>COOH>CH2OH>H
(S)-3-羟基-2-甲氧基丙酸
4. 一些常见原子或基团由高到低的顺序如下：
-I，-Br，-Cl，S（-SO2R，-SR，-SH），-F （这些都是按照原子序数排列） >O（-OCOR，-OR，-OH）（比的是O上所连 原子的大小） >N（-NO2，-NR2，NHCOR，-NHR，-NH2） （比的是N上所连的基团或原子的大小） >C(-COCl，-COOR，COOH，-COR， -CHO，-CR2OH，-CHROH，-CH2OH， -C6H5，-C≡CH，t-Bu，-CH=CH2，CHMe2， -CH2CH2CH3，-CH2CH3)> -D，H
OH Ph
H H
OH H
H Ph
CH3
CH3
CH3
使用Fischer投影式时应注意下列几点：
i. 横键在前、竖键在后； 按照习惯，主碳链从上到下； 投影式不能离开纸面，可在纸面上旋转 n180°，但不能旋转90°、270°等，否则 转变为其对映体：
旋转180
OH H
(R)
COOH H 3C
(R)
H
同一化合物
CH3
OH
COOH
旋转90
H HOOC
Cl Cl>CH2OH>CH(CH3)2
(R)-3-甲基-2-氯-1-丁醇
3. 重键的处理：
例如下列化合物：
CH=CH 2 H CCH CN
例如：
CH=O H OH CH2OH OH>CHO>CH2OH>H H CH3 CH NH2 CH3 NH2>C6H5>CH(CH3)2>H
(R)-2,3-二羟基丙醛（甘油醛)
(S)
OH 对映体
CH3
ii. 固定一个基团，依次交换其余三个基团， 该化合物的构型不变。 A 和B 是相同还是对映体?
* 将B转变，看它与A是否重合：
iii. C*上的四个基团任意两个一次互换后，则 成为其对映体，但两次交换则恢复原结构 （交换关系必须掌握！）：
四、构型的R/S命名规则 D/L标记法： 来自糖的标记， 如甘油醛， （标记 构型的）OH 在碳链右侧 的为D-构型， 在左侧的 为L-构型。
OH OH NHCCHCl2 O
HO
D-(-)-苏 L-(+)-赤 L-(-)- 苏 D-(+)-赤
抗菌活性 100 1-2 <0.4 <0.4
氯霉素
二、外消旋体（Raceme） 构型相反的两个立体异构体的等量混合物。
表3.1 酒石酸各异构体的物理性质 化合物 (+)-酸 (-)-酸 熔点/℃ 170 170 [α]
Cl Et
(S)
CH3
H
（11）
COOH (R) H OH CH3
（12）
CH3 (R) H2 N H Ph
（13）
用Fischer式标记构型时的两种情况：
1. 最小基团在竖键上时，直接读出结果，如 （11）； 2. 最小基团在横键上时，得到相反的结果， 如（12）和（13）；（横变竖不变）
3. 此时也可采用如下的标记方式：
Chapter 3
Stereochemistry
本
• • • •
章
要
点
了解异构体的分类、旋光现象的产生； 深入了解几种构型式之间的转化； 掌握R/S构型的标记方法； 了解对映体的拆分
同分异构的种类（回顾）
位置异构 (如 1-氯丙烷和2- 氯丙烷) 构造异构
原子的 连接顺序
碳干异构 (如丁烷和异丁烷 ) 官能团异构( 甲醚和乙醇) 互变异构 (乙醛和乙烯醇) 顺反异构 (如顺和反-2-丁烯) 对映异构 构象异构 (如丁烷的对位交叉式 和邻位交叉式 )
2. 比旋光度：浓度为每毫升含1g旋光性物质 的溶液，在1dm长的盛液管中测得的旋光度 称为该物质的比旋光度。其定义为：
[α]t =
1(dm) x c (g/ml) 溶液 lxd
液体
或
t [α] =
λ =589.3nm，为钠光的波长， t = 15-30˚С, 常为20或25˚С ，α为仪器测得的旋光度。
d c
从而奠定了立体有机化学的基础。
1.手性和对称因素（Chirality and Symmetric elements）
生活中的手型物体：
手性（Chiral）：即实物与镜象的不重合性。 也可以说，手性是物质具有旋光性和对映异 构现象的必要条件。
手性分子：含一个手性碳的化合物一定是手性 的，但有两个以上手性碳原子的化合物却不 一定具有手性。一个分子是否具有手性，取 决于分子本身的对称性，也就是与分子内的 对称因素有关。
让序列最低的 (4) 远离观察者：
观察者从最小基团的相反方向观察其它三个 基团：其大小若为顺时针，R构型，逆时针为 S构型。
2. 若直接相连的原子（叫做“关键原子”， key atoms）相同，则逐个比较与第一个原 子相连的第二个原子序数的大小，以此类 推。常见的不含杂原子的烷基的优先顺序 为： CH3CH2CH2CH2- >CH3CH2CH2CH3CH2- >CH3 即，直链烷基，碳数越多越大。 (H3C) 3C->(H3C) 2CH->H3CCH2->CH3带支链的大小顺序为： 叔>仲>伯
COOH COOH 固定COOH不动， (R) (R) HO CH3 H OH H、CH3、OH H CH3 逆时针依次交换
CH3 CH3 (R) (R) 固定CH3不动， Ph NH2 H2N H H、Ph、NH 2 H Ph 顺时针依次交换
§3.4 含两个以上手性碳化合物 的对映异构
一、含两个不相同手性碳的化合物 对映体个数为2n 个（要能判断立体异构体 的个数）：
(S) (S)
CHO H HO
(S) (R)
CHO HO H
(S) (R)
OH
H H
OH H
H OH
(R) OH
CH2OH
（19）
CH2OH
（20）