第八章 立体化学
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8 立体化学
CH3 * * C 2H 5
35
OH OH
C2 H 5 * OH
2. 对映异构体构型的命名
（1） D、L命名法
CHO H OH CH2OH D-(+)-甘油醛 HO CHO
D、L与 “+、-” CH2OH 没有必然的联系
H
L-(-)-甘油醛
规定：羟基在右边为右旋，称D型，羟基在左边为 左旋，为L型。
镜像不能重叠，称对映异构现象。
对映异构体（enantiomers）：一个化合物的分
子与其镜像不能相互重合，称这两个分子为对映异构体。
13
手性：一个物体若自身与其镜像不能重叠。 手性分子(chiral molecules)： 不能与自身镜像重合的分子。 非手性分子(achiral molecules) ： 能够与自身镜像重合的分子。 手性分子是不对称分子；非手性分子 是对称分子。
CH3 HO C H
OH >
CH2CH3 >
CH3 > H
• 从次序最小的基团背后看上去
CH3 H OH Et
HO CH3 CH3 HO H CH2CH3
CH2CH3
(–)–2–丁醇
食指
H Et
中指 (R)–2–丁醇 拇指
38
• 其它三个基团由大到小为顺时针方向时 为R型；反时针时为S型
CH3 CH3CH2 OH
26
手性分子大都含有与四个互不相同的基团相连的碳
原子。
有左旋和右旋两种异构体，如何表示？
1.构型的表示法：
用分子模型可清楚
地表示出手性碳原
子的构型，但不方便。
27
（1）透视式
将手性碳表示在纸面上，用实线表示纸面上的键，用虚
有机化学：第8章-立体化学
H
Cl 旋转 90。
Cl
Cl
HH
Cl
HH
Cl
Cl
H
23
H
-H
Cl
Cl
Cl
Cl
H
-
H
Cl HH
Cl
8.1 手性和对映体
有4重交替对称轴的分子
24
8.1 手性和对映体
❖ 对称性与手性的关系
❖非手性分子——凡具有对称面、对称中心或交替对称轴的 分子，都能与其镜像重合.
❖手性分子——既没有对称面,又没有对称中心,也没有交替 对称轴的分子,都不能与其镜象叠合,都是手性分子.
❖7.1 多环芳烃分类 ❖7.2 联苯及其衍生物 ❖7.3 多苯代脂烃 ❖7.4 稠环芳烃-萘及其衍生物 ❖7.5 稠环芳烃-蒽及其衍生物 ❖7.6 稠环芳烃-菲及其衍生物 ❖7.7 稠环芳烃-其它稠环芳烃 ❖7.8 有机化合物与环境污染 ❖7.9 非苯芳烃
1
回顾
第8章 立体化学
❖8.1 手性和对称性 ❖8.2 旋光性和比旋光度 ❖8.3 分子的手性和手性碳原子 ❖8.4 构型的表示法、构型的确定和标记 ❖8.5 含手性碳原子化合物的旋光异构 ❖8.6 环状化合物的立体异购 ❖8.7 不含手性碳原子化合物的对映异构 ❖8.8 手性分子的获得
碳链异构(如:丁烷/异丁烷) 官能团异构(如:醚/醇) 位置异构(如:辛醇/仲辛醇)
同分异构 isomerism
立体异构 Stereo-
构型异构 configurational
构象异构 conformational
顺反, Z、E异构 对映异构
H
H
H
H
H
H
HH
HH
HH
立体化学
HH
重叠式:
H H
H
H H
能量高，不稳定 ( 因 非键张力大 ) ，一般 含0.5%
交叉式:
H H H
H H
非键张力小，能量低， ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定。一般含99.5%
注意：
室温下不能将乙烷的两种构象分离，因单键旋转能 垒很低(～12.6KJ/mol)
以能量为纵坐标，以单键的旋转角度为横坐标作图， 乙烷的能量变换曲线如下：
乙烷的交叉式构象
H H
H
C
C
H H H H
H
H H
H H
H H
H H
H
H
H H
楔形式
锯架式
纽曼式
乙烷的重叠式构象
能 量 最 高 的 最 不 稳 定 构 象
乙烷的重叠式构象
H H
H HH H H H
C H H
C
H H H H
HH H
H
H H
楔形式
锯架式
纽曼式
介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式构象。
第二章 2.4.3 环己烷的构象
饱和烃:烷烃和环烷烃
椅型 稳定
船型 不稳定
两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变；
室温下，环己烷主要在椅型构象存在(99.9% 以上)。 为什么椅型构象稳定?
Conformational Energy
直立键和平伏键 Axial and Equatorial Positions
H H H H
5 其它碳环的构象
主要是环丙烷和环丁烷（小环）、环戊 烷和环庚烷（普通环）的构象。 小环的特点是角张力和扭转张力很大； 普通环的张力较小（如环己烷），构象多受 扭转因素的影响；在中环（环辛烷到环十一 烷）中，取代基之间的跨环范德华相互作用 对构象有重要影响。
第八章立体化学
i
OH ②对称中心 H
. H
H
OH
CH3 H
08-2 水、氨对称轴
C2 H
O
C3 H H N
③对称轴
CH3
H H 旋转360／n度，分子相同
分子有对映异构的条件——既无对称面，也无对称中心
分子是否含有手性C*是最常用的判定标准。
4、手性碳和对映异构体之间什么关系？ 08-3 若含一个C*， 一个手性碳 只有两种空间排列方式。 只有两种结构式， 任换两个基团，变成对映体； 一对对映异构体。 换三个基团，仍是自身。 左旋体和右旋体。两者的等量混合物，称为外消旋体。 5、对映异构体怎么命名？ ——R/S命名法(系统) bCOOH COOH ①按次序规则由大到小排列四 m.p. []25 D 个基团a＞b＞c＞d ( – )乳酸 53℃ -2.60 a C C OH I＞Br＞Cl＞F＞O＞N＞C＞H HO c H H CH3 CH3 (＋)乳酸 53℃ +2.60 (R)-乳酸 (S)-乳酸 ②把最小基团d放在远处， 看 a a (±)乳酸 18℃ —— a→b→c的顺序。顺时针，R； R S C C c 逆时针，S。——方向盘定则 左右旋表示旋光方向， d c d 不是命名。 b b
检偏镜 [ ] +900
C l
l—dm C—g· -1 mL
例如：右旋乳酸 []25＝+2.60(水) D
②物质的旋光度，需要通过改变浓 度或者改变盛液管长度的方式测定 左旋？右旋？ 两次，才能确定。
3、什么样的结构会产生对映异构体？ 对映异构是由 于分子的不对 称结构引起的
①对称面
因为用平面书写方式表达 立体结构，所以使用菲舍 尔投影式的原则是——
有机化学 第八章 立体化学
C2H5 Cl Cl
19
H
CH3 H Cl Cl H C2H5 Cl H
CH3 H Cl C2H5 Cl Cl
CH3 H H C 2H 5 H H
CH3 Cl Cl C2H5
CH3 Cl H Cl H C2 H5
CH3 H Cl Cl H C2H5
CH3 H Cl Cl H C2H5
CH3 Cl H Cl H C2 H5
20
注意: 注意
D,L是相对构型,与假定的 、 甘油醛相关联而确定的构型 甘油醛相关联而确定的构型。 D,L是相对构型,与假定的D、L甘油醛相关联而确定的构型。R,S 是相对构型 是绝对构型,能真实代表某一光活性化合物的构型（ 、 ） 是绝对构型,能真实代表某一光活性化合物的构型（R、S） 。 两种标记法的依据： 两种标记法的依据：R／S法依据与＊C相连的四个原子或基团 法依据与＊ 的大小顺序； 法依据与D 甘油醛的构型是否相同。 的大小顺序；D／L法依据与D-甘油醛的构型是否相同。 无论是D,L还是R,S标记方法， D,L还是R,S标记方法 无论是D,L还是R,S标记方法，都不能通过其标记的构型来判 断旋光方向。因为旋光方向使化合物的固有性质， 断旋光方向。因为旋光方向使化合物的固有性质，而对化合 物的构型标记只是人为的规定 人为的规定。 物的构型标记只是人为的规定。 目前从一个化合物的构型还无法准确地判断其旋光方向， 目前从一个化合物的构型还无法准确地判断其旋光方向，还 是依靠测定。 是依靠测定。
锲形式
COOH H OH CH3
Fischer投影式 投影式
项：
(1)不能离开纸面翻转；可以沿纸面旋转 )不能离开纸面翻转；可以沿纸面旋转180°，但不能旋转 ° ° 但不能旋转90° 或270°。 ° (2) 基团交换次数可以为偶数次，不能为奇数次；亦可以一基团 基团交换次数可以为偶数次 不能为奇数次； 偶数次， 不动，另三基团顺或逆时针轮换（相当于交换两次）。 不动，另三基团顺或逆时针轮换（相当于交换两次）。
第八章 立体化学对映异构
l ??
? : 旋光度；c: 溶液浓度 (g/mL)；ρ: 纯液体密度(g/mL) ；l: 管长(dm)
? ? 通常要标出测定时的温度和偏振光的波长:
?
t
?
溶剂对比旋光度也有影响，要注明所用溶剂。
例: 在20℃时，以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液的比旋光度为
右旋52.5°，记为:
??
?20 D
?
? 52.5?(水)
返回
26
R-S 标记法
? 根据手性碳原子所连接的四个基团在空间的排列来标记： (1)先把手性碳原子所连接的四个基团设为： a、b、c、d，并
将它们按次序规则排队。 (2)若a,b,c,d 四个基团的顺序是 a(较优基团)>b>c>d ，将该手
性碳原子在空间作如下安排：
? 把排在最后的基团 d放在离观察者 最远的位置，然后按 先后次序观察其他三个基团。 ? 即从最先的a开始看，经过b，再到c。 ? 若方向是 顺时针 的，则该手性碳原子的构型标记为 “R”；若为逆时针，则标记为“S”
-31.3°(乙酸乙酯 )
+31.3°(乙酸乙酯
外消旋体153
)
(III) (2R,3S)-(-) 167
-9.4°(水)
(IV) (2S,3R)- 167
+9.4°(水)
?非对映(+体) 可用一般的物理方法分离.
37
例:酒石酸的立体异构体
COOH
COOH
O HO C
HH *C C* OH OH
COOH
OH
乳酸(2-羟基丙酸)
H3C
C H
COOH
手性分子
乳酸的分子模型图
两个乳酸模型不能叠合
? : 旋光度；c: 溶液浓度 (g/mL)；ρ: 纯液体密度(g/mL) ；l: 管长(dm)
? ? 通常要标出测定时的温度和偏振光的波长:
?
t
?
溶剂对比旋光度也有影响，要注明所用溶剂。
例: 在20℃时，以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液的比旋光度为
右旋52.5°，记为:
??
?20 D
?
? 52.5?(水)
返回
26
R-S 标记法
? 根据手性碳原子所连接的四个基团在空间的排列来标记： (1)先把手性碳原子所连接的四个基团设为： a、b、c、d，并
将它们按次序规则排队。 (2)若a,b,c,d 四个基团的顺序是 a(较优基团)>b>c>d ，将该手
性碳原子在空间作如下安排：
? 把排在最后的基团 d放在离观察者 最远的位置，然后按 先后次序观察其他三个基团。 ? 即从最先的a开始看，经过b，再到c。 ? 若方向是 顺时针 的，则该手性碳原子的构型标记为 “R”；若为逆时针，则标记为“S”
-31.3°(乙酸乙酯 )
+31.3°(乙酸乙酯
外消旋体153
)
(III) (2R,3S)-(-) 167
-9.4°(水)
(IV) (2S,3R)- 167
+9.4°(水)
?非对映(+体) 可用一般的物理方法分离.
37
例:酒石酸的立体异构体
COOH
COOH
O HO C
HH *C C* OH OH
COOH
OH
乳酸(2-羟基丙酸)
H3C
C H
COOH
手性分子
乳酸的分子模型图
两个乳酸模型不能叠合
第八章 立体化学
第八章 立 体 化 学Organic Stereochemistry一、同分异构现象构造异构体碳架异构体位置异构体官能团异构体互变异构体立体异构体构型异构体构象异构体:顺反异构体:烯烃的顺反异构体环烃的顺反异构体旋光异构体对映异构体非对映异构体单键旋转异构叔胺翻转异构1. 构造异构体Constitutional isomers—— 由于分子中原子或基团的排列顺序或方式不同而产生的同分异构体。
碳链异构O O官能团异构OH 位置异构C 3H 6OCH 2=CHOCH 3 CH 2=CHCH 2OH CH 3C(OH)=CH 2CH 3CH=CHOH CH3COCH 3 CH 3CH 2CHOH 32. 立体异构体 Stereoisomers——分子中原子或基团的排列顺序和方式相同，但是在空间的排布不同所产生的异构体C C HHCCOHHa) CH 3CH=CHOH3H 3b)H 33H 3c) CH 3CH 2CH 2CH 3a) Cis-trans isomers 构型异构 b) Enantiomers 构型异构c) Conformational isomers 构象异构 构象异构体1. Rotation about single bonds2. Amine inversionNonbonding electron pair is requiredInversion energy ~ 25 kJ/molcan rapidly interconvert at RT构型异构体——顺反异构——对映异构与非对映异构（旋光异构）3. 同分异构的多层次性构造异构、构型异构和构象异构是不同层次上的异构。
其中构造异构属较低层次的异构形式，其次为构型异构，而构象异构是较高层次的异构形式。
其中低层次异构形式通常包含有较高层次的异构形式。
C7H14Oconstitutionalconformational二、构型异构中的顺反异构Cis–trans isomers result from restricted rotation that can be caused either by a double bond or by a cyclic structure。
第八章 旋光异构(立体化学)
16
•普通光是由各种波长的、在垂直于前进方向的各个平面内振 动的光波组成。 •偏振光：只在某一平面上振动的光，叫做“平面偏振光”， 简称“~”。
17
旋光活性和比旋光度 1. 旋光活性
•使偏振光振动平面旋转的物质，称为“旋光活性物 质”．它使偏振光振动平面旋转的角度称为“旋光 度”．(浓度、盛液管长度、温度、光波波长、溶剂
≡
≡
23
（2）Ｆischer投影式
乳酸的分子模型和投影式
Ｆischer投影式: 1.两个竖立的键 —向纸面背后伸去的键; 2.两个横在两边的键—向纸面前方伸出的键. 3.碳架竖向排列，编号小的放在上面。
24
思考：指出下列各组结构之间的关系 （对映体或相同化合物）
OH OH H COOH H CH3 COOH
1. 化学分离法
通过与旋光性拆分剂（从自然界生物体中获得）作用，生成 非对映异构体，利用其物理性质上的不同而将其分开（如分馏或 分步结晶），最后除去拆分剂得纯的单旋体。
(+)-酸-(-)-碱
+)-酸+(-)-碱 (_
结晶分离 (-)-酸-(-)-碱
(+)-酸-(-)-碱 (-)-酸-(-)-碱
HCl HCl
•手性碳原子的概念—与四个互不相同 的基团相连的碳
原子。
W C X Z Y
镜面
W Y Z C X
• 有且只有一个手性碳原子的分子一定是手性分子。
21
例：乳酸CH3CHOHCOOH
*
O
* CH 3 CH
C
OH
OH Lactic acid
乳酸
22
构型的表示法，构型的确定和构型的标记 构型的表示法 （1）锲形式——比较直观
•普通光是由各种波长的、在垂直于前进方向的各个平面内振 动的光波组成。 •偏振光：只在某一平面上振动的光，叫做“平面偏振光”， 简称“~”。
17
旋光活性和比旋光度 1. 旋光活性
•使偏振光振动平面旋转的物质，称为“旋光活性物 质”．它使偏振光振动平面旋转的角度称为“旋光 度”．(浓度、盛液管长度、温度、光波波长、溶剂
≡
≡
23
（2）Ｆischer投影式
乳酸的分子模型和投影式
Ｆischer投影式: 1.两个竖立的键 —向纸面背后伸去的键; 2.两个横在两边的键—向纸面前方伸出的键. 3.碳架竖向排列，编号小的放在上面。
24
思考：指出下列各组结构之间的关系 （对映体或相同化合物）
OH OH H COOH H CH3 COOH
1. 化学分离法
通过与旋光性拆分剂（从自然界生物体中获得）作用，生成 非对映异构体，利用其物理性质上的不同而将其分开（如分馏或 分步结晶），最后除去拆分剂得纯的单旋体。
(+)-酸-(-)-碱
+)-酸+(-)-碱 (_
结晶分离 (-)-酸-(-)-碱
(+)-酸-(-)-碱 (-)-酸-(-)-碱
HCl HCl
•手性碳原子的概念—与四个互不相同 的基团相连的碳
原子。
W C X Z Y
镜面
W Y Z C X
• 有且只有一个手性碳原子的分子一定是手性分子。
21
例：乳酸CH3CHOHCOOH
*
O
* CH 3 CH
C
OH
OH Lactic acid
乳酸
22
构型的表示法，构型的确定和构型的标记 构型的表示法 （1）锲形式——比较直观
有机化学ppt课件第八章立体化学
05
立体选择性合成策略与方 法
不对称合成策略简介
不对称合成定义
利用非手性原料合成具有特定构型手性化合物的 方法。
不对称合成意义
获得单一手性化合物，避免消旋体的产生，提高 药物疗效和降低副作用。
不对称合成策略
手性源合成法、手性辅剂诱导合成法、动力学拆 分和热力学拆分方法等。
手性源合成法
手性源概念
农业科学
立体化学在农业科学中也有潜在 的应用价值，例如通过研究农药 和化肥的立体结构来提高其效果 和降低对环境的负面影响。
THANKS
感谢观看
构型对化合物性质的影响
不同构型的碳原子在化合物中具有不 同的化学和物理性质，如旋光性、反 应活性等。
Fisher
Fisher投影式是一种表示有机化合物立体结构的方法，通过横线
和竖线表示碳原子的键合关系。
Fisher投影式的书写规则
02
在Fisher投影式中，横线代表伸向纸面前方的键，竖线代表伸向
具有手性的起始原料， 可提供手性中心。
手性源合成法原理
以手性源为原料，通过 保留或转化其手性中心 ，合成目标手性化合物 。
手性源合成法应用
天然产物全合成、药物 合成等。
手性辅剂诱导合成法
01
手性辅剂概念
在反应中能与底物形成非对映异构体，从而控制反应立体选择性的添加
剂。
02
手性辅剂诱导合成法原理
手性辅剂与底物形成非对映异构体，利用非对映异构体之间的性质差异
判断手性碳原子构 型
根据旋光度的正负及大小，结合其他信息判断手性碳原子 的构型。
注意事项
旋光法只能判断化合物是否具有旋光性，不能确定其绝对 构型。
X射线衍射法确定绝对构型
第八章立体化学 PPT资料共177页
由于光波与电子振动之间的相互影响，光波前进 的速度就被减慢，从而产生折射现象。
物质的折射率愈大，表明光在前进中受到的阻碍 俞大，其速度就愈小，也就是物质分子中电子振动愈 强。如果物质分子的极化度愈大，物质与光的相互作 用也就愈强，折射率也就愈大。
2019/11/4
13
平面偏振光也是电磁波，它可以看作是由两种圆偏 振光合并组成的。它们都围绕着光前进方向的轴呈螺旋 形向前传播，其中一种圆偏振光呈右螺旋形，称为右旋 圆偏光如图（a）。而另一种是左螺旋形称为左旋圆偏光 如图（b）o
d
d
a
c
c
a
b
b
两个四面体之间的虚线表示镜子所在的平面 。
2019/11/4
31
①不对称碳原子
连有四个不同基团的碳原子
F
手性碳(chiral carbon)
H
C Br
Cl
手性中心 (Chiral center)
手性分子
例： CH3C* HC*HCH3
F
手性碳标记
Cl Cl
H C* C l Br
2019/11/4
4
本章教学内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
物质的旋光性 化合物的旋光性与其结构的关系 对映异构体的构型 含手性碳原子化合物 的对映异构 手性物的制备与外消旋体的拆分 异构体的分类 立体化学在研究反应历程中的应用
习题答案
2019/11/4
5
第一节 物质的旋光性
2019/11/4
23
人的左手与其镜像（右手）不能完全重合将手性 的概念运用于描述分子结构，则是当一个化合物的分 子与其镜像不能相互重叠时，这种分子就具有手性。
物质的折射率愈大，表明光在前进中受到的阻碍 俞大，其速度就愈小，也就是物质分子中电子振动愈 强。如果物质分子的极化度愈大，物质与光的相互作 用也就愈强，折射率也就愈大。
2019/11/4
13
平面偏振光也是电磁波，它可以看作是由两种圆偏 振光合并组成的。它们都围绕着光前进方向的轴呈螺旋 形向前传播，其中一种圆偏振光呈右螺旋形，称为右旋 圆偏光如图（a）。而另一种是左螺旋形称为左旋圆偏光 如图（b）o
d
d
a
c
c
a
b
b
两个四面体之间的虚线表示镜子所在的平面 。
2019/11/4
31
①不对称碳原子
连有四个不同基团的碳原子
F
手性碳(chiral carbon)
H
C Br
Cl
手性中心 (Chiral center)
手性分子
例： CH3C* HC*HCH3
F
手性碳标记
Cl Cl
H C* C l Br
2019/11/4
4
本章教学内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
物质的旋光性 化合物的旋光性与其结构的关系 对映异构体的构型 含手性碳原子化合物 的对映异构 手性物的制备与外消旋体的拆分 异构体的分类 立体化学在研究反应历程中的应用
习题答案
2019/11/4
5
第一节 物质的旋光性
2019/11/4
23
人的左手与其镜像（右手）不能完全重合将手性 的概念运用于描述分子结构，则是当一个化合物的分 子与其镜像不能相互重叠时，这种分子就具有手性。
大学有机化学第八章立体化学(对映异构)
3. 楔型式转化为 Fischer 投影式
方法：将纸面上竖直向上的基团和伸向纸面后方的 基团写在 Fischer 投影式的竖线上，上下关系不变；
其余两个基团写在横线上，左右关系不变。
COOH C OH
H3C
COOH
H H 3C
OH
H
COOH C OH
HO
COOH C
H H 3C
H CH3
COOH
COOH COOH
COOH H HO C CH 3
H OH CH3 CH3 OH H
COOH C H3C H OH
-
(2) 二者的关系：互为镜像（实物与镜像关系，或者 说左、右手关系）。二者无论如何也不能完全重叠。
与镜像不能重叠的分子，称为手性分子
对映异构体
分子的构造相同，但构型不同；形成实物与镜象、相 似而不能重合的两种分子，称为对映异构体(对映体) 对映体：成对存在，旋光能力相同，但旋光方向相反 二者能量相同（分子中任何两原子的距离相同）
H Cl H H Cl
Cl H H Cl Cl H H Cl
360° /4
Cl H
Cl
相同
S4
判断分子是否手性的依据：
※ 凡具有对称面、对称中心的分子，都是非手性分子。 ※ 有无对称轴，对分子是否有手性无决定作用。 一般：※ 当分子中只有一个C* ，分子一定有手性。 ※ 当分子中有多个手性中心时，要借助对称因素。无对称 面，又无对称中心的分子，必是手性分子。
实验事实：
CH3 CH COOH
OH α 羟基丙酸 ( 乳酸 ) 来 源 旋光性 。 + 3.82 。 3.82 。 0
从肌肉中得到的肌肉乳酸 葡萄糖发酵得到的乳酸 酸牛奶中得到的乳酸
有机化学第八章立体化学PPT课件
配体设计
手性催化剂的配体设计是关键， 通过选择合适的配体，可以实现
对反应的立体选择性控制。
反应机理
手性催化剂的选择性合成通常涉 及特定的反应机理，如协同反应 或逐步反应，这些机理决定了催
化剂对立体异构体的选择性。
手性拆分技术
手性拆分技术
手性拆分技术是利用化学或物理方法将外消旋混合物分离成各自 的立体异构体的过程。
非对映异构体的性质
非对映异构体的物理性质通常不同，如沸点、熔点和折射率等。它 们的旋光性和比旋光度也可能不同，但通常比对映异构体的差异更 小。
非对映异构体的合成
非对映异构体的合成是有机化学中的重要研究内容，需要采用特定的 合成策略和技巧来制备。
顺反异构体
顺反异构体定义
顺反异构体是指由于双键的存在导致取代基在空间中不能处于同一侧的分子。这种排列方 式使得分子具有不同的物理性质和化学反应特性。
越来越多的手性药物被发现和开发。
手性药物的发展阶段
02
手性药物的研发经历了三个阶段，包括手性源药物、手性拆分
药物和手性合成药物。
手性药物的现状与未来
03
目前，手性药物已经成为药物研发的重要组成部分，未来随着
手性技术的不断进步，将会有更多的手性药物问世。
手性药物的药理作用
手性药物的药效
手性药物的药效与其手性构型密切相关，不同构型的手性药物可 能具有不同的药理作用。
手性药物的作用机制
手性药物的作用机制涉及多个方面，包括与靶点的选择性结合、影 响细胞信号转导等。
手性药物的疗效与副作用
手性药物在临床应用中具有疗效高、副作用小的优势，但也存在一 定的个体差异和不良反应。
手性药物的合成与制备
手性药物的合成方法
第 八 章 立体化学(1)
在光前进的方向上放一个象栅栏一样的(Nicol)棱镜或人造偏
振片，只允许与棱镜晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱棱 镜，而在其它平面上振动的光线则被挡住。这种只在一个平面上 振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。
如下图所示：
晶轴
普通光
偏振光
若让偏振光透过一些介质(液体或溶液)时，有些介质对偏振光 没有作用，即透过介质的偏振光的振动方向不变。而有些介质(如乳 酸、葡萄糖等)，能使偏振光的振动平面旋转一定的角度 (α) 。
饱和的碳原子(SP3杂化)具有四面体结构，每个碳原子的立 体结构可以用透视式或模型清楚表达出来。
如乳酸(CH3C*HOHCOOH)分子，它的立体结构透视式表 达如下：
球棍模型如下图所示：
球棍模型
从以上乳酸分子的透视式或球棍模型中我们可以看到：
①乳分子的空间排列方式有两种，这两种的构造式一样，它们 之间的差异在于立体结构的不同。
2、旋光仪
测定化合物的旋光度是用旋光仪，旋光仪主要部分是 有两个尼可尔棱晶（起偏棱晶和检偏棱晶），一个盛液管 和一个刻度盘组织装而成。
若盛液管中为旋光性物质，当偏光透过该物质时会使 偏光向左或右旋转一定的角度，如要使旋转一定的角度后 的偏光能透过检偏镜光栅，则必须将检偏镜旋转一定的角 度(旋转角度的大小可从附在检偏上的刻度盘读取)，目镜 处视野才明亮，测其旋转的角度即为该物质的旋光度α。 如下图所示：
二、旋光性和比旋光度
1、偏振光和物质的旋光性
对映体是互为镜像的立体异构体。它们理化性质的异同点：
物理性质 相同 熔点、沸点、相对密度、
折光率、溶解度、光谱图 不同 对偏振光作用（旋光性）
化学性质 与非手性试剂的作用
与手性试剂的作用
有机化学第八章 立体化学(stereochemistry)
外消旋体可分离成左旋体与右旋体。
8.4 构型的表示、构型的确定、构型的标记
构型的表示
菲舍尔投影式
H H3C CH2CH3 COOH CH3CH2 H COOH CH3 COOH H CH2CH3 CH3 CH3 H COOH CH2CH3
楔形式
CH3 C HO H CH2CH3 HO CH3 C CH2CH3 H HO CH2CH3 C H CH3
COOH H OH H OH COOH COOH HO H HO H COOH
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面
对称因数)。 具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RS）构型。
COOH H OH H OH
内消旋体无旋光性 (两个相同取代、构型相 反的手性碳原子，处于同一分子中，旋光性
光波振动方向与光束前进方向关系示意图
普通光
平面偏振光
平面偏振光： 通过Nicol棱镜，仅在 一个平面上振动的光。
Nicol prism
普通光
2. 旋光仪、旋光度、比旋光度
a
目镜 单色光源 起偏镜 盛液管 检偏镜
a
旋光性：使偏振光偏振面旋转的能力。
旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用表示。 旋光方向：右旋（+）、d- ; 左旋（-）、l如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是-300o的左旋体 比旋光度 [] = C(g/ml) l(dm)
COOH C H Cl CH3
H3 C COOH
S
COOH C Cl CH3 H
H
COOH
S
Cl
CH3
H
Cl
动画演示
第8章 立体化学
1. 对映异构 (Enantiomerism) 和手（征）性 (Chirality)
手(征)性 (Chirality)：实物与其镜象不能叠合的现象;
Chiral is derived from the Greek word cheiros, meaning “hand”.
对映（旋光）异构体（enantiomers） 观察如下模型将发现: 这两个模型化合物互为实物和镜像, 但 它们不能重合。因此他们是一对异构体, 互为对映, 称为对映 异构体。
判别手性分子的依据
对称元素
对称操作
判别手性的依据
对称面（ ） 反映（射） 有对称面无手性
S1=
对称轴(Cn）
2 n
S2= 对称中心(i)
i
（或反演中心）
旋转 倒反
不能作为区别手性 的依据
有对称中心 无手性
更迭对称轴(Sn)（或 旋转反射轴）
2 n
旋转+反射
有更迭对称轴 无手性
甲烷分子的对称性变化
1. 偏振光和分子的旋光性 只在一个平面上振动的光，称为偏振光, 而偏振光振动的平 面为偏振面
分子的旋光性
在样品池中放入 1）丙酮、乙醇等物质，偏正光完全通过 2）乳酸、丙氨酸、酒石酸等溶液，偏振面发生旋转
能使偏振面发生旋转的物质，称为“旋光活性物质”。使偏振光旋 转的角度，称为旋光度
但旋光度“”受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响
比 旋 光 度 表 示 ： 盛 液 管 为 1dm 长 ， 被 测 物 浓 度 为 1 g/ml时的旋光度。
例如：乳酸的比旋光度为：
20 D
其旋光方向
顺时针 右旋，以 “ d ” 或 “ + ” 表示。 逆时针 左旋，以“ l ” 或 “ ” 表示。
手(征)性 (Chirality)：实物与其镜象不能叠合的现象;
Chiral is derived from the Greek word cheiros, meaning “hand”.
对映（旋光）异构体（enantiomers） 观察如下模型将发现: 这两个模型化合物互为实物和镜像, 但 它们不能重合。因此他们是一对异构体, 互为对映, 称为对映 异构体。
判别手性分子的依据
对称元素
对称操作
判别手性的依据
对称面（ ） 反映（射） 有对称面无手性
S1=
对称轴(Cn）
2 n
S2= 对称中心(i)
i
（或反演中心）
旋转 倒反
不能作为区别手性 的依据
有对称中心 无手性
更迭对称轴(Sn)（或 旋转反射轴）
2 n
旋转+反射
有更迭对称轴 无手性
甲烷分子的对称性变化
1. 偏振光和分子的旋光性 只在一个平面上振动的光，称为偏振光, 而偏振光振动的平 面为偏振面
分子的旋光性
在样品池中放入 1）丙酮、乙醇等物质，偏正光完全通过 2）乳酸、丙氨酸、酒石酸等溶液，偏振面发生旋转
能使偏振面发生旋转的物质，称为“旋光活性物质”。使偏振光旋 转的角度，称为旋光度
但旋光度“”受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响
比 旋 光 度 表 示 ： 盛 液 管 为 1dm 长 ， 被 测 物 浓 度 为 1 g/ml时的旋光度。
例如：乳酸的比旋光度为：
20 D
其旋光方向
顺时针 右旋，以 “ d ” 或 “ + ” 表示。 逆时针 左旋，以“ l ” 或 “ ” 表示。
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后方的）键上，然后依次轮看a、b、c。
（2）轮转顺序为顺时针，该投影式代表的构型为R型；
轮转顺序为逆时针，该投影式代表的构型为S型。
c
顺时针 基团次序为：a>b>c>d
逆时针
(二) 菲舍尔投影式中最小的基团d在横键上 顺时针方向轮转的---该投影式代表的构型为S型 逆时针方向轮转的---该投影式代表的构型为R型。 顺时针
③ 分子的对称性与手性的关系 考察分子的对称性,要考察的对称因素有以下四种: (1) 对称轴(旋转轴) -- Cn —— 设想分子中有一条直线 , 当分子以此直线为轴 旋转360º /n后,(n=正整数),得到的分子与原来的分子 相同,这条直线就是分子的n重对称轴.
例: 2-丁烯 旋转180º n=2
(2) 比旋光度的测定与换算
用任一浓度的溶液,在任一长度的盛液管中进行 测定 , 然后将实际测得的旋光度 , 按下式换算成比 旋光度[]: []= l· C 式中: C--溶液浓度 (g/ml); l --管长(dm)
若被测得物质是纯液体,则按下式换算: []= / l · ρ 式中: ρ --液体的密度(g/cm3).
比照方法：利用反应过程中与手性碳原子直接相连的键不发生
断裂，以保证手性碳原子的构型不发生变化，最后和规定构型 的甘油醛进行结构比照。例如：通过系列化学反应证明，左旋 乳酸和右旋甘油醛的构型一致 D-。
右旋甘油醛指定构型DNa-Hg
左旋乳酸D测定此乳酸旋光方向为左旋
☺两种甘油醛的绝对构型---和规定的一致 —右旋酒石酸铷钠的绝对构型： （1）标准比较法得出此构型，测得结果为右旋。 （ 2 ） X 光衍射直接确定 右旋酒石酸铷钠与此推出的构 型一致。 （3）所以人为指定的甘油醛的构型也是其绝对构型。 以此为标准确定的其它相对构型也是绝对构型。
8.2 旋光性和比旋光度
8.2.1 旋光性
◆对映体的一般物理性质 ( 熔点 , 沸点 ,相对密度 ..., 以及
光谱)都相同，只有对偏振光的作用不同。
偏正光的形成
偏正光的旋转
◆旋光的相关概念及旋光性的表示方法: ① 旋光性:能旋转偏正光的振动方向的性质. ② 旋光性物质(或光活性物质):具有旋光性的物质. ③ 右旋物质--能使偏正光的振动方向向右旋的物质. 通常用 “d” 或 “+” 表示右旋. 左旋物质--能使偏正光的振动方向向左旋的物质. 通常用 “ l ” 或 “-” 表示左旋. ④ 旋光度-- 偏正光振动方向的旋转角度.用“”表示. 在有机化学中,凡是手性分子都具有旋光性;而非手性
☺将手性碳原子表示在纸面上，用实线表示在纸面上的
键，虚线表示伸向纸后方的键，用锲形实线表示伸向
纸前方的键。
Fischer投影式
锲形式
锲形式
Fischer投影式
8.4.2 构型的确定
菲舍尔投影式、锲形式看不出左、右旋；旋光仪 可测定旋光方向，但不能判断构型。
甘油醛
☺标准比较法:
人为指定 (Ⅰ)为右旋甘油醛(+)的构型； (Ⅱ)为左旋甘油醛(-)的构型。 以甘油醛这种的构型为标准，比照其他化合物的 的结构来确定相对构型。
(3) 比旋光度的表示方法 ☺通常将测定时的温度和偏正光的波长标出: []tλ
☺溶剂对比旋光度也有影响,所以也要注明溶剂.
例: 在20℃时,以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液 的比旋光度为右旋52.5°,记为: []20 D =+52.5°(水） “D” 代表钠光波长 . 因钠光波长 589nm 相当于 太阳光谱中的D线.
conformation
本章主要讨论立体化学中的对映异构.
（2）立体化学的基本概念
☺立体化学:研究有机分子的三维空间结构(立体结构）
及其对化合物物理性质和化学反应的影响。 ☺立体异构体——分子的构造相同,只是立体结构不同的 化合物是立体异构体;包括构型和构象异构。 ☺构型:分子中原子或原子团在空间的排列方式，构型 的改变需要断裂化学键。 ☺构象:相同构造的分子由于σ键的旋转导致原子或原 子团在空间排布方式不同。构象的改变不需要断裂 化学键。 ☺构造指的是分子中原子相互联结的方式和次序，构造 的变更需要断裂化学键。
轮转方向为逆时针, 该C*的构型标记为“ S”(左).
例如： 锲形式的R-S标记法
顺时针 R 基团次序为：a>b>c>d
反时针 S
R: Rectus(右)
S: Sinister(左)
(3)菲舍尔投影式的R-S标记法：
(一) 菲舍尔投影式中最小的基团d在竖键上 （1）将次序排在最后的基团d放在一个竖立的（即指向
该分子为有4重交替对称轴的分子，记为S4.
以下分子中存在哪些对称因素?
Cl Cl Cl Cl 绕轴旋转90º Cl Cl Cl Cl
重合
Cl
镜面
C2; 2σ;无i;S4
Cl
Cl Cl
◆对称因素与手性的关系总结： 手性分子 - 既无对称面，又无对称中心 , 也无 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。 对称轴的存在与否对分子是否具有手性没有决定作用. 对有机分子而言，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重对称轴。没有对称面 或对称中心，只有4重交替对称轴的非手性分子是个别 的。 ◆ 手性分子的一般判断 : 只要一个分子既没有对称 面，又没有对称中心，就可以初步判断它是手性分子.
例：乳酸 CH3CHOHCOOH
O
* CH 3 CH
*
C
OH
OH Lactic acid
右旋乳酸 []15D=+2.6° 熔点=53 ℃ 左旋乳酸[]15 D = -2.6° 熔点= 53 ℃ ②外消旋体—由等量的对映体相混合而成的混合物. 外消旋体不仅没有旋光性，且其他物理性质也往往与 单纯的旋光体不同.例如：外消旋体乳酸熔点为18℃.
8.1 镜象、手性、对称因素与对映体
①镜象:物体通过镜面反映出来的形象. 特征是以镜面为对称轴,实物与镜象互相对称, 但不能重合. 例2:左右手的镜象 例1:自然中的镜象
②手性(Chirality)与手性分子的概念
左手和右手不能叠合
左右手互为镜象
☺ 一个物体若与自身镜象不能叠合,叫具有手性.
☺立体化学中,不能与镜象叠合的分子叫手性分子,
8.0 有机化合物结构的概念与分类 （1）有机化合物的同分异构现象及分类 碳链异构(如:丁烷/异丁烷) 构造异构
constitution
官能团异构(如:乙醚/丁醇)
位置异构(如:1-丁烯/2-丁烯)
同分异构
isomerism
互变异构(如：乙烯醇/乙醛)
构型异构
顺反；Z、E异构(烯烃)
立体异构 configuration 对映异构 Stereo构象异构(如:乙烷的交叉式与重叠式)
8.4 构型的表示法，构型的确定和构型的标记
8.4.1 构型的表示法
（1）菲舍尔（Fischer）投影式
乳酸的分子模型和投影式
牢 两个竖立的键—表示向纸面背后伸去的键; 记 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
（2）锲形式——比较直观
第八章 立体化学
本章主要内容
1. 有机化合物结构异构的分类. 2. 对映(旋光)异构与手性分子: 手性;旋光性;对映体; 内外消旋体;不对称合成的基本概念. 3. 构型的两种表示方法(楔形式和Fischer投影式); 构型的R-S标记法. 4. 含有一个或多个手性碳原子化合物的立体异构. 5. 环状化合物无或含其它手性碳原子的化合物的立 体异构. 6. 外消旋体的拆分与不对称合成的基础知识.
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.
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。
(1) 比旋光度—在溶液浓度规定为 1g/mL,盛液管的长度 规定为 1dm 的条件下测得的旋光度叫比旋光度 . 一般用 []表示。 比旋光度 [] 只决定于物质的结构 , 各种化合物的 比旋光度是它们各自特有的物理常数。
8.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构 ① 手性碳原子 — 有机化合物中手性分子大都含有 与 四个互不相同 的基团相连的碳原子 。这种碳原子没有 任何对称因素 , 叫不对称碳原子或手性碳原子 . 在结构 式中通常用*标出手性碳原子。
W C＊ X Z Y
镜面
W Y
＊ C
X Z
☺含有一个手性碳原子的分子一定是手性分子 . ☺ 一个手性碳原子可以有两种构型。 ☺具有手性的物质与分子中有无手性碳原子无关.
④对映异构与对映异构体 凡是手性分子 , 必有互为镜象的构型 . 分子的手 性是存在对映体的必要和充分条件.
互为镜象的两种构型的异构体叫做 对映异构体 , 简称对映体. 一对对映体的构造相同 ,只是立体结构不同 ,这种 立体异构就叫对映异构.
对映体之 间性质差 异?
例如:乳酸是手性分子，故有对映体存在.
R d在竖键上 逆时针 S d在横键上 顺时针
逆时针
基团次序为：a>b>c>d
例如：乳酸CH3CHCOOH手性碳原子的四个基团排队： OH ☺ 基团次序: OH > COOH > CH3 > H. 因此乳酸的两种构型可识别和标记如下：
S 楔形式
投影式
(右旋): S-(+)-乳酸
R
H在竖键
(左旋): R-(-)-乳酸
例：左旋乳酸：D-(-)-乳酸;