第七章 立体化学
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2024版《有机化学》课件立体化学
药物活性
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
第七章 卤代烃 亲核取代反应
CH3CH2CH2CH3
n-C8H17Br + LiAlH4
O
C8H18
第四节 亲核取代反应和消除反应机理
一 亲核取代反应机理 （一）双分子亲核取代反应(SN2)机理
以 CH3Br NaOH-H2O CH3OH + Br- 为例： 反应速率方程： v=k[CH3Br][OH-]
反应机理：
HH HHOO ++ HH CC BBrr
（三）单分子亲核取代反应（SN1）
CH3 CH3 C Br + OH-
CH3
CH3 CH3 C OH + Br-
CH3
V = K （CH3）3 C - Br
第一步：
(H3C)3C Br
第二步：
(CH3)3C+ + OH-
δ+ δ -
(H3C)3C Br
δ+ δ(H3C)3C OH
(CH3)3C+ + Br- 慢
绝对乙醚——无水、无乙醇的乙醚。
RMgX + O2
RMgX+ CO2
ROMgX H2O ROH
RCOOMgX H2O RCOOH H
HHOOHH RR′-′-OOHH
OOHH RR--HH ++ MMgg
XX OORR RR--HH ++ MMgg XX
RRMMggXX ++
RR′C′COOOOHH RR--HH ++ MMgg OOCCOORR′′ XX
第七章 卤代烷 亲核取代反应
第一节 结构、分类和命名
一、结构
X
C
X=F,Cl,Br,I
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
对映异构体和手性的概念分子的手性和对称因素的关系手性碳原子
的拆分。
1．诱导结晶拆分
• 在外消旋体热饱和溶液中，加入一定量的左旋体或右旋体作
为晶种，当溶液冷却时，与晶种相同的异构体便优先析出。 滤出结晶后，另一种旋光异构体在滤液中相对较多，在加热 条件下再加入一定量的外消旋体至饱和，当溶液冷却时，另 一种异构体优先析出。如此反复操作，就可以把一对对映体
完全分开。
第九节 制备单一手性化合物的方法
一、由天然产物提取
• 手性化合物可以从天然植物、动物、微生物等中分离提取，
该方法原料来源丰富，价廉易得，生产过程相对简单，产品 光学纯度较高。
二、外消旋体的拆分
• 一个非手性化合物在非手性环境中引入第一个手性中心时，
通常都得到外消旋体，然后用物理或化学方法将外消旋体的 一对对映体拆分成两种纯净的旋光体，这一过程为外消旋体
第七章 立体化学基础
要点导航
1． 掌握同分异构体的分类、 分子模型的三种表示方法以及它 们之间的相互转换、对映异构体和手性的概念、分子的手性和 对称因素的关系、手性碳原子的概念及对映体的构型标记、外 （内）消旋体和非对映异构体的概念、苏型和赤型的概念、脂 环化合物的立体异构。
要点导航
2．熟悉对映体和非对映体的理化性质、不含手性碳原子化 合物的对映异构。 3．了解平面偏振光和比旋光度有关概念、对映体过量百分 率和光学纯度的概念、旋光异构与生理活性的关系、制备 单一手性化合物的方法、有机反应历程中的立体化学。
4．色谱分离
• 如果被分离的物质与固定相的吸附作用有差别，或与
流动相的溶剂化作用有差别，则几种物质可以利用色 谱的方法进行分离。色谱分离对映异构体可分为直接
分离法和间接分离法。
三、不对称合成
• 不对称合成泛指一类反应由于手性反应物、试剂、催化剂以
1．诱导结晶拆分
• 在外消旋体热饱和溶液中，加入一定量的左旋体或右旋体作
为晶种，当溶液冷却时，与晶种相同的异构体便优先析出。 滤出结晶后，另一种旋光异构体在滤液中相对较多，在加热 条件下再加入一定量的外消旋体至饱和，当溶液冷却时，另 一种异构体优先析出。如此反复操作，就可以把一对对映体
完全分开。
第九节 制备单一手性化合物的方法
一、由天然产物提取
• 手性化合物可以从天然植物、动物、微生物等中分离提取，
该方法原料来源丰富，价廉易得，生产过程相对简单，产品 光学纯度较高。
二、外消旋体的拆分
• 一个非手性化合物在非手性环境中引入第一个手性中心时，
通常都得到外消旋体，然后用物理或化学方法将外消旋体的 一对对映体拆分成两种纯净的旋光体，这一过程为外消旋体
第七章 立体化学基础
要点导航
1． 掌握同分异构体的分类、 分子模型的三种表示方法以及它 们之间的相互转换、对映异构体和手性的概念、分子的手性和 对称因素的关系、手性碳原子的概念及对映体的构型标记、外 （内）消旋体和非对映异构体的概念、苏型和赤型的概念、脂 环化合物的立体异构。
要点导航
2．熟悉对映体和非对映体的理化性质、不含手性碳原子化 合物的对映异构。 3．了解平面偏振光和比旋光度有关概念、对映体过量百分 率和光学纯度的概念、旋光异构与生理活性的关系、制备 单一手性化合物的方法、有机反应历程中的立体化学。
4．色谱分离
• 如果被分离的物质与固定相的吸附作用有差别，或与
流动相的溶剂化作用有差别，则几种物质可以利用色 谱的方法进行分离。色谱分离对映异构体可分为直接
分离法和间接分离法。
三、不对称合成
• 不对称合成泛指一类反应由于手性反应物、试剂、催化剂以
有机化学第七章 立体化学
构型改变
COOH
HO H 意两个对调，构型改变：
H
HOOC OH
CH3
(S)
H COOH 构型改变
COOH
H OH CH3
(R)
CH3 COOH 构型改变
CH3 H OH
COOH
(S)
（三）构型和命名法
（1）D/L构型标记法 （2）R/S构型标记法
CH3
C
CH3CH2
Br
H
CH3
C
Br
CH2CH3
H
实物
镜子
镜象
一般情况下，除旋光方向外，一对对映体的理化性质 基本相同。
在手性环境中，一对对映体表现出不同的性质。
手性环境——偏振光、手性溶剂、手性试剂等。
（2）构型表示方法
透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物 两种方法
Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复杂化合物
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）
“D”代表钠光波长。钠光波长589 nm相当于太阳 光谱中的D线。
比旋光度是旋光性物质的一个物理常数。
（3）手性的概念
手——左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。 手性——像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。
COOH
COOH
H OH
HO H
CH3 R－乳酸
CH3 S－乳酸
OH＞COOH＞CH 3
CHO
CHO
HO H
H OH
CH2OH S－甘油醛
CH2OH R－甘油醛
OH＞CHO＞CH 2OH
COOH
HO H 意两个对调，构型改变：
H
HOOC OH
CH3
(S)
H COOH 构型改变
COOH
H OH CH3
(R)
CH3 COOH 构型改变
CH3 H OH
COOH
(S)
（三）构型和命名法
（1）D/L构型标记法 （2）R/S构型标记法
CH3
C
CH3CH2
Br
H
CH3
C
Br
CH2CH3
H
实物
镜子
镜象
一般情况下，除旋光方向外，一对对映体的理化性质 基本相同。
在手性环境中，一对对映体表现出不同的性质。
手性环境——偏振光、手性溶剂、手性试剂等。
（2）构型表示方法
透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物 两种方法
Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复杂化合物
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）
“D”代表钠光波长。钠光波长589 nm相当于太阳 光谱中的D线。
比旋光度是旋光性物质的一个物理常数。
（3）手性的概念
手——左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。 手性——像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。
COOH
COOH
H OH
HO H
CH3 R－乳酸
CH3 S－乳酸
OH＞COOH＞CH 3
CHO
CHO
HO H
H OH
CH2OH S－甘油醛
CH2OH R－甘油醛
OH＞CHO＞CH 2OH
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
《立体化学教学》课件
手性来源
手性主要来源于碳原子的四个单键，使得碳 原子在形成有机分子时，可能形成两种不同 的空间排列方式，从而产生手性。
手性判断
判断一个分子是否具有手性，可以通过查看 其是否具有手性碳原子，即连接四个不同基 团的碳原子。
对映体
01
02
03
对映体定义
对映体是指通过镜面对称 的方式无法重合的两个立 体异构体。
02
它涉及到有机化学、无机化学、 物理化学等多个学科领域，是化 学学科的一个重要分支。
立体化学的重要性
立体化学对于理解分子性质、化学反 应机制以及药物设计等方面具有重要 意义。
通过了解分子的三维结构，可以更好 地理解其物理性质和化学性质，预测 其反应行为，为新材料的开发和药物 的设计提供理论支持。
动态立体化学的应用
动态立体化学在药物设计和合成、催 化剂设计等领域有广泛应用，了解分 子构型的变化有助于优化化学反应过 程和开发新的化学技术。
04
立体化学的教学策略与技巧
利用模型进行立体展示
总结词
通过实物模型展示分子结构，帮助学生理解立体化学的概念。
详细描述
利用分子模型展示分子的三维结构，让学生直观地观察分子中原子在空间中的排列方式。通过对比不同结构的分 子模型，解释立体化学中的概念，如顺反异构、手性等。
旋光性测定的教学案例
总结词
演示旋光性测定的实验操作和数据分析
详细描述
介绍旋光性测定的基本原理和实验操作，包 括旋光仪的构造和工作原理、样品的制备和 测量步骤等。通过具体的旋光性测定实验， 演示实验操作过程和数据分析方法，包括旋 光度的测量、图谱解析和误差分析等。同时 ，强调旋光性测定在化学、生物和医学等领 域的重要应用。
对映异构体及外消旋体
超过另一个对映体的数量。
测得样品的比旋光度 o.p. 纯对映体的比旋光度 100%
19
19
五、旋光异构与生理活性
• 氯胺酮是非巴比妥类中枢抑制剂，发挥麻醉或镇痛作用的是
其右旋体，而兴奋中枢产生精神症状的是其左旋体。
• 抗结核药物乙胺丁醇，D-型比L-型的活性强200倍以上，毒
性也比L-型小得多。
构型标记法。
13 顺序规则进行排序：a＞b＞c＞d
13
14
14
• 对映体D/L-构型或R/S-构型与旋光方向（左旋或右旋）之
间没有必然联系，旋15光方向需由实验确定。
15
三、对映异构体及外消旋体
• 使用微生物使葡萄糖或乳糖发酵产生乳酸时，不同的菌种，
可得两种不同的乳酸。
• 用化学合成法得到的乳酸，没有旋光性，这种乳酸是含等量
1．D/L-构型标记法
• 十九世纪末，费歇尔建议以甘油醛为标准来确定对映体的
构型。
11
11
• 局限性：无法与甘油醛结构相联系的化合物不能用此方法
标记构型；分子中有多个手性碳原子时，不能全面地反映 各手性碳的构型。由于习惯，目前在糖和氨基酸类物质中
仍较普12遍采用。
12
2．R/S-构型标记法
• 考虑D/L-构型标记法的局限性，1970年IUPAC建议采用R/S-
第五节 含一个手性碳原子化合物的构型
8
8
一、手性碳原子
• 连有四个互不相同取代基的碳原子称为手性碳原子，又称为
不对称碳原子，用“*” 标识。
9
9
• 手性碳原子是手性原子的一种，此外还有手性氮原子、手性
磷原子、手性硫原子等。
10
10
测得样品的比旋光度 o.p. 纯对映体的比旋光度 100%
19
19
五、旋光异构与生理活性
• 氯胺酮是非巴比妥类中枢抑制剂，发挥麻醉或镇痛作用的是
其右旋体，而兴奋中枢产生精神症状的是其左旋体。
• 抗结核药物乙胺丁醇，D-型比L-型的活性强200倍以上，毒
性也比L-型小得多。
构型标记法。
13 顺序规则进行排序：a＞b＞c＞d
13
14
14
• 对映体D/L-构型或R/S-构型与旋光方向（左旋或右旋）之
间没有必然联系，旋15光方向需由实验确定。
15
三、对映异构体及外消旋体
• 使用微生物使葡萄糖或乳糖发酵产生乳酸时，不同的菌种，
可得两种不同的乳酸。
• 用化学合成法得到的乳酸，没有旋光性，这种乳酸是含等量
1．D/L-构型标记法
• 十九世纪末，费歇尔建议以甘油醛为标准来确定对映体的
构型。
11
11
• 局限性：无法与甘油醛结构相联系的化合物不能用此方法
标记构型；分子中有多个手性碳原子时，不能全面地反映 各手性碳的构型。由于习惯，目前在糖和氨基酸类物质中
仍较普12遍采用。
12
2．R/S-构型标记法
• 考虑D/L-构型标记法的局限性，1970年IUPAC建议采用R/S-
第五节 含一个手性碳原子化合物的构型
8
8
一、手性碳原子
• 连有四个互不相同取代基的碳原子称为手性碳原子，又称为
不对称碳原子，用“*” 标识。
9
9
• 手性碳原子是手性原子的一种，此外还有手性氮原子、手性
磷原子、手性硫原子等。
10
10
7 立体化学
COOH HO HO C H CH3
COOH
H CH3
例如：(+)- 酒石酸
COOH H HO C C OH H
H HO COOH OH H COOH
透视式
COOH
Fischer投影式
例如：
COOH H C OH Fischer 投影式 HO COOH H CH3
CH3
CHO H C CH3 Fischer 投影式 H CHO NH2 CH3
特
*1 结构：镜影与实物关系
*2 内能：内能相同。
点
*3 物理性质和化学性质在非手性环境中相同，在手性环境 中有区别。 *4 旋光能力相同，旋光方向相反。
（3）外消旋体 一对对映体等量混合，得到外消旋体。
外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光 必然为零。
（4） Fischer投影式
HOOC
COOH H C CH3 OH
H H
OH OH COOH
COOH H (S) HO HO H (R) COOH
(I)
COOH
(R) H (R) HO
COOH HO H
(S) H OH (S)
OH H COOH
COOH
H OH
COOH
HOOC COOH
锯架式
Newman投影式
（5）相对构型和绝对构型 D/L命名法（相对构型）:
CHO HO H CH 2OH
H CHO OH CH 2OH
L-(-)-甘油醛
CHO H OH CH 2OH
D-(+)-甘油醛
COOH OH CH2OH
O
H
H
COOH H OH CH 3
D-(+)-甘油醛
第七章 立体化学
标出手性碳(Chiral Carbon)
O CH
3
* CH
OH
C
OH
L a c 乳酸 id tic a c
O CH
3
H
CH
3
*
H
HO
C
CH
H N CH CH CH
2
*
2
3
CH
3
毒芹碱(Coniine)
CH
3
O-Acetyl-b-boswellic Acid
H 3C
* *
CH
3
邻乙酰基--乳香酸
CH CH
*
3
*
*
3
H
*
CH
3
*
O
*
*
*
H 3C C O H 3C
*
COOH
有多少个手性碳原子?
应该有11个
对映体
(Enantiomers)
镜面
一对对映体（互为镜像关系）
对映体
C H 2C H 3 C Cl H I
镜面
C H 2C H 3 C Cl H II
H 3C
CH3
二、分子的手性和对称因素
C H 2C H 3 C Cl H I
镜面
C H 2C H 3 C Cl H II
H 3C
CH3
左旋体、右旋体及外消旋体
一对对映体中：使平面偏振光向左旋的称为左旋体， 用“（–）”或“ l‖表示。 使平面偏振光向右旋的称 为右旋体，用“（+）”或“d‖表示。 外消旋体：左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向 相反。等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。 外消旋体用 (±) 或 (RS) 或 (dl) 或 DL表示。
第七章-立体化学PPT课件
二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系，或者说左、右 手关系）。二者无论如何也不能完全重叠。
手性(Chirality)：实物与其镜影不能重叠的现象。
实物与镜象不能重叠的分子，称- 为手性分子。
6
物质分子能否与其镜ห้องสมุดไป่ตู้完全重叠（是否有手性），可从 分子中有无对称因素来判断。
-
7
二、对称因素
1. 对称轴Cn
14
振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。
2.旋光性 物质能使偏振光发生偏转的性质称为旋光性，也称光学活性。
结论：物质有两类：
（1）旋光性物质——具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。
（2）非旋光性物质——不具有旋光性的物质，叫做非旋光
性物质。
-
15
3.右旋和左旋 —— 使偏振光振动平面向右旋转称右旋，“ + ”或“d” —— 使偏振光振动平面向左旋转称左旋，“ - ”或“l”
H
CH3 H
CH3
CH3 H
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
旋 光 异 构 因 分 子 中手 性 因 素 而 产 生 的立 体 异 构 。
Br
CH3
CH3
CH3 C C2H5 Cl
C Br Cl - H5C2
Cl
C Br C2H5
4
旋光异构（对映异构）是指分子式、构造式相同，构 型不同，互呈镜像对映关系的立体异构现象。
为什么要研究旋光异构呢？因： 1．天然有机化合物大多有旋光现象。 2．物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维生素C可治 抗坏血病，而右旋的不行）。 3．用于研究有机反应机理。
-
5
《立体化学》课件
2023 WORK SUMMARY
《立体化学》课件
REPORTING
目录
• 立体化学简介 • 立体化学基本概念 • 立体化学中的反应 • 立体选择性反应 • 立体化学的应用 • 立体化学的未来发展与挑战
PART 01
立体化学简介
定义与特点
定义
立体化学是研究分子在三维空间中结 构的科学，主要关注分子的几何构型 、构象和旋转轴对称性等。
方式的分子。
顺反异构体的性质
顺反异构体在化学性质上存在差异 ，但在物理性质方面相似。
顺反异构体的合成
顺反异构体的合成是立体化学研究 的重要内容之一，通常采用烯烃的 加成反应进行合成。
PART 03
立体化学中的反应
亲核反应
总结词
亲核反应是试剂向反应物的负电性中心进攻 的反应，通常是由具有孤对电子的中性分子 或负离子进攻正电性较弱的碳原子。
对映异构体
对映异构体的定义
对映异构体是指具有相同 化学组成但旋光方向不同 的分子。
对映异构体的性质
对映异构体在物理性质上 几乎相同，但在旋光性和 生物活性方面存在差异。
对映异构体的分离
对映异构体的分离是立体 化学研究的重要内容之一 ，通常采用化学或物理方 法进行分离。
非对映异构体
非对映异构体的定义
生物学中的立体化学对 于理解生物大分子的结 构和功能至关重要。例 如，蛋白质的结构和折 叠方式决定了其生物活 性，而核酸的结构则与 其遗传信息的传递和表 达密切相关。
生物学中的立体化学有 助于深入了解生物大分 子的相互作用和调控机 制。
通过研究生物大分子的 立体结构和相互作用， 可以揭示其复杂的调控 机制，为疾病诊断和治 疗提供新的思路和方法 。
《立体化学》课件
REPORTING
目录
• 立体化学简介 • 立体化学基本概念 • 立体化学中的反应 • 立体选择性反应 • 立体化学的应用 • 立体化学的未来发展与挑战
PART 01
立体化学简介
定义与特点
定义
立体化学是研究分子在三维空间中结 构的科学，主要关注分子的几何构型 、构象和旋转轴对称性等。
方式的分子。
顺反异构体的性质
顺反异构体在化学性质上存在差异 ，但在物理性质方面相似。
顺反异构体的合成
顺反异构体的合成是立体化学研究 的重要内容之一，通常采用烯烃的 加成反应进行合成。
PART 03
立体化学中的反应
亲核反应
总结词
亲核反应是试剂向反应物的负电性中心进攻 的反应，通常是由具有孤对电子的中性分子 或负离子进攻正电性较弱的碳原子。
对映异构体
对映异构体的定义
对映异构体是指具有相同 化学组成但旋光方向不同 的分子。
对映异构体的性质
对映异构体在物理性质上 几乎相同，但在旋光性和 生物活性方面存在差异。
对映异构体的分离
对映异构体的分离是立体 化学研究的重要内容之一 ，通常采用化学或物理方 法进行分离。
非对映异构体
非对映异构体的定义
生物学中的立体化学对 于理解生物大分子的结 构和功能至关重要。例 如，蛋白质的结构和折 叠方式决定了其生物活 性，而核酸的结构则与 其遗传信息的传递和表 达密切相关。
生物学中的立体化学有 助于深入了解生物大分 子的相互作用和调控机 制。
通过研究生物大分子的 立体结构和相互作用， 可以揭示其复杂的调控 机制，为疾病诊断和治 疗提供新的思路和方法 。
第七章立体化学
第七章立体化学立体化学是指三维空间中的化学。
有机立体化学是由范特霍夫和勒贝尔建立的，他们提出碳的四个键指向四面体的四个顶点。
一个由四面体构成的有相同的连接次序的两个化合物构造相同，但是他们的原子空间排列不同被称为立体异构体。
对于某些类型的立体异构体我们已经学习过，如烯烃和环烷烃中的顺式和反式取代。
7.1平面偏振光和光学活性这个主要体现在物理性质中的光学活性上的实验使van’t Hoff 和Le Bel提出了具有相同组成的分子，在原子空间排布上可能是不同的的假设。
光学活性是一个手性物质能使平面偏振光旋转的性能，可用旋光仪测量出来。
可用来测量光学活性的光要有两种性质：单一波长和平面偏振。
通常应用的是波长为589 nm的光（称为D线，由钠光灯产生）。
一束非偏振光，使其通过偏振滤光片转换成平面偏振光，这能除去除电场向量在同一平面以外的所有光波。
平面偏振光通过装有待测物质的样品管，样品可以是液体也可以是配成的溶液。
如果能使偏振光的振动平面旋转，则这个物质具有光学活性。
旋转的方向和角度可通过第二个偏振滤波器测量出来，用α表示（如图7-1）。
Fig 7.1 旋光仪一光学纯物质的旋光度α大小与照射到的分子数有关，当样品管长度增加一倍，则旋光度也增加一倍，同样浓度增加一倍，旋光度也增加一倍。
为了能比较物质的旋光性能，化学家规定单位长度和单位浓度下的旋光度为比旋光度[α]，按照下式计算：clT ααλ100][=c 代表样品在每100mL 溶液中的质量浓度 l 代表旋光管的长度（分米） λ代表波长（钠光灯的波长） T 代表溶液的温度比旋光度如密度、熔点、沸点和溶解度一样是一个物质的物理性质。
例如从牛奶中获得的乳酸是单一的对映体，酒石酸钾在水溶液中oD 86.8][20+＝α。
正号代表右旋，负号代表左旋。
例：从天然源分离得到的单一对映体的胆固醇，0.3g 溶解在15ml 的氯仿中旋光仪管长10cm ，测得的旋光度为-0.78o 。
有机化学第七章立体化学(陈青)
饱和碳原子具有四面体结构。 (sp3杂化) 例: 乳酸(2-羟基丙酸CH3-CHOH-COOH)的立体结构：
乳酸的分子模型图
两个乳酸模型不能叠合
• 乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样，它们
不能相互叠合，但却互为镜像。
7.2 偏振光和比旋光度
一、偏振光
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。
* 例：乳酸CH3CHOHCOOH
O CH 3 CH OH Lactic acid C OH
乳酸
• 右旋乳酸• 左旋乳酸-
15 D
15 D
2.6 熔点=53 ℃，发酵产生。
2.6 熔点= 53 ℃，肌肉运动产生。
外消旋体—由等量的对映体相混合而成的混合物。酸奶中。 •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 ℃。常用“±”或“dl” 表示。
(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
式中：
--液体的密度(g/cm3)。
偏振光的形成
偏振光的旋转
旋光性的表示方法:
旋光性--能旋转偏振光的振动方向的性质叫旋光性。 旋光性物质(或叫光活性物质)--具有旋光性的物质。
• 右旋物质--能使偏振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--能使偏振光的振动方向向左旋的物质。通常 用 “ ” 或 “-” 表示左旋。 l • 旋光度-- 偏振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(有些手性分 子旋光度很小)；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，但旋光能力是相同的。
有机 对映体
图 光的偏振
若使偏振光透过一些物质(液体或溶液) 有些物质如水、 若使偏振光透过一些物质(液体或溶液)，有些物质如水、 酒精等对偏光不发生影响，偏光仍维持原来的振动平面( a); 酒精等对偏光不发生影响，偏光仍维持原来的振动平面(图a); 但有些物质如乳酸、葡萄糖等， 但有些物质如乳酸、葡萄糖等，能使偏光的振动平面旋 α b). 转一定的角度 a(图b).
CH3 C H COOH B CH3 C HO COOH A H H OH H
CH3 C OH COOH B CH3 C COOH OH A
有对映异构体的分子称为手性分子； 反之， 有对映异构体的分子称为 手性分子；反之 ， 手性分子 能与镜像重合的分子则称为非手性分子 如乙醇。 非手性分子, 能与镜像重合的分子则称为 非手性分子 , 如乙醇 。 OH C H H CH3 H CH3 OH C H
4. CH3-CH-CH2CH3 CH2CH3 H 6. CH3
二、旋光性和比旋光度
能 旋 转 偏 振 光 振 动 方 向 的 性 质 叫 旋 光 性 (optical activity ) ， 对映体对偏振光的振动方向有一定的旋转能 旋光异构体或 故又叫旋光异构体 光学异构体。 力,故又叫旋光异构体或光学异构体。 1.平面偏振光(plane1.平面偏振光(plane-polarized light )和旋光性 光电磁波，它的振动方向与其前进方向垂直( 光电磁波 ， 它的振动方向与其前进方向垂直 ( 图 a). 普通 光的光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平面上振动( 光的光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平面上振动(图 b).
分子结构中的对称元素与手性分子的关系 1. 对称轴 360° 如果从通过分子中任何一条直线旋转 360°/n, 能得到一个与分子完全重合的图形， 能得到一个与分子完全重合的图形，则称该直线为 重旋转对称轴。记为Cn Cn。 该分子的 n 重旋转对称轴。记为Cn。
有机化学第七章立体化学答案
了扭曲，分子失去了对称面而具有旋光性。
（6）
O CO
O
OO
O
HOOC
C
COOH
OC
HOOC
O
有旋光性。分子无对称面，也无对称中心
COOH
有机化学
厚德博学
止于至善
有机化学
（7）
Cl H O
厚德博学
O H
止于至善
Cl
O
Cl
H Cl
无旋光性，有对称中心
（8）
Cl Cl
Cl
H O
Cl
Cl Cl
Cl
Cl
Cl
H
（4）
Cl C2H5
CH3
CH3
H
Cl
Br
H
(2S,3S)-2-氯-3-溴戊烷 C2H5
H
Cl
H
Br （2S,3S,4R）-2-氯-3，4-二溴已烷
H
Br
C2H5
有机化学
厚德博学
止于至善
（5）
CH(CH3)2 R
Cl
SS CH3
(1S,2S,4R)-1-氯-2-甲基4-异丙基环己烷
5.写出下列化合物的构型式（立体表示或投影式）：
(7)构造异构和立体异构。
构造异构：分子式相同，但是分子内原子排列的顺序或方式不 同而产生的异构形式叫构造异构。
有机化学
厚德博学
止于至善
构造异构包括:碳链异构、官能团异构、位置异构和互 变异构四种。
立体异构：构造式相同，分子中的原子或基团在空间的 排列方式不同所产生的异构现象叫立体异构.
立体异构包括：顺、反异构、 对映异构和构象异构。
厚德博学
止于至善
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COOH H C* OH H C* OH COOH 酒石酸
乳酸
苹果酸
课堂练习：找出下列化合物中的手性碳原子
NHCOCHCl2 HOCH2CH CHOH
* *
Ph Ph C
COCH2 CH3 CH2CHN(CH3)2 CH3
*
NO2
氯霉素
美散痛(Methadone)
3、手性分子判断
(1) 对称面: 一个平面能把分子分割成两部分,
Cl
CH3 (b)
H
d
CH3
COOH HOOC OH (S)
OH CH3
上
(S) 或 b
Br
a
(b) 不 同 （ ） 与c
(S)
d (R) 顺时针为R，反时针为S
CH3
Cl
H
R型
CH3
OH COOH H
R型
与手性碳相连的四个基团次序: a＞b＞c＞d 当最小基团处在左方或右方(即处于横线的位置)时: 当a,b,c为顺时针时, 为S构型; 当a,b,c为逆时针时, 为R 构型。
OH CH3 H C COOH
OH HOOC C CH3 H
OH
OH
C
CH3 H COOH HOOC
C
CH3 H
2、手性
手性: 物质分子与自己的镜像不能重合的性质。 手性碳原子: 连有四个不同的基团的sp3杂化碳原子, 或称为不对称碳原子。
OH CH3 C COOH H
*
COOH H C H H C* OH COOH
一部分正好是另一部分的镜像。
有对称面的分子能和它的镜像重合, 没有手性。
(2) 对称中心: 从分子中任何一个原子向中心引
一条直线, 再延长到对面等距的地方, 总有一个 相同的原子。
Cl H F H H Cl F H
有对称中心的分子能和它的镜像重合, 没有手性。
手性分子: 在结构上既无对称面, 也无对称中心。
什么叫旋光性？ 旋光性: 能使偏振光振动平面旋转的性质; 具有旋光性 的物质称为旋光物质或光学活性物质。
Nicol棱镜 (偏振片)
偏振光
与棱镜晶 轴平行的 振动平面
晶轴
旋光度—— a b c d 普通光
不旋光物质 旋光性物质
光活性物质 有无数个振动平面, 振动平面与光的前 进方向相垂直
起偏镜 起偏镜
7.2 偏振光和比旋光度
1、平面偏振光和旋光性
平面偏振光：只在一个平面上振动的光。
双箭头表示光可能 的振动方向
晶轴
Nicol(尼可尔)棱镜 方解石晶体(碳酸钙的 一种特殊晶体)
普通光: 有无数个振动平面, 振动 平面与光的前进方向相垂直
普通光线通过Nicol棱镜, 它只允许与其晶轴平行的 平面上振动的光线通过, 即得到―平面偏振光‖
7.6 含有两个手性碳原子的化合物
HOOC-CH-CH-COOH * * 2-羟基-3-氯丁二酸 Cl OH
4 3 2 1
COOH HO Cl
R R
COOH H H
S S
COOH H Cl
S R
COOH HO H
R S
H H
OH Cl
OH H
H Cl
COOH
COOH
COOH
COOH
对映体
等量混合组成外消旋体
对映异构: 两分子互为实物和镜像但不能重叠
手性分子
Chiral molecules
对映异构好比人的左手 和右手的关系, 左手和右 手互为镜像, 它们不能重 合。为此也把实物和镜 像不能重合的现象称为 手性(chirality)。
连接四个不同基团—— 不对称C原子(手性C*) 具有手性的分子叫手性分子 (或者说: 不能与其镜象叠合 的分子为手性分子)。
7.5 构型和构型标记
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。
CHO H OH CH2OH HO CHO H CH2OH
对映体
等量混和组成外消旋体
非对映体
不是镜像关系的旋光异构称为非对映异构, 非对映体
具有不同的旋光能力, 不同的物理性质和不同的化学性质
* * HOOC-CH-CH-COOH
OH OH
COOH H HO
R R
酒石酸
COOH HO H
S S
COOH H H
R S
COOH HO HO H H COOH
OH H
7.4 含有一个手性碳原子的化合物
1、对映异构体的特点
对映异构体都有旋光性, 其中一个是左旋的, 一个 是右旋的。所以对映异构体又称为旋光异构体。
对映异构体的特点:
① 对映异构体的物理性质、化学性质相同, 难以用 化学方法区别。 ② 对映异构体的比旋光度相同, 方向相反。 ③ 对映异构体的生理作用往往不同 。 ④ 等量的对映异构体混合得到外消旋体, 用“±‖表示。 外消旋体的旋光性抵消, 表光度、比旋光度的含义； 含有手性碳原子化合物的对映异构； 对映异构体构型表示、确定和命名方法； 不含手性碳原子化合物的立体异构； 对映异构和分子结构的关系, 手性分子的判断; 对映体和外消旋体, 费歇尔投影式的书写。
7.1 异构体的分类
碳架异构体
构造异构体(平面异构体)
明确两 个问题
盛液管 ①能够体现物质特 性的是: 比旋光度 [ ] 检偏镜
[a ] = a C´ l
l: dm C: g· mL-1
o(水) []25 ＝ +2.6 D
例如:右旋乳酸
[]和溶液的浓度, 样品管的长度, 温度, 光的波长都有关系
7.3 分子的手性和对映因素
1、对映异构体
乳酸的左旋体和右旋体, 互为镜像但不能叠合。
D-(+)-甘油醛
L-(-)-甘油醛 +、-表示旋光性
注: D、L与左右旋(+、-)无关, D、L表示相对构型; 而左、右旋要通过旋光仪测定。
以甘油醛为基础，通过化学方法合成其它化合物， 如果与手性原子相连的键没有断裂，则仍保持甘油 醛的原有构型。例
CHO H OH CH 2OH
O
COOH H OH CH2OH
检偏镜 检偏镜 观察目镜
视野
偏振光
普通光
普通光线
尼可尔棱镜
Nicol棱镜
样品管
样品管 Nicol棱镜
旋光物质的旋光方向
左旋体(-)：使偏振光振动平面按逆时针方向旋转； 右旋体(+)：使偏振光振动平面按顺时针方向旋转。
2、旋光性怎样测定?——旋光仪和比旋光度
旋光仪工作原理示意图
光源 旋光物质 旋光度不旋光物质 —与浓度C有关 —与长度l有关 刻度盘 观察 目镜 暗 亮 起偏镜
C
CH3
CH 3
费歇尔(Fischer)投影式书写的原则：
①手性碳位于纸平面上, 用横竖线的交叉点表示; ②以横线相连的原子或基团在纸面前方, 以竖线相连的 原子或基团在纸面后方; 即―横前竖后‖ ③碳链竖放, 编号小的碳在上。 COOH COOH
注意: 投影式是用平面式来代表空间 的立体结构．不能任意翻转.
H
OH CH3
HO CH3
H
Fischer式书写注意事项：
① 将Fischer式在纸面上平移或旋转180º (90º 的偶数倍)， 构型不变；旋转270º (90º 的奇数次)构型为对映体。
COOH H OH CH3
COOH H CH3 OH
OH
旋转180º
CH3 H HO COOH
CH3 H
COOH
H
COOH H OH CH 3
D-(+)-甘油醛
D-(-)-乳酸
左右旋(+、-)已改变!
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
按照次序规则中次序最小的基团(d)放在观察者最远 处, 其它3个基团a、b、c指向观察者。
HO CH3 C COOH H
R型
B) Fischer投影式确定构型：
规则: 当按次序规则最小基团d位于竖键时, a>b>c为顺 时针者, 其构型为R 型; a>b>c为逆时针者, 其构型为S型; 最小的基团d位于费歇尔式的横线, 则反之。 COOH H H CH 3 。
H
c
a
OH
b
Br
90
构型改变
A) 楔形透视式确定构型：
基团优先顺序：-OH > -COOH > -CH3 > -H
COOH OH H CH3 (S) -2-羟基丙酸 C
HO
COOH C H CH3
R型
当远离最小基团观察不便时, 则顺其观察其他三个 基团的平面, 规则与前相反(顺时针为S; 逆时针为R).
H COOH HO S型 CH3 C
实物图(球棍模型或透视图)是可任意转动的!
费歇尔(Fischer)投影式不能离开纸面翻转!
COOH H OH CH3
COOH H CH3 OH
COOH OH H
CH3
翻转
COOH H HO CH3
离开纸面翻转180o, 得到对映体
互为镜像
OH
COOH H
CH3
实物图(球棍模型或透视图)可任意翻转!
H OH
OH OH
COOH
COOH