第三章立体化学原理3

' HCl · (+)RCOOH + (-)NR3
' (+)RCOOH·(-)NR3
' (-)RCOOH· (-)NR3
HCl
'· (-)RCOOH + (-)NR3 HCl
一、对映异构体与分子对称性
1、手性
左 手 右 手
左手
右手 左手的镜像
左右手不能完全重叠 左手与其镜像不重叠
手性：实物与其镜像不能重叠的特点。
生活中具有手性的例子
手性分子：
两个分子互为实物与镜像关系，且不能完全重叠。
对映异构体 / 旋光异构体
若实物与镜像能重合，则实物与镜像所代表的 化合物为同一物质。
COONa H HO OH H COONH4
HO H
COONa H OH COONH4
2、诱导晶种分离法
在外消旋体的过饱和溶液中加入一定量的右 旋体或左旋体的晶体，则与晶种相同的异构体便 优先析出。工业上生产氯霉素时，就是用此种方 法拆分中间体的。
3、化学分离法
将外消旋体与旋光性物质反应 , 使生成 非对映体 , 利用非对映体的熔点、沸点、溶 解度等的不同进行分离。
S
CH3
OH COOH H
R
当最小基团处在横线的位置时, 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。
CHO OH H CH2OH R
CHO HO H CH2OH
S
COOH HO H CH3
COOH H OH CH3
R
S
旋光性化合物的完整系统命名 —— 构型、旋光方向、名称
* * COOH HOOC
反式异构体 对映体对
COOH * H
COOH COOH * H * H
H
H
COOH * H
* * COOH HOOC
内消旋体 mp: 130°
反式 (+) 异构体 mp:175°
对映体
H
反式 (-) 异构体 mp: 175 °
COOH HOOC H H HOOC H
H HOOC COOH
HOOC COOH
O2N
NO2
O2N NO2
手性分子不一定含有手性碳原子
若有一个苯环上的两个取代基相同时，
则分子有对称面，没有对映异构。
O2 N
COOH
O2N
C(CH3)3
联苯和联萘
H Br F
F
F F
H Br
HO HO
H H
镜面
面手型
因环的拥挤，环不能共平面
(-)-[6]-螺苯 (-)-[6]-hexahelicene
在非手性条件下
反应产物－外消旋体
2、含两个（或多个）手性中心的分子
当分子中有两个手性中心时，每个中心都有自己 的构型，并可用R, S进行分类。
AB型
AA型
A-B A-B A-B A-B R R R S S R S S
A-A A-A A-A R R R S S S
含有n个不同手性碳的化合物，可能有2n个旋光异构体。
B. 一氯甲烷有类似的三个对称面（只画了其中一个）；
C. 二氯甲烷只有两个对称面；
D. 氯溴取代甲烷只有唯一的一个对称面；
E. 氟氯溴取代甲烷没有对称面。
手性中心
CH3 H D C 2H 5
[α]25 D = -0.56
CH3 H C COOH Br
H*
CH3 * * Br * COOH
旋光活性
碳手性中心
H Ph
RO1
OH Me
H 从Si面进攻
-
2 Ph
3 Me
H 从Re面进攻
-
HO Me
H
Ph
S-
H-
六、外消旋体的拆分
将外消旋体拆分成左旋体和右旋体的过程，称为 外消旋体的拆分。
（+）
（±）
（ -）
1、 结晶机械分离法
1848年Pasteur在研究酒石酸钠铵晶体的时候，发现酒
石酸钠铵有两种不同的晶体，这两种晶体互为镜像。
COOH H H OH OH COOH
146-148oC 1.66g / cm3 125g / 100ml 3.23 4.82
相同
非对映体之间性 质有明显差别
四、对映异构体构型的命名
（1）D、L命名法
以甘油醛为例：
用化学方法将某些旋光性化合物的构型与甘 油醛联系而确定。
注意：右旋体不一定是D型，左旋体不一定是L型。
旋转 90 oC
对称因素与手性的关系:
有对称面、对称中心或交替对称轴的分子
是非手性分子;
既无对称中心，无对称面，又无交替对称
轴的分子大都是手性分子。
对称轴并不能作为分子是否具有手性判据。
对于有机化合物一般为链状结构 判断是否为手性分子的依据为： 一般判断有无对称面。
手性碳
A. 甲烷分子有六个对称面（只画了其中一个）；
(+)-[6]-螺苯 (+)-[6]-hexahelicene
末端两苯环不共平面
如何判断一个化合物是否是手性分子？

分子中只有1个*C 一定是手性分子，存在对映 分子中含有2个*C或2个以上 整个分子的手性须
体，有旋光性;
考虑整个化合物是否存在对称因素;
有些不含手性碳原子的化合物，由于分子结构中
Fischer投影式确定构型：
与手性碳相连的四个基团次序: a＞b＞c＞d 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。
Br CH 3
CH Br 3
Cl H
S
Br CH3 Cl H
R
H OH
CH3 COOH H OH
H H H3C OH H H HO CH3 H CH2CH3 H3C OH H CH2CH3 HO CH3
杂原子手性中心
除了碳手性中心外，还有硫、 磷、氮手性中心。
O H3CH2CH2C S P CH3
具有三个不同取代基的胺原
则上是能够有旋光性的 , 因为
CH3
它们是手性的，但是角锥体翻
转所需要的活化能太小，以致 不能将对映异构体分离。当它 变为季銨盐时，就不能翻转而 变成手性的。
(+) B* () A (+) A (-) A (+) B* (+) B* 拆分
一对非对映体 去除(+)B* (+) A (-) A (+) B* 去除(+)B* (+) B* (-) A (+) A
(+)RCOOH (-)RCOOH
' + (-)NR3
HCl
' (+)RCOOH·(-)NR3 ' (-)RCOOH· (-)NR3
对映异构体
COOH H HO OH H COOH (VIII)
(V)、(VI)为 内消旋体的两种表示方法
非对映异构体
3、环状化合物的对映异构体
CH2OH * H
非 对 映 异 构 体
COOH * H
COOH * H
CH2OH * H
非 对 映 异 构 体
顺式异构体 对映体对
CH2OH * H
H
H
CH2OH * H
例如：
关于局部面两侧的立体化学描述：潜手性面 Re 和 Si。
如果三个配体a, b, c的优先性定为a>b>c, 则向着观
察者的以 顺时针取向的面称为Re面；
逆时针取向的面称为Si面。
c
Re c Re Si c a b
a
b
Si b a
以苯乙酮的还原为例，前方的面为Si－潜手性面， 后方的面为Re－潜手性面。
CHO H OH CH2OH HO CHO H CH2OH
(R)-(+)-2,3-二羟基丙醛
(S)-(-)-2,3-二羟基丙醛
如果不知道旋光方向，则只需指出构型 (R)-2,3-二羟基丙醛
(S)-2,3-二羟基丙醛
五、 潜手性分子
一个对称性非手性分子，经过化学反应，失去 其对称性而成为一个非对称的手性分子，该对称分 子称为 “潜手性分子”。发生反应的碳原子称为 “潜手性碳原子”。
第三章 立体化学原理
1
对映异构体与对称性 手性化合物的分类 外消旋体拆分
2
3 4 5
反应过程中的立体化学 不对称合成
碳链异构体
构造异构体
官能团位置异构体 官能团异构体
同 分 异 构 体
(平面异构体)
互变异构体 构型异构体
顺反异构体 对映异构体
立体异构体
(旋光异构体) 构象异构体 σ-单键的旋转
构造异构体：
碳链异构 官能团异构
CH3CH2OH CH3OCH3
官能团位置异构 C C C C
C C C C
互变异构
O O CH3C CH2COC2H5
O CH3C CHCOC2H5
OH
构象异构：
H H H H H H H HH H H
H
顺反异构：
旋光异构 / 对映异构
自然界
手性药物
O O N H O N O
不存在对称因素，也属于手性分子。
(环状化合物，轴手性、面手性化合物)
三、对映、非对映异构体的理化性质比较 对映异构体：
② 化学性质：非手性条件下相同；手性条件下不相同。 ③ 对映异构体的生理活性不同 。
① 物理性质: 除比旋光度值相同, 方向相反外，其它相同。
生物体中的 手性环境
受体靶位
酶
底物 结构互补关系
H COOH
内消旋体
反式异构体
对映体对
4、不含手性中心的手性分子
手性轴
CH3
A A B
H
NH2
B
C C C
CH3 H
NH2 H
H
分子中没有手性中心 处于垂直平面
H CH3
H C CH3
sp
sp2
累积二烯烃
CH2 = C = CH2
丙二烯
不稳定，性质活泼
联芳类化合物
a
c
c
a
b
d
d
b
HOOC COOH
例如： AB型（2个不同的手性碳，四个异构体)
CHO OH H OH H CH2OH (I) CHO H HO H HO CH2OH (II) CHO CHO OH HO H H OH HO H H CH2OH (III) CH2OH (IV)
(2R, 3R) D-赤藓糖 赤（藓〕型 ： 苏（阿〕型:
对映异构体和非对映异构体的性质特点：
酒石酸立 体异构体性 质比较

熔点： 比重（20o） 水中溶解度 pK1 pK2
COOH H HO OH H COOH
171-174oC 1.76g / cm3 139g / 100ml 2.98 4.34
COOH HO H H OH COOH
171-174oC 1.76g / cm3 139g / 100ml 2.98 4.34
+N
PhH2C
Ph CH2CH
CH2
CH2Ph Ph * N C H Cl 2 5 CH3
二、旋光化合物的分类
1、含有一个手性中心的分子
CH3 C COOH Ph CH3 HOOC C OH Ph
HO
[α]5 D = +52°
[α]5 D = -52°
NaBH4
CH3
O C COOH
OH (±) - 乳酸 * CH3CHCOOH
不具有手性
2、手性与分子对称性
(1) 对称面: 一个平面能把分子分割成两部分,
一部分正好是另一部分的镜像。
CH3
C
H
·
Cl
Cl
对称面
Cl C H C
H
对称面
Cl
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或基团向中心引
一条直线, 再延长到对面等距的地方, 总有一个相同的原 子或基团。
(2) R/S法是1970年采用的系统命名法
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。
R型
d caa来自S型d cC
b b
C
顺时针, R;
逆时针, S!
OH
OH
H R
C2H5 CH3
H S
CH3 C2H5
(S)-thalidomide
O N O O N H O
(R)-thalidomide
反应停：五十年恩怨
对映异构基本概念：
手性：物体和它的镜象不能重叠。 旋光性：手性分子的一种性质。旋光度与测量条 件有关，包含温度、溶剂和射入样品中的入射光的 波长。 旋光性的分子一定是手性的，反之亦然。但在一 些测量条件下，有些手征分子的旋光性可能非常小， 以至无法与零相区别。在这种情况下，可以在另一 个波长上测定，得出较大的旋光度。
对称中心
翻转180度
有对称中心的分子能和它的镜像重合, 没有手性。
（3）对称轴(旋转轴)：分子中有一条直线，当分子以
此直线为轴旋转 360/n 后，得到的分子与原来的分子
相同，这条直线称n重对称轴。
绕对称轴旋 转180°之 后
Cl H
C C
H Cl
对称 轴
对称 轴
F B
F F
C4 C5 C6
C3
H
H
Cl H Cl
H
Cl
Cl Cl
H
非手性分子
Cl
Cl
Cl Cl
对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据
（4）交替对称轴
CH3
S4
CH3 CH3 CH3 CH3
旋转 90°
CH3
CH3 CH3
垂直于对称轴 的镜面
CH3 CH3 CH3
重合
CH3
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
CH3 CH3 CH3
(2S, 3S) L-赤藓糖 相同 相同
(2R, 3S) L-苏阿糖 原子或基团 原子或基团
(2S, 3R) D-苏阿糖 碳链 碳链 同侧 异侧
例如： AA型（2个相同的手性碳，三个异构体)
COOH OH H OH H COOH (V) COOH HO HO H H COOH (VI) COOH OH H H HO COOH (VII)