高等有机第三章立体化学PPT课件
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• （-）-氯霉素有抗菌作用，其对映体则无疗效。有些旋光性药物的对映体不 但无疗效，甚至有毒。例如，
沙力多迈(thalidomide) 在二十世纪六十年代在欧洲曾 作为妊娠初期的镇静剂和抗恶心药物广为使用。结果 发现有上万名新生儿的畸形与服用过此药的妇女有关。 沙力多迈含一个手性碳原子，当时作为药物使用的是 外消旋体。后来的研究表明，沙力多迈中的一种异构 体有镇静作用，另一种异构体则有致畸作用。 因此，在当今的药物研究开发和生产中提出了开发生 产手性药物和旋光纯度的要求。 要得到纯粹的对映体，必须对外消旋体进行拆分 （resolution)
两种对映体因快速翻转，- 相互转化，导致消旋。 9
氮原子被固定在刚性环中，构型 不能翻转时，如果分子没有对称 因素，则可能拆分成旋光的对映 体。如Troger碱即已经成功拆分。
CH(CH3)2
CH2CH3
N C6H5 CH3
CH2CH3
C6H5 N CH3
CH(CH3)2
CH(CH3)2
CH2CH=CH2
P C6H5 CH3
CH2CH=CH2
C6H5 P CH3
CH(CH3)2
-
CH 3
N N
CH 3
Troger碱
S CH2Ph O
[α]27
D
=
+92.4°
H2C CHCH2 P CH3
[α] D = +16.8°
10
2.2 有手性轴（chiral axis）的化合物
一、丙二烯衍生物
a
a
CC C
b
通过反射的操作，上、下
方的基团交换位置，基团的 构型改变。
-
7
1.2 对称元素与手性 对称分子 (Symmetric Molecules)： 具有σ、i、Sn 分子。 非对称分子 (Dissymmetric Molecules)： 仅具有Cn的分子。 不对称分子(Asymmetric Molecules)： 不含有任何对称要素的分子。
P522
(-)-[6]-螺苯 (-)-[6]-hexahelicene
(+)-[6]-螺苯 (+)-[6]-hexahelicene
空间位阻使分子扭曲失去对称性，产生手性。
-
16
3 外消旋体的拆分（resolution）
• 在手性环境下如手性试剂、手性溶剂、手性催化剂存在下，两个对映体的 反应速度将会有不同程度的差异，有时差异还很大。生物体中的酶具有很 高的手性，因此像药物等许多可受酶影响的化合物，其对映体的生理作用 会表现出很大差异。
X OCH3 CH3 OCOCH3 CH(CH3)2
ΔE/kJ·mol 57.4 72.9 77.9 7109.0
当ΔE>85kJ/mol时，室温下构象（1）和（3）不易互变，
可以拆分，互为对映异构体。-
13
三、乙烷衍生物
下面三个二叔丁基（Bu-t）和二金刚烷基（Ad）取代的乙烷 构象都能分离出来。也是含手性轴的化合物。手性轴是乙烷 的C-C键所在的直线。
2). 通过分子中心，且将分子平均 分成互成实物与镜象关系的两部分 的平面
Cl C
H
H C
Cl
Cl
CH
Cl
CH3
COOH H OH H OH
COOH
具有对称面的分子是对称分子。非手性分子。
P512习题 21.2
-
3
-
4
-
5
3、对称中心 (i)：center of symmetry
Ph COOH HH H F COOH Ph
构造异构
分子式相 同，原子
碳骨架异构
官能团异构 官能团位置异构
互变异构
碳干异构 取代基位置异构
分 子
的成键顺 序不同。
结 立体异构
分子构型
对映异构
不同化合物
顺反异构
构 分子构造相 分子构象：由于单键的自由旋转，原
同，原子或 原子团在空 间的排列不 同。
子或原子团在空间的排列 不同。
相同化合物
-
1
1 分子的手性与对称性 如果分子没有对称性，即缺少对称元素，那么该分子与其镜 像就不能叠合，该分子就有手性。
b
端位上连接的基团 处于垂直平面 P519问题
21.6 -
a
a
C CC
b
b
手
CH3
CH3 性
H C CCH
轴
NH2 H
NH2 H
H CH3
CH CH3
分子中没有手性中心
11
二、联苯衍生物
HH
H原子被体积较大的基团取代后，苯环间碳-碳键旋转受 阻，产生位阻构象异构。
手
COOH O2N
性
HOOC
轴
NO2
Bu-t
Ad
Bu-t
H
Ad
H
(1)
Bu-t
H
Ad
H
Ad
Bu-t
(2)
Bu-t
t-Bu
H
H
Ad
Ad
(3)
-
14
2.3 有手性面（chiral plane）的化合物 一、（E）-环烯烃(提篮型）
双键所在的平面是手性面
E-环辛烯 二、cyclophanes（提篮型）
(CH 2)8
O
O
HOOC
-
15
2.4 螺烯（helicene）
1.1 对称元素：symmetry elements
1、对称轴 (Cn)：
分子绕某轴旋转
360°
n
时，同原来的分子重合，
此轴称 n重对称轴 (Cn)。
n重：当分子旋转360°时，已经重复了 n 次围绕对称轴的旋转操作。
P511习题 21.1
-
2
2、对称面 (σ):symmetry plane
1). 所有的原子共同处于的分子平面
Cl C
H
H C
Cl
具有对称中心的分 子是对称分子。非 手性分子。
P513习题 21.3
-
6
4、交替对称轴 (Sn):alternating axis of
symmetry
R+
R+ R-
旋转 90°
R+ R-
R+
垂直于对称轴 的镜面
R-
反射
R-
R+
S4
重合
R +R -
R-
注：R＋与R－是 互为镜像但不能 重叠的关系
HOOC NO2
Ⅰ
COOH O2N
Ⅱ
-
12
a d
Hale Waihona Puke Baidu
ad
a c
ac
c b
bc
d b
bd
（1）
（2）
（3）
（4）
只要基团a≠b,c≠d,化合物（1）就有手性，手性因素是通过 C-Cσ键的手性轴
σ键旋转会产生无数个构象形式。从（1）~（4） 是4个极端构象。它们的能量不同。P520图21.10
当a=c=H, b=d=X时，（1）和（3）之间的能量差如下：
手性中心 C、N、或其它杂原子：
CH3 HD
C 2H 5
C H 3 手性中心
*
H* * COOH * Br
CH2Ph Ph *N C2H5Cl
CH3
不同取代开链叔胺分子不具有旋光活性：
C H 2 C H 3
NC 6 H 5 C H 3
C H 2 C H 3 NC 6 H 5 C H 3
C H 2 C H 3 NC C 6 H H 5 3
C2 O
O
C2 O
O
P516例
CH3
CH3
H C OH HO C H
Ph
Ph
手性分子一定不含有 σ,i, Sn
[α]27 D= +42.9°
[α]27 D = -42.9°
非对称分子 不对称分子
手性分子 (Chiral molec-ule)
对映体
旋光活性
8
2 手性化合物的各种类型 2.1含有手性中心（chiral center）的分子 不对称碳原子 P517习题21.5
沙力多迈(thalidomide) 在二十世纪六十年代在欧洲曾 作为妊娠初期的镇静剂和抗恶心药物广为使用。结果 发现有上万名新生儿的畸形与服用过此药的妇女有关。 沙力多迈含一个手性碳原子，当时作为药物使用的是 外消旋体。后来的研究表明，沙力多迈中的一种异构 体有镇静作用，另一种异构体则有致畸作用。 因此，在当今的药物研究开发和生产中提出了开发生 产手性药物和旋光纯度的要求。 要得到纯粹的对映体，必须对外消旋体进行拆分 （resolution)
两种对映体因快速翻转，- 相互转化，导致消旋。 9
氮原子被固定在刚性环中，构型 不能翻转时，如果分子没有对称 因素，则可能拆分成旋光的对映 体。如Troger碱即已经成功拆分。
CH(CH3)2
CH2CH3
N C6H5 CH3
CH2CH3
C6H5 N CH3
CH(CH3)2
CH(CH3)2
CH2CH=CH2
P C6H5 CH3
CH2CH=CH2
C6H5 P CH3
CH(CH3)2
-
CH 3
N N
CH 3
Troger碱
S CH2Ph O
[α]27
D
=
+92.4°
H2C CHCH2 P CH3
[α] D = +16.8°
10
2.2 有手性轴（chiral axis）的化合物
一、丙二烯衍生物
a
a
CC C
b
通过反射的操作，上、下
方的基团交换位置，基团的 构型改变。
-
7
1.2 对称元素与手性 对称分子 (Symmetric Molecules)： 具有σ、i、Sn 分子。 非对称分子 (Dissymmetric Molecules)： 仅具有Cn的分子。 不对称分子(Asymmetric Molecules)： 不含有任何对称要素的分子。
P522
(-)-[6]-螺苯 (-)-[6]-hexahelicene
(+)-[6]-螺苯 (+)-[6]-hexahelicene
空间位阻使分子扭曲失去对称性，产生手性。
-
16
3 外消旋体的拆分（resolution）
• 在手性环境下如手性试剂、手性溶剂、手性催化剂存在下，两个对映体的 反应速度将会有不同程度的差异，有时差异还很大。生物体中的酶具有很 高的手性，因此像药物等许多可受酶影响的化合物，其对映体的生理作用 会表现出很大差异。
X OCH3 CH3 OCOCH3 CH(CH3)2
ΔE/kJ·mol 57.4 72.9 77.9 7109.0
当ΔE>85kJ/mol时，室温下构象（1）和（3）不易互变，
可以拆分，互为对映异构体。-
13
三、乙烷衍生物
下面三个二叔丁基（Bu-t）和二金刚烷基（Ad）取代的乙烷 构象都能分离出来。也是含手性轴的化合物。手性轴是乙烷 的C-C键所在的直线。
2). 通过分子中心，且将分子平均 分成互成实物与镜象关系的两部分 的平面
Cl C
H
H C
Cl
Cl
CH
Cl
CH3
COOH H OH H OH
COOH
具有对称面的分子是对称分子。非手性分子。
P512习题 21.2
-
3
-
4
-
5
3、对称中心 (i)：center of symmetry
Ph COOH HH H F COOH Ph
构造异构
分子式相 同，原子
碳骨架异构
官能团异构 官能团位置异构
互变异构
碳干异构 取代基位置异构
分 子
的成键顺 序不同。
结 立体异构
分子构型
对映异构
不同化合物
顺反异构
构 分子构造相 分子构象：由于单键的自由旋转，原
同，原子或 原子团在空 间的排列不 同。
子或原子团在空间的排列 不同。
相同化合物
-
1
1 分子的手性与对称性 如果分子没有对称性，即缺少对称元素，那么该分子与其镜 像就不能叠合，该分子就有手性。
b
端位上连接的基团 处于垂直平面 P519问题
21.6 -
a
a
C CC
b
b
手
CH3
CH3 性
H C CCH
轴
NH2 H
NH2 H
H CH3
CH CH3
分子中没有手性中心
11
二、联苯衍生物
HH
H原子被体积较大的基团取代后，苯环间碳-碳键旋转受 阻，产生位阻构象异构。
手
COOH O2N
性
HOOC
轴
NO2
Bu-t
Ad
Bu-t
H
Ad
H
(1)
Bu-t
H
Ad
H
Ad
Bu-t
(2)
Bu-t
t-Bu
H
H
Ad
Ad
(3)
-
14
2.3 有手性面（chiral plane）的化合物 一、（E）-环烯烃(提篮型）
双键所在的平面是手性面
E-环辛烯 二、cyclophanes（提篮型）
(CH 2)8
O
O
HOOC
-
15
2.4 螺烯（helicene）
1.1 对称元素：symmetry elements
1、对称轴 (Cn)：
分子绕某轴旋转
360°
n
时，同原来的分子重合，
此轴称 n重对称轴 (Cn)。
n重：当分子旋转360°时，已经重复了 n 次围绕对称轴的旋转操作。
P511习题 21.1
-
2
2、对称面 (σ):symmetry plane
1). 所有的原子共同处于的分子平面
Cl C
H
H C
Cl
具有对称中心的分 子是对称分子。非 手性分子。
P513习题 21.3
-
6
4、交替对称轴 (Sn):alternating axis of
symmetry
R+
R+ R-
旋转 90°
R+ R-
R+
垂直于对称轴 的镜面
R-
反射
R-
R+
S4
重合
R +R -
R-
注：R＋与R－是 互为镜像但不能 重叠的关系
HOOC NO2
Ⅰ
COOH O2N
Ⅱ
-
12
a d
Hale Waihona Puke Baidu
ad
a c
ac
c b
bc
d b
bd
（1）
（2）
（3）
（4）
只要基团a≠b,c≠d,化合物（1）就有手性，手性因素是通过 C-Cσ键的手性轴
σ键旋转会产生无数个构象形式。从（1）~（4） 是4个极端构象。它们的能量不同。P520图21.10
当a=c=H, b=d=X时，（1）和（3）之间的能量差如下：
手性中心 C、N、或其它杂原子：
CH3 HD
C 2H 5
C H 3 手性中心
*
H* * COOH * Br
CH2Ph Ph *N C2H5Cl
CH3
不同取代开链叔胺分子不具有旋光活性：
C H 2 C H 3
NC 6 H 5 C H 3
C H 2 C H 3 NC 6 H 5 C H 3
C H 2 C H 3 NC C 6 H H 5 3
C2 O
O
C2 O
O
P516例
CH3
CH3
H C OH HO C H
Ph
Ph
手性分子一定不含有 σ,i, Sn
[α]27 D= +42.9°
[α]27 D = -42.9°
非对称分子 不对称分子
手性分子 (Chiral molec-ule)
对映体
旋光活性
8
2 手性化合物的各种类型 2.1含有手性中心（chiral center）的分子 不对称碳原子 P517习题21.5