第二章 立体化学
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第二章立体化学
CH2
20%
20%
O
H
CH3
OH
H
CH3
CH3MgX
H2O
C6H6 H
H3C C6H5H
CH3
67%赤式
OH
H
CH3
H C6H5CH3
33%苏式
CHO H OH H OH
CH2OH
CHO HO H HO H
CH2OH
CHO HO H
H OH CH2OH
CHO H OH HO H
CH2OH
D-(-)-赤藓糖 L-(+)-赤藓糖 D-(-)-苏阿糖 L-(+)-苏阿糖
R RL OH
R
H
CH3
HO
HO C6H5CH3 C6H5 CH3
C6H5
H CH3
COCH3
R
RMgX
H
H2O
CH3
H3C C6H5
R H
O CH3
H3C
苏式
R 基团越大，选择性越好
R = -CH3, -C2H5, -C6H5时，苏式：赤式 ≈ 1:2；1:3；1:5 不能应用于手性碳原子连有能与试剂络合的基团的化合物
HOOC H
COOH
HO Fumarate hydratase
H
HH
COOH
S. Ichikawa et.al Biochemical Engineering Journal 2003, 13(1), 7-13.
三、非对映异位基，非对映异位基面（diasteseotopic ligand and faces） 与手性中心相连的前手性中心上基团（原子）被取代，生成非对映异构体，这
3. 不对称合成 手性分子（非手性分子）的前手性单位被转化成手性单位并生成不等量的
高等有机第二章立体化学原理
构象异构
3
H H H H H H H
HH H H
单键旋转 构象异构 （可互相转化）
H
叔胺翻转
R1、R2、R3是烃基
4
两种异构体A和B
A和B分子中的原子具有相同的连接顺序吗？ 否 构造异构体 是 立体异构体 A和B具有相互不能重合的实物与镜像关系吗？ 否 非对映异构体
是
对映异构体
5
一. 对称性与分子结构
化合物的对称性可以用对称元素加以确定，而对称元 素又可以用一定的对称操作加以描述。对称元素可以 分为对称轴、对称面、对称中心和更迭对称轴（或旋 转反射对称轴）。 对称轴 Cn： 通过分子的一条直线，以这条直线为轴旋 转 360°/ n（n=2、3、4、…）角度，得 到的物体或分子的形象和原来的形象完全 相同，这种轴称为对称轴，并相应地称之 为n重对称轴。 例如：反-2-丁烯有一个二重对称轴C2（垂 直于碳碳双键中心）。
12
2. 含有其它手性原子的化合物
分子中含有四个键指向四面体的四个顶点的原子，若 四个基团不同就有旋光性。
CH2CH3 N CH(CH3)2 C6H5 CH3 CH2CH3 C6H5 N CH(CH3)2 CH3
CH2CH=CH2 P CH(CH3)2 C6H5 CH3
CH2CH=CH2 C6H5 P CH(CH3)2 CH3
外消旋体
非对映混合体
• 拆分酸时，常用的光学活性的碱，如天然的生物碱（（-）奎宁、（-）-马钱子碱、（-）-番木鳖碱）和合成得到的光学 纯的胺类等。
27
• 拆分碱时，常用的天然的光活性酸，如酒石酸、樟 脑--磺酸等。 如a-苯乙胺的拆分：
NH 2 Ph + H CH3 (R-) OHNH2 Ph H CH 3 (R-) NH2 Ph H CH 3 (S-) + HOOC OH COOH NH 3+ Ph HOOC H CH3 (R-) NH 3+ Ph H CH3 (S-) OH HOOC COOOH COOOH
第二章 立体化学
(Z)-1，2-二氯-1-溴乙烯 反-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-1，2-二氯-1-溴乙烯 顺-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-3, 4-二甲基-2-戊烯 顺-3, 4-二甲基-2-戊烯
(Z)-3, 4-二甲基-2-戊烯 反-3, 4-二甲基-2-戊烯
二、顺反异构体的性质
▪ห้องสมุดไป่ตู้物理性质不同 ▪ 化学性质：基本相同，与空间构型有关的有差别。
次互换，使最不优先的基团位于顶部，剩下3个原子或基团按照从优先到不优
先的顺序，顺时针方向排列为R-构型，逆时针方向排列为S-构型。
（二）对称中心
如果有机分子中存在一个假想的点，从分子中任一原子或基团向该点作一直 线，再从该点将直线延长，在等距离处遇到相同的原子或原子团，则该点即 为该分子的对称中心。
四、判断对映体的方法
➢ 比较一个分子和它的镜像，如果两者不能重合，则为对映体。 ➢ 有对称面或对称中心的分子为非手性分子（没有对映体）。 ➢ 仅有一个手性碳原子(或手性中心)的分子为手性分子（有对映体）。
第三节
手性、手性分子和对映体
一、手性
镜像与实物不能重合的现象称为手性（chirality）。
二、手性分子和对映体
手性分子：与镜像不能重合的分子。 手性碳（不对称中心）：连接4个不同原子或基团的碳。
手性碳
与镜像不能重合的分子彼此互为对映异构体（手性异构体）
三、分子中常见对称因素
（一）对称面
对称面：能将分子切分为具有实物与镜像关系的假想平面。有对称面的化合 物不是手性分子。
第二章
立体化学
立体化学：研究有机分子的立体结构、反应的立体选择性 及其相关规律和应用。
碳链异构
位置异构 构造异构
有机化学-陆阳主编-第二章 立体化学Chapter-2-Stereochemistry汇总
2
HOOC H 2N
*
H
OH
（ -） -多 巴
（抗帕金森氏症）
OH
资料： 生物分子手性同一性
在生命的产生、演变、进化这样 漫长的过程中，自然界造就了许多分 子，手性分子占去了很大的比例。构 成蛋白质的氨基酸都是 L 型氨基酸， 多糖和核酸的单糖是 D 型糖。
DNA
手性与环境：手性技术与手性产品符合绿色化学原则
H HO
CH
H
3
CH
3
OH
注：实线连接的原子（基团）位于纸平面上；
实楔线连接的原子（基团）指向纸的前面；
虚楔线连接的原子（基团）指向纸的后面。
二个手性碳
H HO H
OH COOH
H HO
H OH
COOH
锯架式
HOOC COOH
Newman投影式
这些表示方法书写麻烦，多手性碳时均不易使用。
1、Fischer投影式 以乳酸为例：
D-(-)-乳酸（糖发酵） L-(+)-乳酸（肌肉中）
比旋光度： -3.82° +3.82°（第三节）
练习:指出下列化合物中的手性碳原子。
* CH3-CHCl-CH 2CH3
CH3
H
* * CH3-CH-CH-CH 2CH3
OH OH
* *
CH3
H
* * * H * * * * H
HO *
H
胆固醇
实物
镜像
实物与其镜像完全重叠，不具手性，这种分子称为 非手性分子；实物与其镜像是同一种物质。
2、手性分子和对映体
以乳酸（CH3CHOHCOOH）为例：
实物与其镜像不能完全重叠，具有手性，这种分子称 为手性分子；实物与其镜像是两种物质（对映体）；这种 异构现象称为对映（或旋光）异构。
HOOC H 2N
*
H
OH
（ -） -多 巴
（抗帕金森氏症）
OH
资料： 生物分子手性同一性
在生命的产生、演变、进化这样 漫长的过程中，自然界造就了许多分 子，手性分子占去了很大的比例。构 成蛋白质的氨基酸都是 L 型氨基酸， 多糖和核酸的单糖是 D 型糖。
DNA
手性与环境：手性技术与手性产品符合绿色化学原则
H HO
CH
H
3
CH
3
OH
注：实线连接的原子（基团）位于纸平面上；
实楔线连接的原子（基团）指向纸的前面；
虚楔线连接的原子（基团）指向纸的后面。
二个手性碳
H HO H
OH COOH
H HO
H OH
COOH
锯架式
HOOC COOH
Newman投影式
这些表示方法书写麻烦，多手性碳时均不易使用。
1、Fischer投影式 以乳酸为例：
D-(-)-乳酸（糖发酵） L-(+)-乳酸（肌肉中）
比旋光度： -3.82° +3.82°（第三节）
练习:指出下列化合物中的手性碳原子。
* CH3-CHCl-CH 2CH3
CH3
H
* * CH3-CH-CH-CH 2CH3
OH OH
* *
CH3
H
* * * H * * * * H
HO *
H
胆固醇
实物
镜像
实物与其镜像完全重叠，不具手性，这种分子称为 非手性分子；实物与其镜像是同一种物质。
2、手性分子和对映体
以乳酸（CH3CHOHCOOH）为例：
实物与其镜像不能完全重叠，具有手性，这种分子称 为手性分子；实物与其镜像是两种物质（对映体）；这种 异构现象称为对映（或旋光）异构。
第二章立体化学原理.
360° 分子旋转的角度为 n 时，称 n重对称轴 (Cn)。
F
FB F
C3
C4
C5
C6
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。
对称平面 (σ):
请你各举一例。
1. 所有的原子共同处于的平面
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
对称中心 (i)：
Configurational diastereomers
Cis-trans diastereomers
2.2.1.1 分子的对称性
对称要素： 对称轴 (Cn)：
Cl
H
C H
C
Cl
180° Cl
H
CC
H
Cl
分子围绕通过分子中心、并且垂直于分子所在平面的直线旋转 一定的角度后，同原来的分子重合，此直线为一般对称轴。
反式 (+) 异构体 mp:175°
反式 (-) 异构体 mp: 175 °
对映体对
H H
COOH HOOC
内消旋体
COOH HOOC
H
H
H
H
HOOC
COOH
反式异构体
对映体对
2.2.1.5不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心
端位上连接的基团
对称分子 (Symmetric Molecules)：
具有 Cn、σ、i、Sn 分子。 请各举一例
不对称分子(AsymmetricMolecules)：
不含有任何对称要素的分子。一定是手性分子(Chiral molecular)
F
FB F
C3
C4
C5
C6
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。
对称平面 (σ):
请你各举一例。
1. 所有的原子共同处于的平面
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
对称中心 (i)：
Configurational diastereomers
Cis-trans diastereomers
2.2.1.1 分子的对称性
对称要素： 对称轴 (Cn)：
Cl
H
C H
C
Cl
180° Cl
H
CC
H
Cl
分子围绕通过分子中心、并且垂直于分子所在平面的直线旋转 一定的角度后，同原来的分子重合，此直线为一般对称轴。
反式 (+) 异构体 mp:175°
反式 (-) 异构体 mp: 175 °
对映体对
H H
COOH HOOC
内消旋体
COOH HOOC
H
H
H
H
HOOC
COOH
反式异构体
对映体对
2.2.1.5不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心
端位上连接的基团
对称分子 (Symmetric Molecules)：
具有 Cn、σ、i、Sn 分子。 请各举一例
不对称分子(AsymmetricMolecules)：
不含有任何对称要素的分子。一定是手性分子(Chiral molecular)
第二章立体化学基础PPT课件
H C-COOH 287℃ 难溶于水 HOOCC- H
分子式相同,结构式也相同，但是它们结构式中原子或原子团 在空间的排列方式不同。这样的立体异构称为顺反异构。
二.产生顺反异构的条件：
1. 分子中存在着限制碳原子（或氮原子）自由旋转的因素， 如双键或环结构。
.
6
2. 不能自由旋转的原子上连有不相同的的原子或原子团。
如果二个大基团处在双键同侧就称为Z型；若二个大基
团处在双键异侧就称为E型。
(大 )BC r-H (小 ) (大 )BC rH (小 ) (大 )CC -l C 3 (小 H ) (小 )H 3 C C C (大 l)
Z—2—氯— 1—溴丙烯 E—2—氯— 1—溴丙烯
(大 )C3 -H C -H (小 )
(2) 横键代表朝向纸平面前方的键，竖键代表朝向纸平面 后方的键。 “横前竖后‘’
(大 )C3 -H C -H (小 )
(大 )(C 3 )2H C C -H C 2 C H -3 (小 H )(小 )C3 -H C 2 -C - H CH 3 )2 (大 ()C
.
9
3.当分子中双键数目增加时，顺反异构体的数目也增加。
HC--C3H HC--C3H H3CC--H
HC-C2H HC-C2H
练习：见教材
.
18
第三节 费歇尔投影式
★费歇尔投影式 ：是指将一个三维（立体）手性 分子模型作 如下规定:与手性碳横向相连的基团朝向纸平面的前方； 竖向相连的基团朝向纸平面的后方；手性碳处于纸平面上。 将其投影,所得平面投影式称为费歇尔投影式。
.
19
★注意事项
(1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。
2．位置异构：取代基或官能团在碳链上的位置不同。
分子式相同,结构式也相同，但是它们结构式中原子或原子团 在空间的排列方式不同。这样的立体异构称为顺反异构。
二.产生顺反异构的条件：
1. 分子中存在着限制碳原子（或氮原子）自由旋转的因素， 如双键或环结构。
.
6
2. 不能自由旋转的原子上连有不相同的的原子或原子团。
如果二个大基团处在双键同侧就称为Z型；若二个大基
团处在双键异侧就称为E型。
(大 )BC r-H (小 ) (大 )BC rH (小 ) (大 )CC -l C 3 (小 H ) (小 )H 3 C C C (大 l)
Z—2—氯— 1—溴丙烯 E—2—氯— 1—溴丙烯
(大 )C3 -H C -H (小 )
(2) 横键代表朝向纸平面前方的键，竖键代表朝向纸平面 后方的键。 “横前竖后‘’
(大 )C3 -H C -H (小 )
(大 )(C 3 )2H C C -H C 2 C H -3 (小 H )(小 )C3 -H C 2 -C - H CH 3 )2 (大 ()C
.
9
3.当分子中双键数目增加时，顺反异构体的数目也增加。
HC--C3H HC--C3H H3CC--H
HC-C2H HC-C2H
练习：见教材
.
18
第三节 费歇尔投影式
★费歇尔投影式 ：是指将一个三维（立体）手性 分子模型作 如下规定:与手性碳横向相连的基团朝向纸平面的前方； 竖向相连的基团朝向纸平面的后方；手性碳处于纸平面上。 将其投影,所得平面投影式称为费歇尔投影式。
.
19
★注意事项
(1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。
2．位置异构：取代基或官能团在碳链上的位置不同。
高等有机化学 第2章 立体化学
+A +A -A -A
+B (Ⅰ)
-B （Ⅱ）
+B （Ⅲ）
-B （Ⅳ）
其中(Ⅰ)与(Ⅳ)，(Ⅱ)与(Ⅲ) 互为对映体。因此，有两对对 映体，而(Ⅰ)与(Ⅱ)或(Ⅲ)，(Ⅳ)与(Ⅱ)或(Ⅲ) 则为非对映 异构体。
旋光异构
CHO H H OH OH CH2OH HO HO CHO H H CH2OH HO H CHO H OH CH2OH H HO CHO OH H CH2OH
构象非对映异构
如
H H
CH3 CH3 H H
与 H
两种异构体A和B
A和B分子中的原子是否具有相同的连接顺序 否 构造异构 是 立体异构 A和B是否具有不能相互重合的实物与镜像 是 对映异构 否 非对映异构
本章主要内容
2.1 旋光异构 (对映异构)
旋光性与分子结构的关系 2.1.2 含一个手链碳原子化合物的旋光异构 2.1.3 含两个及多个手性碳原子的化合物的 旋光异构 2.1.4 外消旋化及构型的转化 2.1.5 外消旋体的拆分 2.1.6 手性合成——不对称合成 2.1.7 分子的不对称性
H R O R H R[ C R' OH C R H O R C* C R'
]
d,l－ R
C* C R'
外消旋化
因为当酮式转变为烯醇式时，手性碳原子变成了平 面型的非手性碳原子。当其再变为酮式时，氢可以从 平面上面，也可以从平面下面回到手性碳原子上。这 两个机会是相等的，因而生成等量的相反构型的酮， 实现了外消旋化。
H Cl Cl H F H H Cl H F F H Cl H H Cl F H Cl H H Cl H F H F H
180° 绕 轴 旋转
+B (Ⅰ)
-B （Ⅱ）
+B （Ⅲ）
-B （Ⅳ）
其中(Ⅰ)与(Ⅳ)，(Ⅱ)与(Ⅲ) 互为对映体。因此，有两对对 映体，而(Ⅰ)与(Ⅱ)或(Ⅲ)，(Ⅳ)与(Ⅱ)或(Ⅲ) 则为非对映 异构体。
旋光异构
CHO H H OH OH CH2OH HO HO CHO H H CH2OH HO H CHO H OH CH2OH H HO CHO OH H CH2OH
构象非对映异构
如
H H
CH3 CH3 H H
与 H
两种异构体A和B
A和B分子中的原子是否具有相同的连接顺序 否 构造异构 是 立体异构 A和B是否具有不能相互重合的实物与镜像 是 对映异构 否 非对映异构
本章主要内容
2.1 旋光异构 (对映异构)
旋光性与分子结构的关系 2.1.2 含一个手链碳原子化合物的旋光异构 2.1.3 含两个及多个手性碳原子的化合物的 旋光异构 2.1.4 外消旋化及构型的转化 2.1.5 外消旋体的拆分 2.1.6 手性合成——不对称合成 2.1.7 分子的不对称性
H R O R H R[ C R' OH C R H O R C* C R'
]
d,l－ R
C* C R'
外消旋化
因为当酮式转变为烯醇式时，手性碳原子变成了平 面型的非手性碳原子。当其再变为酮式时，氢可以从 平面上面，也可以从平面下面回到手性碳原子上。这 两个机会是相等的，因而生成等量的相反构型的酮， 实现了外消旋化。
H Cl Cl H F H H Cl H F F H Cl H H Cl F H Cl H H Cl H F H F H
180° 绕 轴 旋转
第二章 立体化学
法命名。
三、外消旋体的拆分(resolution of racemate)
非手性分子在非手性（原料、试剂、溶剂、催化剂等 都没有手性 ）条件下反应，得到的往往是外消旋体。
化学拆分法
外消旋体的拆分方法较多，常见的有微生物降解法、 柱色谱分离法、诱导结晶法以及化学拆分法等。 化学拆分法：通过手性试剂（拆分剂）转化为非对映 异构体，然后用物理方法分步结晶或蒸馏分离，分离 后再恢复到原来的左旋体和右旋体，即达到分离的目 的。 外消旋乳酸的拆分过程如下：
外消旋乳酸化学拆分：
外消旋乳酸化学拆分：
化学拆分法
用化学方法拆分外消旋体，关键是拆分剂的选择。 拆分剂必须满足以下条件：
1）拆分剂与被拆分的外消旋体之间的化合物必须是 容易形成，且容易分解； 2）所形成的化合物，二者物理性质(溶解度、沸点等) 差别较大。
规律：碱性拆分剂用于酸性物质，酸性拆分剂用于碱 性物质。
高等有机化学
第二章 立 体 化 学
Stereochemistry
第二章 立体化学
本章内容：
一、立体化学基础 1. 异构现象 2. 对映异构现象
萜类
3. 旋光化合物分类
4. 对映异构体的表示方法
5. 次序规则与构型的命名（重点） 二、环状化合物的立体异构 三、外消旋体的拆分（化学拆分法） 四、立体专一性反应与立体选择性反应（了解）
（4）Fischer投影式 •在书写Fischer投影式时有一个约定俗成的规则： 水平方向上的价键（横键）及其所键接的基团都指 向纸平面的前方，竖直方向上的价键（竖键）及其 所键接的基团都指向纸平面的后方，也就是常说的 “横前竖后”原则。
•在平面投影式中，横线代表伸向纸平面前面的键， 竖线代表伸向纸平面后面的键，两线交点在纸平面上， 代表手性碳原子。需要注意以下几点：
三、外消旋体的拆分(resolution of racemate)
非手性分子在非手性（原料、试剂、溶剂、催化剂等 都没有手性 ）条件下反应，得到的往往是外消旋体。
化学拆分法
外消旋体的拆分方法较多，常见的有微生物降解法、 柱色谱分离法、诱导结晶法以及化学拆分法等。 化学拆分法：通过手性试剂（拆分剂）转化为非对映 异构体，然后用物理方法分步结晶或蒸馏分离，分离 后再恢复到原来的左旋体和右旋体，即达到分离的目 的。 外消旋乳酸的拆分过程如下：
外消旋乳酸化学拆分：
外消旋乳酸化学拆分：
化学拆分法
用化学方法拆分外消旋体，关键是拆分剂的选择。 拆分剂必须满足以下条件：
1）拆分剂与被拆分的外消旋体之间的化合物必须是 容易形成，且容易分解； 2）所形成的化合物，二者物理性质(溶解度、沸点等) 差别较大。
规律：碱性拆分剂用于酸性物质，酸性拆分剂用于碱 性物质。
高等有机化学
第二章 立 体 化 学
Stereochemistry
第二章 立体化学
本章内容：
一、立体化学基础 1. 异构现象 2. 对映异构现象
萜类
3. 旋光化合物分类
4. 对映异构体的表示方法
5. 次序规则与构型的命名（重点） 二、环状化合物的立体异构 三、外消旋体的拆分（化学拆分法） 四、立体专一性反应与立体选择性反应（了解）
（4）Fischer投影式 •在书写Fischer投影式时有一个约定俗成的规则： 水平方向上的价键（横键）及其所键接的基团都指 向纸平面的前方，竖直方向上的价键（竖键）及其 所键接的基团都指向纸平面的后方，也就是常说的 “横前竖后”原则。
•在平面投影式中，横线代表伸向纸平面前面的键， 竖线代表伸向纸平面后面的键，两线交点在纸平面上， 代表手性碳原子。需要注意以下几点：
151013_第二章立体化学原理
例 2－3：
C O
NH2 C H CH3
UV ORD
在同一波长下，一对 对映体具有相反的分子椭圆 率()，因此，在CD谱上表
CD
现为对映相反的吸收。 测定ORD或CD为主要判 定对映体纯度和确定化合物 构型的主要方法。但手性 HPLC及手性GC亦可用于对映 体的分析甚至分离制备。
2
例 2－4：
2.1.1 手性碳
连有四个不同原子或基团的碳原子称为手性碳原子(Asymmetric Carbon Atom), 在分子环境中该碳原子不具有任何对称因素。具有 一个或多个手性碳原子的化合物是一类最庞大的有机化学手性分子 库。
任何具有一个对称面的分子将能与其镜像重叠，是非手性 的(Achiral)：
FIGURE 1. (a) The CD spectra of 1 (dash line), SR (full line), and SS (dot line). (b) The CD spectra of SS (dot line) and RR (dash-dot line). J. Org. Chem. 2009, 74(8), 3164–3167.
由于手征性(Chirality)是用来描述一种物体和它的镜像 不能重叠时的情况的一个名称，所以不需要借助于任何可测 量的物理或化学性质就能够描述它。
1
旋光度的符号和大小与测量的温度、溶剂和射入样 品的入射光的波长等因素都有关系。 一般旋光度的单波长测量都采用钠灯光源589 nm波 长的发射光，该波长称为钠的D线波长，因此，所测定的 旋光度常记述为[]D。
3
2.1.4 Fischer 惯用法(D&L)
Fischer 以右旋(+)-甘油醛的构型作为标准，并规定其构型为D；甘油 醛的左旋异构体为其镜像构型，将它规定为L。一个手征分子的构型将 根据它与D-甘油醛的构型相似还是与L-甘油醛的构型相似而规定为D或 L。
高等有机第二章 立体化学
第二章 立体化学第一节 概论一、同分异构体的分类分子式相同而化合物不同称为同分异构体。
如：正丙醇和异丙醇。
可分为两类：1、构造异构：分子中原子互相连接的方式和次序不同而产生的同分异构体。
又可分为三类：（1） 碳架异构：正丁烷、异丁烷 （2） 位置异构：正丁醇、2-丁醇（3） 互变异构：官能团发生变化 酮式与烯醇式（见下页）化合物的结构处于二种或多种结构的迅速平衡状态，这中现象称为互变异构。
特征：（1）C —C 键不改变 （2）可移动的是质子 例：烯醇式互变COCH 3CH 3C CH 2CH OH与共振的区别：仅单双键之变化，无质子移动。
（4）官能团异构：官能团不同 CH 3CH 2OH 、CH 3-O -CH 32、立体异构：分子中原子互相连接方式相同，但原子在空间的排列方式不同而引起的同分异构体。
可分为二类：（1）构象异构：在不断开键的情况下，通过单键的旋转或翻转而造成原子在空间的不同排列方式。
HH 交叉式重叠式分子的构象可以无穷个，但稳定存在的构象却是恒定的（2）构型异构：经过断键和再成键的过程可造成的原子在空间的不同的排列方式为构型异构。
其中又分为二类：（i ）顺反异构：双键和环上顺-丁-2-烯、反-丁-2-烯（烯烃—顺反）顺-1,2-两甲基环己烷和反-1,2-两甲基环己烷（环） （ii ）光学异构：对偏振光的作用而产生的差异。
对映体，对映异构——互为镜象非对映体：部分为互为镜象，部分为相同的立体结构 （i ）含不止一个手性原子 （ii ）烯烃的顺反异构现象 （iii ）环化合物的顺反异构光学异构也可称为不对分子、手性分子等。
二，不对称化合物的种类：1、中心不对称类化合物（最为常见） Central chiralityCH 3CH COOHNH 2CH 3CH COOH OHNON O （乳酸）L 型：用作化妆品的换肤剂D 型：无效、刺激剂，并不换肤D 、L 型：无效物H2COOH CONH 2H 2NCOOHCONH 2（S 型）天冬酰胺 （R 型） 苦的 甜的2、轴不对称性化合物 Axial chirality如HOHO旋转禁止3、平面不对称性化合物CH 3COOH Fe其余尚有螺旋产生的手性HH第二节 立体结构的确定 一、光学异构体中的R/S 规则将手性碳上相连的四个原子基团按原子序数排列，使眼、手性碳和最小序数的原子处于一直线上，原子序数由大到小，顺时针为R ，逆时针为S 。
第2章立体化学
3C3H
1COOH 1COOH
H2 B r+ B r2 H
3C3H
3C3H
(R)
(S)
C-2的两个H地位并不相等。象CX2YZ分子中的碳 原子被称为潜手性中心(prochiral center)；分子中的
X被不同于X,Y,Z的基团取代后形成的对映体时，两个
基团(X)称为对映异位基团；两个基团的这一关系称为
被D代后，得S-构型——Hs 被D代后，得R-构型——HR
CH 3
CH 3 Pro-R H
C2H5
H Pro-s
D
H
C2H5 R
CH 3
H
D
C2H5 S
（二）潜手性面(prochiral face)
具有对称面的不饱和键经过加成得到一对对映体， 可说明另一种潜手性关系，即 Prochiral face.
2、对称中心
Br H F HA.H F H Br
H Br F H.AH F
Br H
结论：含对称中心的分子，与其镜像能够重
合，是对称分子，即非手性分子。
3、手性中心
（1）手性碳 凡是连有4个不同原子或基团的碳原子称为手
性碳原子（chiral carbon atom），或称手 性中心（chiral center）。
a. 丙二烯衍生物 （具手性轴）
C 6 H 5
C 6 H 5
CCC
a1 -H 0 C 7
C 1H 0 7 - a
C 3H
C 3H
CCC
H
H
b. 联芳基型化合物（具手性轴）
CH3 H3C
NH2 H2N
NO2 HOOC
O2N COOH
O2N COOH
1COOH 1COOH
H2 B r+ B r2 H
3C3H
3C3H
(R)
(S)
C-2的两个H地位并不相等。象CX2YZ分子中的碳 原子被称为潜手性中心(prochiral center)；分子中的
X被不同于X,Y,Z的基团取代后形成的对映体时，两个
基团(X)称为对映异位基团；两个基团的这一关系称为
被D代后，得S-构型——Hs 被D代后，得R-构型——HR
CH 3
CH 3 Pro-R H
C2H5
H Pro-s
D
H
C2H5 R
CH 3
H
D
C2H5 S
（二）潜手性面(prochiral face)
具有对称面的不饱和键经过加成得到一对对映体， 可说明另一种潜手性关系，即 Prochiral face.
2、对称中心
Br H F HA.H F H Br
H Br F H.AH F
Br H
结论：含对称中心的分子，与其镜像能够重
合，是对称分子，即非手性分子。
3、手性中心
（1）手性碳 凡是连有4个不同原子或基团的碳原子称为手
性碳原子（chiral carbon atom），或称手 性中心（chiral center）。
a. 丙二烯衍生物 （具手性轴）
C 6 H 5
C 6 H 5
CCC
a1 -H 0 C 7
C 1H 0 7 - a
C 3H
C 3H
CCC
H
H
b. 联芳基型化合物（具手性轴）
CH3 H3C
NH2 H2N
NO2 HOOC
O2N COOH
O2N COOH
第2章 立体化学 (研10)
同分异构
异构现象： 异构现象：
• 立体化学起源于 立体化学起源于1848年， 法国化学家巴斯德 年 法国化学家巴斯德 巴斯德(Pasteur) 将外消旋的酒石酸铵钠的结晶， 将外消旋的酒石酸铵钠的结晶，分离成左旋体和右旋 体，从而发现了对映异构现象。 从而发现了对映异构现象。 • 立体化学是研究化合物分子在三维空间的立体形象与 其物理性质， 其物理性质，反应性能以及生理活性之间的关系的科 学。 • 立体化学已成为化学学科的一个重要分支，研究分子 立体化学已成为化学学科的一个重要分支， 的立体结构与性能之间的关系已成为化学的一项重要 内容。 内容。
CO2H H HO C C OH HO H
H
CO2H C C H H OH H
CO2H C C OH HO OH HO
CO2H C C H H
CO2H
CO2H
CO2H
CO2H
(a)
对映体
(b)
(c)
←相同 →
内消旋体
(d)
含对称面，对位交叉式构象含对称中心。 含对称面，对位交叉式构象含对称中心。是 非手性分子，称内消旋体。 非手性分子，称内消旋体。
如果偏振光通过由手性分子组成的介质则右旋圆偏振光从右边接近分子左旋圆偏振光从左边接近分子由于分子的不对称性这两种圆偏振光所遇到的基团不同不同基团的极化度不相同所以两种圆偏振光的折射率不同即两种圆偏振光经过手性分子时所遇到的阻力不同从而使二者传播的速度不同
第
2
章
立 体 化 学原理
Stereochemistry
四、非对映体和内消旋体
1、非对映体 、 当分子中有n个手性碳原子时， 最多有 当分子中有 个手性碳原子时，则最多有 个手性碳原子时 2n个立体异构体。 个立体异构体。 * * CH2 CH CHCHO
立体化学chapter 2
2.1 Basic Concepts and Principles
Several types of isomerism Including constitutional, configurational, and conformational isomerism.
Constitutional isomers (structural isomers) Molecules with the same atomic composition but different bonding arrangements between atoms. Differ in the order in which the atoms are connected so they contain different functional groups and / or bonding patterns
2.1 Basic Concepts and Principles
Practice:
2. Draw formulae of all possible isomers which have the empirical formula C3H6O.
O
S
O CH3
R
O OH H3C C H 3C CH 3 H3C D CH 2
2.1 Basic Concepts and Principles
2.1 Basic Concepts and Principles
Geometric isomers Configurational isomers that differ in the spatial position around a bond with restricted rotation (e.g. a double bond)
第二章-立体化学PPT课件
1.由手性底物出发
M e H CC O1 .i-B u M g B r
H B u -i
M e
O H
CC +
H O H
M e
B u -i
CC
E t
2 .H 3 O + M e
E t
M e
E t
M e
(A)64% (B)36%
(ee%=28%)
手性合成的效果通常用ee%值表示， ee值就是对 映体过量值也称对映体过量百分率。
.
6
二、手性分子的类型 1.含手性中心
与四个不相同的基团相连的原子就是手性中心 (1)手性碳
.
7
含一个手性碳的化合物：
构型的表示方法： 透视式：
Fischer投影式：
.
8
构型标记法：
D/L标记法 R/S标记法
.
9
.
10
(R)
(R)
(1) -OH, (2) -CHO, (3) -CHOH, (4) -H
C H 2O H
C H 2O H
C H 2O H
D - ( - ) - 赤 藓 糖L - ( + ) - 赤 藓 糖 D - ( - ) - 苏 阿 糖L - ( + ) - 苏 阿 糖 ( 2 R , 3 R ) - 赤 藓 糖 ( 2 S , 3 S ) - 赤 藓 糖 ( 2 S ,3 R ) - 苏 阿 糖 ( 2 R ,3 S ) - 苏 阿 糖
H
O CH3
CH3
丙胺卡因
.
NH2 CH3
甲苯胺
36
例如：治疗帕金森病的药物多巴，只有(S)-对 映体有效，而(R)-对映体有严重的副作用。
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2.8 潜手性分子（prochiral molecule）（略）
一个原子或基团被取代或发生其它反应形成手性
分子的非手性分子叫做潜手性分子，而发生反应的 对称原子叫潜手性原子。
H C Me Cl Me H H C Cl Br + Me Br C Cl H
潜手性分子
手性分子
X C Z
X Y
X C Z
H CH3 CH 3 H O CH3 H H O
b
H
CH 3
2.7 立体专一反应和立体选择反应
a
b
OH CH 3 CH3
a
2.7 立体专一反应和立体选择反应 2.7.1 立体专一反应(stereospecific reaction)
凡互为立体异构体的反应物在相同的条件下生成不同的立 体异构产物的反应叫立体专一性反应。
O O O OH + O
O OH O
chiral reagent
chiral reagent (+)-DET (-)-DET
1 : 22 90 : 1
2.10 构象分析(conformational analysis) 研究分子中优势构象的存在以及构象对分子的物理 性质和化学性质的影响称为构象分析。 内消旋二溴芪在KI-丙酮溶液中脱溴的反应比旋光体快 100倍. 内消旋体的优势构象中两个溴处于反位，而发生 E2 消 除的立体化学为反式消除，其过渡态的位阻较小，活 化能低，反应速度快。
( 非手性分子)
潜手性
外消旋体 ( 手性分子)
2.9 不对称合成(略)
分子整体中的一个对称结构单位被一个试剂转化
成一个不对称的单位 , 从而产生不等量的旋光体产
物的反应叫不对称合成(asymmetric synthesis)。 不对称合成的产物不需要分离就存在旋光性 ,它属 于立体选择性反应。 反 应 的 效 率 用 对 映 体 过 量 百 分 数 (e.e,
一般情况下：O.P = e.e
实现不对称合成的方法有： （1）利用手性辅助试剂(chiral auxiliary)的不对
称合成（p31-33）
A S* AS* S*T* T*
S*为手性辅助试剂
使用了手性试剂(-)-薄荷醇,第一步形成了丙酮酸(-)-薄荷酯，这是手性化合物(酯的-C为R构型)。
机会大
含 - 手性碳的醛（酮）的还原得非对映异构体，
其立体选择性遵从Gram规则。
CHO H Me (S)-2-苯基丙醛 Ph + MeMgI ether H 3O+ H H Me 67% Me OH + Ph H Me 33% Ph HO Me H
(2 S,3 S)-3-苯基-2- 丁醇 (2 R ,3 S)-3-苯基-2- 丁醇
(2 S,3 S)-3-苯基-2- 丁醇 (2 R ,3 S)-3-苯基-2- 丁醇
赤式
苏式
空阻小
OH
O H Me MeMgI H 3 O+
ether
Me
Me
H Me Ph
H H Me
OH Ph
H
H Ph
优势构象
还原含-手性碳的醛酮时，手性碳上两个体积较小的 基团（S与M）分处于羰基平面两侧，体积最大的基团 L则与羰基呈反位重叠式构象，还原剂从体积较小的 S 与M之间进攻羰基占优势，这就是Gram规则
( R)-2-丁醇
C6 H 13 H C + ICH3 ( S) -(-)-2- 碘辛烷
128 -
I
C 6 H13 H + C H3 C
I
128
I
( R) -(+)-2- 碘辛烷
2.5 外消旋化（racemization） 旋光性物质转化为不旋光的外消旋体的反应叫外 消旋化。 极个别旋光体在室温不用加热、光照或催化剂，
反式消除反应 2.7.2 立体选择反应（stereoselective reaction）
如果某一立体异构体反应物能同时生成几种立体异
构体产物，其中一种的量超过其它立体异构体，这种 反应称为立体选择性反应。
H CH3 CH3 CH3 t -BuOK CH3CH2CHCH3 C C + + CH3CH2CH CH2 C C DMSO H I H CH3 H 60% 20% 20%
(3)利用不对称催化(chiral catalysis)的不对称合成
A Cat* T*
手性催化剂可循环使用,具有手性放大效应。
手性钛酸酯和过氧叔丁醇(Sharpless试剂)对烯丙醇的 不对称环氧化。
R'' R R' BuOOH, Ti(OPr i)4 R'' O OH L-(+)- or D -(-)-DET R
赤式
苏式
空阻小
OH
O H Me MeMgI H 3 O+
ether
Me
Me
H Me Ph
H H Me
OH Ph
H
H Ph
优势构象
还原含-手性碳的醛酮时，手性碳上两个体积较小的 基团（S与M）分处于羰基平面两侧，体积最大的基团 L则与羰基呈反位重叠式构象，还原剂从体积较小的 S 一侧进攻羰基占优势，这就是Gram规则
就能自行外消旋化。多数外消旋化一般要在加热、
光照、催化剂或化学试剂作用下才能发生。 （1）含-H和-手性中心的羰基化合物通过酮型烯醇型互变异构可自行外消旋化。 如（+）-2-苯基丙酸缓慢失去旋光性。
Ph H 3C H R C C
O
Ph H C C
O
OH
H 3C S
OH
非手性的平面性烯醇型
（2）反应因形成平面型的碳正离子发生外消旋化。
25 C
S
S
构型保持的反应的相关手性中心的化学键在反应过程中 没有发生化学键断裂。
多步反应后构型保持:
C 2H 5 HO H3C H C C C2 H5 Cl OH -O
C 2H 5 C 2H5 C C H Cl
C 2H 5 C O
C 2H 5
OHC H CH 3
H3 C
-O
C 2 H5 C2 H5 C C H OH
主要从a键方向加成得较稳定的反-4-叔丁基环己醇
a-H的位阻大
H H t -Bu O
+ LiAlH(OCH3 )3 H 3 O
体积较大
H H t -Bu major OH
空间有利
含 - 手性碳的醛（酮）的还原得非对映异构体，
其立体选择性遵从Gram规则。
CHO H Me (S)-2-苯基丙醛 Ph + MeMgI ether H 3O+ H H Me 67% Me OH + Ph H Me 33% Ph HO Me H
2.1 对称性与手性
对称面与对称中心 不对称分子一定是手性分子，有对映异构，有旋光性。
2.2
旋光化合物的分类
（1）有手性碳原子的化合物 （2）有其它手性原子的化合物 （3）有三价手性原子的化合物 （4）含手性轴的化合物
2.3 含两个或多个手性碳原子的化合物的旋光 异构
含n个不同手性碳原子的化合物有2n个旋光异构，有相 同手性碳原子时，会有内消旋体，旋光异构体少于2n。
位置选择性为查氏消除，立体选择性为过渡态的位
阻较小
I H 3C H H H CH 3 -HI H3 C C H C CH 3 H
I H H CH 3 CH 3 H -HI H3 C C C H CH3
底物甲基之间的 位阻较大，过渡 态位阻增加更大
H
LiAlH4体积 较小
H H t -Bu O LiAlH4 H 3O+ t -Bu major H H OH
高等有机化学
第2章 立体化学
分子式相同，原子的成键顺序不同。 碳骨架异构 构造异构 官能团异构 官能团位置异构
互变异构
同 分 异 构
分子构造相同，原子或原子团在空间 的排列不同。
对映异构
构型异构 非对映异构
顺反异构 非对映异构
构象异构
分子构型相同，由于单键 的自由旋转，原子或原子 团在空间的排列不同。
Ph H H Ph Br Br OH
-
Ph
H C Ph C
Br Ph
H Br Ph
Br H
OH
-
Ph C H C
Br Ph
(2S,3R) meso
顺-1-溴-1,2-二苯乙烯 （E）-1-溴-1,2-二苯乙烯
(2S,3S) 外消旋体之一
反-1-溴-1,2-二苯乙烯 (Z)-1-溴-1,2-二苯乙烯
Ph H Br Ph meso Br H Br Br Ph Ph H H H H Ph Ph Br Br
旋光体
2.10.1 开链体系的构象 对于丁烷及XCH2-CH2Y结构的化合物，一般情况为对位 交叉式构象为优势构象，但含卤素或羟基的化合物由
噁唑啉酮是手性辅助剂,在酰胺的-位借助碱，进行
不对称烃基化反应
Me O O (1) LDA N O (2) PhCH CHCH Br Ph 2 O O N O
84%
LiAlH4
Ph 71%
OH
LDA= (i-Pr)2NLi
(2) 利用手性试剂(chiral reagent)的不对称合成
A
S*
T*
t
R' OH
Y: 70-90% e.e: 90%
O O OH
t
BuOOH, Ti(OPr i)4
O O O OH d.e: 70%
这是底物控制的不对称合成
t
Ph
O
OH
BuOOH, Ti(OPr i) 4 Ph (+)-DET