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。
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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H HOOC
NO2 NO2
H
COOH
H
H
HOOC
NO2 NO2
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
3)其他：
手性平面
分子即没有手性中心也没有手性轴，但分子整体具有 手性，分子的手性与较多原子构成的平面相关联，称 此手性分子具有平面手性。
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潘托拉唑
H N N .. CH3 O Ss N O
Omeprazole 奥美拉唑
CF3
Lansoprozole 蓝索拉唑
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2)、手性轴
• 分子的轴上原子不是对称地被取代，而使分子整体产生 手性，这种轴称为手性轴。
• 分子的手性与处于手性场合的某些特定原子相关联， 如较多原子组成的轴状结构，称此手性分子具有手性轴
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1、手性的类型
1）、手性中心
•多数不对称性是在三面体碳转化为四面体碳(即由sp2
杂化态转变为sp3杂化态)时形成。 • 该转化可在羰基、烯胺、亚胺和烯烃的官能团位点 上发生。
..
C
..
P
..
S
N
O
sp3
例如:
a）手性氮化合物
N O Me
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手性药物政策
•美国食品与药物管理局(FDA)在1992年的政策规定： 对于含有手性因素的药物倾向于发展单一对映体产品。 •目前，我国的SFDA对于申请新的外消旋药物，要求 对两个对映体都必须提供详细的生理活性和毒理数 据，而不得作为相同物质对待。
手或 handedness) 是用来表达化合物分子结构不 对称性的术语。
手套与左右手的相互关系
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•手性是由物体的三维取向所引起的, 如果一个 物体不能与其镜像重合，该物体具有手性; 该 物体与其镜像，彼此是互为对映的，相互称为 对映体。
COOH COOH OH HO H
COOH H H
CH3 H
.H
COOH
CH3
4）更迭旋转轴对称因素（Sn） ——围绕某 轴旋转360度/n, n=2,3,4,……，然后对垂直于 该轴的平面作反射，若与原化合物相同，相应 地称之为n重交替对称轴。
H
H COOH CH3
COOH
H CH3 H 180 COOH H
CH3 H H CH3
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（2）、Cahn-Ingold-Prelog (CIP)惯例
R, S 惯例：
系由Cahn、Ingold和Prelog于1951年提出，并 于1956年和1966年进行了修订——CIP惯例。
b a d C a b C d c c C d b a b
• 手性和手性药物
• 一对对映体在生物体内的药理活性、代谢过程、代谢 速率及毒性等常存在显著的差异。
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（一）只有一种对映体具有所要求的药理活性， 而另一种对映体则没有显著的药理作用.
β受体拮抗剂
均以外消旋体给药
阿替洛尔
普萘洛尔
美托洛尔
一般用于窦性心动过速及早搏等，也可用于高血压、 心绞痛及青光眼
H HO OH
COOH COOH
H
H
CH3
CH3
CH3
CH3
乳酸的两个对映体的镜像关系
手性中心通过三个条件之一而形成：
（1）、化合物带有不对称碳原子（不对称碳原子的 存在对于光学活性既非必要条件也非充分条件） （2）、化合物带有其它四价共价键联的不对称原 子，四个价键指向四面体的四个角，且四个基团不相 同，它们是：Si, Ge, Mn, Cu, Bi, Zn ——形成四 面体配位。 （3）、化合物带有三价的不对称原子 原子带有角锥键，与三个不同的基团相连，未共享电 子对类似于第四基团——倒伞效应。
CH3 C C H
H CH3
Cl Cl Cl
Cl
C2
C4
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2）平面对称因素(σ)
对称面（以σ表示）——相对于某一平面对称，被
平面分割的两部分是实物和镜象的关系. 如 内消旋酒石酸有一个对称面（垂直于碳链中心）
COOH HO H H HO OH H COOH
沙利度胺 （反应停） R体镇静，S体致畸
(R)(+) Thalidomide
O O
H
(S)(-) Thalidomide
O O
H N
H N O
N
H
N
O
O a sedative and hypnotic
O a teratogen
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•手性药物的锁匙理论：一把钥匙开一把锁！
F 对称面 H Cl Cl F
CH3 Cl
COOH HO H HO H COOH
H C Cl
σ
H
CH3
2-氯丙烷
Cl
CH3 对称面 H C C CH3
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H
• 3）、中心对称因素(i)
• 对称中心（以i表示）——围绕某一中心四面对
称, 分子中所有原子或基团都通过一个中心而对称.
CHO H OH HO
CHO H CH2OH H
COOH OH HO CH3
COOH H CH3 H2N
COOH H CH3 H
COOH NH2 CH3
CH2OH
D-(+)-(R) L-(-)-(S) 甘油醛
D-(-)-(R) L-(+)-(S) 乳酸
L-(+)-(S) D-(-)-(R) 丙氨酸
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手性药物带来的市场效益及增长的需求
•2000年
手性药物销售1320亿美元，
•1997年
•1990年
手性药物销售910亿美元，
手性药物销售180亿美元.
其中，2002年全球500种畅销药物中手性药物有289 种，占59％。
学习立体化原理的目的：
乳酸的镜像关系
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立体化学的发展追溯到19世纪：
1846年， Pasteur提出偏振光的旋转是由非对称性引 起的。非对称性造成了旋转偏振光的能力。 1874年，J.H.van’t Hoff, J.A.Le Bel分别提出碳的四 面体模型是分子非对称性和旋光的起因。认为物质 的光学活性现象是分子非对称性的象征。 ——标志着立体化学的诞生
•• 螺旋手性：
螺烯
分子像盘旋的扶梯
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2、构型及其标记
1) 表示分子立体构型的方法
透视式 纽曼（Newman）投影式 费歇尔（Fischer）投影式
H
H H H H H
H H H H
COOH H2N
H
C CH3
H
H
2) 绝对构型及标记
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手性药物结构确证
——原料药结构确证指导原则
•提供相应图谱和（或）数据，以证明测试样品是单 一光活体或立体异构体混和物，以及混合物的组成情 况和比例。 •不管是单一光活体或立体异构体混合物，均应测定 比旋度。 •单一光活体应确证其绝对构型，首选方法是单晶X射线衍射（SXRD）。也可选用其它合适方法，如旋 光光谱（ORD），圆二色谱（CD）以及化学方法。 已知的起始原料构型和化学合成方法的立体选择性也 可以作为证据。
（二）对映体活性不同，但具有取长补短的作用
茚达立酮
（三）两个异构体具有相反的作用
利尿药依托唑啉右旋体具有利尿作用，左旋体具有抗利尿作用
（四）对映体中的两个 化合物有等同的药理活性.
O
F
.
COOH 1/2 H2O N OMe
Me
HN
N
加替沙星
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(axial chirality)
• 主要有五种类型手性轴分子：丙二烯类、亚烷基 环己烷类、螺烷类、联芳烃类、金刚烷类
A
A C C C B
A
B
A C C C B
B
H C
H3C
COOH H
HOOC H C
H CH3
•含有手性轴的分子,虽无手性中心但分子整体具有手性，能以一对对映体存在.
•含有手性轴的分 子,虽无手性中心 但分子整体具有手 性，能以一对对映 体存在.
Enantiomers
mirror images
mirror plane
OH
H HO 2C CH3 CH3
OH H CO 2H
(S)(+) lactic acid from muscle tissue o [] = +13.5
(R)(-) lactic acid from milk o [ ] = -13.5
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手性药物结构确证
——原料药结构确证指导原则
•外消旋体或立体异构混合物。当分子中有多个手性 中心（手性轴、手性平面）时，也应确证各组分构型 （或相对构型），并测定各立体异构体的比例。 • 如已有实验证据或文献报告显示不同立体异构在药 效、药代或毒理等方面有明显不同或有相互作用，混 合物中各组分的构型确证和比例测定应严格要求和提 供充分的图谱、数据。