高等有机化学立体化学
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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
南开大学高等有机化学课件-第二章立体化学原理
立体异构(Stereoisomer)是指具有相同构造而仅在某些
原子或基团的空间排列上不同的几种结构。它属于拓扑学
范畴，分析其相互关系时很重要。 如果两个立体异构之间的关系是一个物体与其不能重
叠的镜像之间的关系时，那么这两个结构就是对映异构体
(Enantiomer)，并且每一个结构都称为手征性的（Chiral)。 不是对映体的立体异构体是非对映异构体
光学纯度与对映体过量(Enantiomeric Excess, e.e.)数 值相等
ee =
[R] - [S] [R] + [S]
X 100%
测定旋光度随波长的变化，比在单一波长上测定旋光度
可提供更多的信息，对确定分子的手性非常重要，这种技
术叫旋光色散(Optical Rotatory Dispersion, ORD) 。 所得到的旋光度随波长的变化曲线被称为旋光色散曲线 (ORD Curve), 该曲线取决于分子的构型其吸收光谱，可用 于判别其构型与已知的相似分子构型的关系。
(Enantiomerically Pure or Homochiral)化合物。
而当某一种对映体的含量超过其另一种时成为富对映 体(Enantiomerically Enriched),它将有净的偏振光的偏离 值并称为旋光活性(Optically Active)的。
除了构造和构型以外，还有第三个重要的结构层次即
顺序规则
原子大小排序, 递降时序位排列顺时针 为RR-(rectus) 右, 顺 S-(sinister) 左, 逆
Fisher投影式
CH3 Ph H CH3 H H Ph CH3
锯架式
H CH3 H Br Ph
Newman投影式
Chapter-2 立体化学
O CH2
HO2C 3 (CH2)n
21 O CH2
Rp
导向原子
3 CO2H
1
Fe 2 PPh2 导向原子
Sp
12
2
2015-10-15
2.2 几组立体化学名词
(1) cis和trans
除 双 键 有 cis/trans 异 构 体 外 , 两 个 烯 键 之 间 的 单 键 C(sp2)−C(sp2)也有s-cis和s-trans之分。
15
Ph
H
CH3
H
CH3
Br
赤式
Br
CH3
H
H
CH3
OH
苏式
Br
CH3 H
H CH3
Ph
Br
Ph
CH3 H
CH3 H
赤式
Ph
H
CH3
H
CH3
Br
16
H CH3
Ph
H CH3
N(CH3)2 O
O
N(CH3)2
H
CH3
H
CH3
Ph
赤式
Br
H
Me
H
Me
Br
Me H
H
Br Me
Br
Br
Me
H
H
Me
Br
苏式
CHO
14
在Fischer投影式中, 将不同的基团写在竖键上, 凡是相同基 团位于同侧的是赤式, 相同基团位于异侧的为苏式。
Y XW XW
Z
Y WX WX
Z
Y WX XW
Z
Y XW WX
Z
赤式dl对
苏式dl对
赤式和苏式各有一对对映体, 赤式和苏式互为非对映体。 若Y=Z时, 赤式为内消旋体, 苏式仍含一对对映体。
高等有机化学教案2立体化学.ppt
CH3
CH3
A
H
C
C
C H
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心 端位上连接的基团 处于
垂直 平面
H CH3
CH CH3
不同取代开链叔胺分子不具有旋光活性：
R
R' N R"
R
N
R' R"
两种对映体因快速翻转 相互转化，导致消旋。
手性中心 － 其它杂原子：
S CH2Ph O
[α]27D = +92.4°
下列化合物是否具有芳香性， 其HNMR有何特征？
H H H
H
HH
H HH
H
HH
HH
H H H
H
H O CH3 CH3O H
H
H
手性中心 － C、N、或其它杂原子： H H Ph
Ph H H
手性中心 连接 基团 相似 分子 仍
旋光活性
CH3 HD
C2H5
[α]25D = -0.56
同位素 手性中心
相当于溴代丙酸
CH3 *
CH3
H* * COOH * Br
C COOH H
Br
金刚烷桥头C原子 1, 3, 5, 7位 不同基团 旋光活性
分子构造相同，原子或原子团在空间
分子
的排列不同。
结构
分子构型 对映异构
(Structure) (Configuration) 非对映异构 顺反异构
非对映异构
分子构象 分子构型相同，由于单键 (Conformation) 的自由旋转，原子或原子
团在空间的排列不同。
一. 对映异构 (Enantiomerism)
高等有机化学-第4章-立体化学
性质 顺式 反式
1, 2-二氯乙烯顺反异构体的物理性质
μ/10-30C·m 6.34 0
b. p./℃ 60.3 47.5
d
20/g·ml-1
4
1.2837
1.2565
n20 D
1.4490 1.4454
m.p./℃ −80.5 −50.0
(二) 含C=N和N=N的化合物 在这些化合物的分子中，同样是由于键阻碍了双键两个原
NH2 NH2
(S)-(−)-2, 2’-二氨基-6, 6’-二甲基联 苯
分子中具有手性面的化合物：
(CH2)8
O
O
HOOC
(CH2)8
O
O
COOH
取代对苯二酚双环醚衍生物，其手性面是包括氧原子并与 苯环垂直的平面。
二. 前手性关系 前手性中心: 对于非手性分子如CH3CH2CH3，其C-2上的任一氢原子被取代 后所形成的两个新分子是完全一样的仍是一个非手性分子：
O
二重对称轴
C O
O
C O
1，6−二氧杂螺 [4，4] 壬烷
Cl
Cl
二重对称轴
Cl
反1，2−二氯环丙烷
Cl
分子中具有手性轴的手性分子：
H3C
CH3
CCC
H
H
(R)-(−)-1, 3-二甲基丙二烯
H3C
CH3
CCC
H
H
(S)-(+)-1, 3-二甲基丙二烯
CH3 CH3
CH3 CH3
NH2 NH2
(R)-(+)-2, 2’-二氨基-6, 6’-二甲基联 苯
H
H
C
CH3
CH3
大学本科有机化学07 立体化学-1
_ _ _ _ 1 苯基 1,3 戊二烯 _ _ _ _ (1E , 3E) 1 苯基 1,3 戊二烯 反,反
15
含C=N、N=N双键的化合物： 、 双键的化合物： 双键的化合物
CH3 C6H5
:
C=N
CH3 C6 H 5
OH
C=N
OH
:
(Z)
_
苯 乙酮 肟
_ ( E ) 苯 乙酮 肟
HO N=N
11
顺反异构体的命名方法： 顺反异构体的命名方法：
1. 顺/反标记法 反标记法 相同的原子或基团位于双键（或环平面） 相同的原子或基团位于双键（或环平面）的同侧为 顺式” 否则为“反式” “顺式”；否则为“反式”。
a C=C b
a b
a C=C b
b a
a b
a b
a b
b a
_ 顺式 (cis )
22
手性分子： 手性分子：有手性现象的分子
手性碳 —— 手性分子的特征
F H Cl C Br
* * 例： CH CHCHCH 3 3 连有四个不同基团的碳原子 连有四个不同基团的碳原子 手性碳( 手性碳(chiral carbon) carbon) 手性中心 (Chiral center) center)
constitutional
CH3 CH3 HO OH OH CH3 CH3 H3C OH HO cis trans CH3 OH OH OH CH3 OH CH3
C7H14O
OH
CH3 OH
CH2OH
H3C
OH
HO
CH3
CH3 CH3 OH
CH3
configurational
conformational
高等有机化学3
R' HH
O O H R R > H R'
较不稳定
较稳定
三．环状分子的构象（角张力） 六元环 （一）环烷烃及其衍生物 燃烧热（表3-1，P.68) 小环（环丙烷和环丁烷）的内能，比其它环烷烃高得多，说明 存在很大张力；环己烷张力最小。 （1） 小环 环丙烷：最大角张力，其次扭转张力较高。 （2） 普通环和环己烷衍生物 环戊烷：平面构象几乎没有角张力；但扭转张力较高。 环己烷：最稳定构象——椅型；船型构象不稳定。
C-2空间构型保持不变
C-2空间构型反转
另：SN2反应中的瓦尔登翻转（构型翻转）。
3—4 构象和构象分析 构象：由单键旋转所形成的分子中基团在空间不同排列的立体形象。 一．空间张力（steric strain） 用空间能反映空间能力；Es Es =E() + E() + E(r) + E(d) E()：键角张力。表示键角偏离正常键角（109.50）所产生的能量变 化，其大小与键角偏离值△的平方成正比； E()：扭转张力。连接于相邻原子上的非键基团所处的空间向位，相 对于对位交叉构象的空间向位所产生的能量变化，重叠式构象 时，扭转张力最大。它是由空间电子效应所引起的。 E(r)：拉伸张力。表示键长偏离正常键长的能量变化，其大小与键长 偏离值△r的平方成正比。 E(d)：非键张力。表示不成键的基团之间的吸引力和排斥力，它包括 范德华力，偶极（电荷）作用力，氢键作用力等。 在多数情况下，非键张力常常是范德华力（主要是色散力）作用的 结果。
（顺式） （反式）
两个不同的环并联时，有顺反异构体，也有对映异构体。
3—3 动态立体化学 一．立体选择反应（stereoselective reaction） 定义：同一反应物能够生成两种以上的立体异构物时，其一异构体生 成较多的反应。Eg.
高等有机化学课件3-第三章 立体化学
联苯类化合物
NO2 CO2H
NO2 CO2H
有对称面（能同镜影分子重选），非手性。
NO2 CO2H
CO2H NO2
CO2H NO2
NO2 CO2H
手性分子
6
Br Br 6'
Br
Br
2' 2 Cl Cl
Cl
Cl
(R)-2,2’-二氯-6,6’-二溴联苯
(R)-2,2’-dibromo-6,6’-dichlorobiphenyl
构型异构： 顺反异构： H
Cl CH3 Cl H
COOH H OH CH3 HO
CH3 H
COOH H CH3
H
对映异构：
D-(-)-乳酸 mp: 52.8° 非对映异构： H
H COOH OH OH CH3
L-(＋)-乳酸
COOH H HO OH H CH3
构象异构：
H H
CH3 H H CH3
V U X
R R
V W Z W Z
S S
V
V W X W X
S R
U X
U Z
R S
U Z
Y (A)
Y ( B)
Y (C)
Y ( D)
A和B（C和D）为对映异构体，A和C或者D（B和 C或者D）为非对映异构体。
• 对映异构体之间有相同的性质（除了对偏 振光和手性环境），然而非对映异构体具 有不同的熔点、沸点、溶解度、反应性等 物理、化学及光谱性质。 • 多手性中心的分子最多具有2n个异构体（n ＝分子中手性中心数），但有时分子内存 在着对称面，这时异构体数减少。
今有两试管分别置入（－）乳酸和（＋）乳酸，我 们如何知道它们的构型？
NO2 CO2H
NO2 CO2H
有对称面（能同镜影分子重选），非手性。
NO2 CO2H
CO2H NO2
CO2H NO2
NO2 CO2H
手性分子
6
Br Br 6'
Br
Br
2' 2 Cl Cl
Cl
Cl
(R)-2,2’-二氯-6,6’-二溴联苯
(R)-2,2’-dibromo-6,6’-dichlorobiphenyl
构型异构： 顺反异构： H
Cl CH3 Cl H
COOH H OH CH3 HO
CH3 H
COOH H CH3
H
对映异构：
D-(-)-乳酸 mp: 52.8° 非对映异构： H
H COOH OH OH CH3
L-(＋)-乳酸
COOH H HO OH H CH3
构象异构：
H H
CH3 H H CH3
V U X
R R
V W Z W Z
S S
V
V W X W X
S R
U X
U Z
R S
U Z
Y (A)
Y ( B)
Y (C)
Y ( D)
A和B（C和D）为对映异构体，A和C或者D（B和 C或者D）为非对映异构体。
• 对映异构体之间有相同的性质（除了对偏 振光和手性环境），然而非对映异构体具 有不同的熔点、沸点、溶解度、反应性等 物理、化学及光谱性质。 • 多手性中心的分子最多具有2n个异构体（n ＝分子中手性中心数），但有时分子内存 在着对称面，这时异构体数减少。
今有两试管分别置入（－）乳酸和（＋）乳酸，我 们如何知道它们的构型？
高等有机化学第2章.ppt
苏式
Br
C H CH3
Ph
C H
CH3
交叉式构象
重叠式构象
让不同基团处 于重叠的位置
Fischer投影式 的构象实际上 为重叠式构象
Ph
H
CH3
H
CH3
Br
重叠式构象
赤式构型
CH3 H C
Ph
H CH3
C N(CH3)2
-O
ON(CH3)2
H
CH3
H
CH3
Ph
Br
H
H
Me Me H
Me
H
MeBr
Br Me H
高等有机化学
第2章 立体化学
谢斌 教授
2.1 赤式和苏式构型
丁醛糖存在四种立体异构体，分属于两对对映体。 在Fischer投影式中，凡是相同基团或原子位于横键 同侧的叫赤藓糖，而位于异侧的叫苏阿糖。
CHO
H
OH
H
OH
CH2OH
CHO
CHO
CHO
HO
H HO
H
H
OH
HO
H
CH2OH
H
OH HO
H
CH2OH
C
C
H CH3
+
C
CH3
C
+ CH3CH2CH
CH2
I
DMSO H
CH3 H
H
60%
20%
20%
位置选择性为查依采夫消除，其立体选择性为过渡态
的位阻尽量较小。
I
H3C
H
-HI
H
CH3
H
过渡态的位阻进一步 减小，对反应有利
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
高等有机化学课件第五章
机械法、微生物法、晶种结晶法、选择吸附法、化 学法
9、不对称合成 不对称合成就是采取某些方法，使反应生成的两个
对映体中一个过量，甚至全部为单一的对映体，从而 避免或减少拆分过程。
可用ee值衡量不对称合成的效率。从绿色化学角度 出发，高效的不对称合成有利于节约资源，提高原子 利用率。因此不对称合成是手性技术发展的主流方向。
(3)当两基团结构相同而构型不同时,R>S。当两基团结
构相同，基团的构型是RR,SS,RS时，顺序是RR或
SS>RS
COOH
COOH
COOH
H
OHHOH来自HOHCOOH
OH H
OH
H
OH
H
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
OH
H
H
OH
COOH
COOH
(3)当两基团结构相同而构型不同时,Z>E。1982年进 行修改：具有较优排列次序的取代基与手性中心在双 键同侧的基团大于较优先排列次序的取代基与手性中 心在双键异侧的基团。这样可能出现Z<E。
2、绕双键旋转的构象 2-丁烯（Z、E）
3、绕叁键旋转的构象 乙炔（可自由旋转）
4、环己烷衍生物的构象 （1）环己烷构象
转环作用途径1
转环作用途径2
（2）二甲基环己烷构象 1,2-二甲基环己烷
1,3-二甲基环己烷
1,4-二甲基环己烷 （3）多环环己烷构象
十氢化萘
全氢蒽构象（5个异构体）
（4）环己酮构象
H
7、含有手性面的化合物
（1）柄状化合物 把手型化合物（将手性面平放，从靠近关键不对称
基团一侧观察，关键不对称基团在左边为S构型，在右 边为R构型）
9、不对称合成 不对称合成就是采取某些方法，使反应生成的两个
对映体中一个过量，甚至全部为单一的对映体，从而 避免或减少拆分过程。
可用ee值衡量不对称合成的效率。从绿色化学角度 出发，高效的不对称合成有利于节约资源，提高原子 利用率。因此不对称合成是手性技术发展的主流方向。
(3)当两基团结构相同而构型不同时,R>S。当两基团结
构相同，基团的构型是RR,SS,RS时，顺序是RR或
SS>RS
COOH
COOH
COOH
H
OHHOH来自HOHCOOH
OH H
OH
H
OH
H
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
OH
H
H
OH
COOH
COOH
(3)当两基团结构相同而构型不同时,Z>E。1982年进 行修改：具有较优排列次序的取代基与手性中心在双 键同侧的基团大于较优先排列次序的取代基与手性中 心在双键异侧的基团。这样可能出现Z<E。
2、绕双键旋转的构象 2-丁烯（Z、E）
3、绕叁键旋转的构象 乙炔（可自由旋转）
4、环己烷衍生物的构象 （1）环己烷构象
转环作用途径1
转环作用途径2
（2）二甲基环己烷构象 1,2-二甲基环己烷
1,3-二甲基环己烷
1,4-二甲基环己烷 （3）多环环己烷构象
十氢化萘
全氢蒽构象（5个异构体）
（4）环己酮构象
H
7、含有手性面的化合物
（1）柄状化合物 把手型化合物（将手性面平放，从靠近关键不对称
基团一侧观察，关键不对称基团在左边为S构型，在右 边为R构型）
高等有机化学第三章立体化学
高等有机化学第三章立体化学
contents
目录
• 立体化学基本概念 • 碳原子立体化学 • 手性分子结构与性质 • 立体化学在有机合成中应用 • 立体化学在药物设计中的应用 • 实验方法与技巧
01
立体化学基本概念
立体异构现象
立体异构体
分子式相同，但空间排列不同的化合 物，具有不同的物理和化学性质。
碳原子手性判断
对称面与对称中心
若一个分子中存在一个对称面或对称中心，则该分子不具有旋光性。对称面是指能将分子分为两个互为镜像的部 分的平面；对称中心是指能将分子中任意一点与另一点重合的点。
潜手性与非对映异构体
潜手性是指分子中某些基团可以围绕单键旋转而产生手性的现象。非对映异构体是指具有相同分子式、不同结构 且不能通过旋转操作相互转化的立体异构体。
感谢观看
。
化学性质差异
手性分子在化学反应中可能表 现出不同的反应速率和选择性
。
生物活性差异
许多生物活性物质都是手性的 ，其生物活性与手性密切相关 ，不同手性分子的生物活性可
能存在显著差异。
手性识别与拆分方法
手性识别
通过对手性分子的结构和性质进行分析，确定其手性特征。常见的方法包括X射线晶体学、圆二色光 谱、核磁共振等。
构型与构象
构型
分子中原子或基团在空间中的相 对位置关系，是固定的空间排列
。
构象
由于单键旋转而产生的不同空间排 列，是动态的空间排列。
构型与构象的关系
构型是构象的基础，构象是构型的 动态表现。不同的构型可能产生不 同的构象，而同一构型也可能产生 多种不同的构象。
02
碳原子立体化学
碳原子杂化类型
sp杂化
03
contents
目录
• 立体化学基本概念 • 碳原子立体化学 • 手性分子结构与性质 • 立体化学在有机合成中应用 • 立体化学在药物设计中的应用 • 实验方法与技巧
01
立体化学基本概念
立体异构现象
立体异构体
分子式相同，但空间排列不同的化合 物，具有不同的物理和化学性质。
碳原子手性判断
对称面与对称中心
若一个分子中存在一个对称面或对称中心，则该分子不具有旋光性。对称面是指能将分子分为两个互为镜像的部 分的平面；对称中心是指能将分子中任意一点与另一点重合的点。
潜手性与非对映异构体
潜手性是指分子中某些基团可以围绕单键旋转而产生手性的现象。非对映异构体是指具有相同分子式、不同结构 且不能通过旋转操作相互转化的立体异构体。
感谢观看
。
化学性质差异
手性分子在化学反应中可能表 现出不同的反应速率和选择性
。
生物活性差异
许多生物活性物质都是手性的 ，其生物活性与手性密切相关 ，不同手性分子的生物活性可
能存在显著差异。
手性识别与拆分方法
手性识别
通过对手性分子的结构和性质进行分析，确定其手性特征。常见的方法包括X射线晶体学、圆二色光 谱、核磁共振等。
构型与构象
构型
分子中原子或基团在空间中的相 对位置关系，是固定的空间排列
。
构象
由于单键旋转而产生的不同空间排 列，是动态的空间排列。
构型与构象的关系
构型是构象的基础，构象是构型的 动态表现。不同的构型可能产生不 同的构象，而同一构型也可能产生 多种不同的构象。
02
碳原子立体化学
碳原子杂化类型
sp杂化
03
大学有机化学 第06章 立体化学
但原子或基团在空间排列的顺序不同，在
有手性条件下化学反应活性不相同，旋光
方向相反。比旋光度不一样。
27
对映异构体的异同点： 相同点 1、分子式、构造式都相同。 2、物理性质相同。 3、非手性环境中化学性质相同。 4、旋光度数相同。 不同点 • 构型不同。(原子或基团在空间排列的顺序不 同) • 化学活性不相同。 • 比旋光度不相同。 • 旋光方向不相同。 • 生理活性不相同。
D
(–)–2–丁醇 CH3
HO H CH2CH3
(+)–2–丁醇 CH3 OH H
CH2CH3
[α]D = +13.25° [α]D = –13.25° 手性分子的两个对映体的比旋光度数值相同，而 方向相反。
21
6.4 具有一个手性中心的对映体
6.4.1 对映体和外消旋体的性质 手性中心：不对称中心 与四个不同原子或基团相连的碳原子
图6.14 Fischer 投影式旋转180°的分子模型
35
将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调 ,
对调一次或奇数次）则转变成它的对映体；对调
二次则为原化合物。
COOH COOH HO H 再对调一次 HO H OH 对调一次 CH3 CH3
R S
CH3
H 在纸平面上 COOH
R
旋转180o
12
图6.4 2–丁醇对映异构体的比例模型
13
6.2.2 对称因素 (1) 对称面 (σ)
有两种对称面:(a)一个平面把分子分成两部分，而 一部分恰好是另一部分的镜像。 例如：2–氯丙烷
图6.5 分子中的对称面的示意图 (I)
14
(b) 组成分子的所有原子都在一个平面上 例如: (E)–1,2–二氯乙烯
有机化学第三章立体化学基础(2024)
实例三
手性药物的合成。手性药物是指具有手性中心的药物分子。在合成手性药物时，需要利用 立体化学原理来控制产物的立体构型。例如，通过引入手性辅剂或利用不对称催化等方法 ，可以实现手性药物的高效合成。
22
06
2024/1/25
立体化学在药物设计中的重要性
23
药物活性与手性关系
手性对药物活性的影响
手性药物的两个对映异构体可能具有 不同的生物活性，其中一个可能具有 治疗效果，而另一个可能无效或有毒 。
手性中心判断方法
7
2024/1/25
03
观察碳原子连接的四个基团或 原子是否相同，若不相同则为 手性中心。
04
使用Cahn-Ingold-Prelog规则 （CIP规则）进行判断。
9
手性分子表示方法
2024/1/25
Fischer投影式
01
将碳链竖直表示，横前竖后，横向基团朝右，纵向基团朝上。
透视式
一个物体不能通过旋转和平移操作与其镜 像完全重合的性质。
对称性的定义
一个物体可以通过旋转和平移操作与其镜 像完全重合的性质。
手性与对称性的关系
手性是对称性的一个特例，即没有对称中 心或对称面的物体具有手性。
手性在化学中的应用
手性化合物在生命体系中具有重要的作用 ，如氨基酸、糖类等。
5
构型与构象
构型的定义
02
将碳链放平，基团朝向观察者方向。
Newman投影式
03
沿碳-碳键的键轴方向观察，将碳原子和与之相连的基团放在纸
平面上，其他基团则竖立在纸平面上。
10
2024/1/25
03
对称性与对称操作
11
对称元素及类型
手性药物的合成。手性药物是指具有手性中心的药物分子。在合成手性药物时，需要利用 立体化学原理来控制产物的立体构型。例如，通过引入手性辅剂或利用不对称催化等方法 ，可以实现手性药物的高效合成。
22
06
2024/1/25
立体化学在药物设计中的重要性
23
药物活性与手性关系
手性对药物活性的影响
手性药物的两个对映异构体可能具有 不同的生物活性，其中一个可能具有 治疗效果，而另一个可能无效或有毒 。
手性中心判断方法
7
2024/1/25
03
观察碳原子连接的四个基团或 原子是否相同，若不相同则为 手性中心。
04
使用Cahn-Ingold-Prelog规则 （CIP规则）进行判断。
9
手性分子表示方法
2024/1/25
Fischer投影式
01
将碳链竖直表示，横前竖后，横向基团朝右，纵向基团朝上。
透视式
一个物体不能通过旋转和平移操作与其镜 像完全重合的性质。
对称性的定义
一个物体可以通过旋转和平移操作与其镜 像完全重合的性质。
手性与对称性的关系
手性是对称性的一个特例，即没有对称中 心或对称面的物体具有手性。
手性在化学中的应用
手性化合物在生命体系中具有重要的作用 ，如氨基酸、糖类等。
5
构型与构象
构型的定义
02
将碳链放平，基团朝向观察者方向。
Newman投影式
03
沿碳-碳键的键轴方向观察，将碳原子和与之相连的基团放在纸
平面上，其他基团则竖立在纸平面上。
10
2024/1/25
03
对称性与对称操作
11
对称元素及类型
高等有机化学
液相中分子碰撞到分子激烈振动发生断裂、成键在10-13sec。因此，
跟踪能力至少为10-14~10-15sec的观察手段。而IR为10-12sec。这个问题有 待解决。
47
1. 研究手段由宏观向微观观察发展
该图为美国能源部斯坦福线性加速器中心（SLAC）国 家加速器实验室研究人员首次通过X射线激光观测观测 到的化学键形成的过渡状态。反应物是一氧化碳分子 （左边，由一个碳原子（黑）和一个氧原子（红）构 成）和它右边的一个氧原子。它们附着在钌催化剂表 面，催化剂让它们彼此靠近，更容易反应。当发射一 束光学激光脉冲，反应物振动并互相碰撞，碳原子和 氧原子形成一个过渡状态的键（中间）。生成的二氧 化碳分子脱离催化剂表面飘走（右上）。
35
在掌握“词汇”和“语法”的基础上，“创造”有机化合物，
进行有机合成。 发现新的反应
研究反应机理
新的合成方法
制备特定功能的复杂分子
设计有效的合成路线
有机化学的核心问题之三就是制造新分子。
其目标是从简单易得的原料出发合成复杂的有机化合物。 为此，需要了解各种有机反应，在机理层面上预测反应产物， 发展新的合成方法，从而更有效地合成“目标”分子。
①官能团的种类； ②分子中官能团之间的相互 影响； ③分子中直接相连、不直接 相连的原子之间的相互影响
决定
各类有机物的性质和反 应性以及同类有机物中 各个化合物性质和反应 性的差异——各类反应 构成
有机化学的词汇表
熟练使用
①转化的类型；②所用试剂； ③反应条件；④每种类型的 逐步熟悉 局限性
分子和官能团的 相互转化
28
有机化学研究内容:
天然产物有机化学 金属有机化学（元素有机化学）
有机化学
高等有机化学2
CH3 H HO
2
2, 3戊二醇 有4个立体异构体 与理论数目相同
CH3 HO H
2
CH3 H OH H H
2
CH3 HO HO
2
OH H
OH OH
H H
3
3
3
3
C2H5
(2S, 3S)-2, 3-戊二醇
C2H5
(2R, 3R)-2, 3-戊二醇
C2H5
(2S, 3R)-2, 3-戊二醇
C2H5
(2R, 3S)-2, 3-戊二醇
观察分子的有无对称性
若分子含有对称面或对称中心，为非手性分子
如：有对称面和对称中心的非手性分子
CH3
H OH
H
H
CH3 OH
OH CH3
CH3
（无手性碳）
H Cl F F Cl H Cl H H H F F H H Cl
（有手性碳）
H H F F H H Cl
180o
Cl
H
与镜像重合
含假手性碳的分子
COOH 2 S HO H 3 r HO H 4 R HO H COOH COOH 2 S HO H 3 s H OH 4 R HO H COOH COOH 2 S HO H HO H
3 4 S
COOH H H HO R 2
3
OH OH H
H OH
R 4
COOH
COOH
非手性分子（有对称面）
手性分子(为对映体)
选择性去乙酰基
不对称合成(Asymmetric Synthsis)
—— 选择性地生成立体异构体
选择性地生成非对映异构体
O Me H (1)MeMgI (2)H2O Me OH Me H HO Me Me H
2
2, 3戊二醇 有4个立体异构体 与理论数目相同
CH3 HO H
2
CH3 H OH H H
2
CH3 HO HO
2
OH H
OH OH
H H
3
3
3
3
C2H5
(2S, 3S)-2, 3-戊二醇
C2H5
(2R, 3R)-2, 3-戊二醇
C2H5
(2S, 3R)-2, 3-戊二醇
C2H5
(2R, 3S)-2, 3-戊二醇
观察分子的有无对称性
若分子含有对称面或对称中心，为非手性分子
如：有对称面和对称中心的非手性分子
CH3
H OH
H
H
CH3 OH
OH CH3
CH3
（无手性碳）
H Cl F F Cl H Cl H H H F F H H Cl
（有手性碳）
H H F F H H Cl
180o
Cl
H
与镜像重合
含假手性碳的分子
COOH 2 S HO H 3 r HO H 4 R HO H COOH COOH 2 S HO H 3 s H OH 4 R HO H COOH COOH 2 S HO H HO H
3 4 S
COOH H H HO R 2
3
OH OH H
H OH
R 4
COOH
COOH
非手性分子（有对称面）
手性分子(为对映体)
选择性去乙酰基
不对称合成(Asymmetric Synthsis)
—— 选择性地生成立体异构体
选择性地生成非对映异构体
O Me H (1)MeMgI (2)H2O Me OH Me H HO Me Me H
高等有机化学电子档
钌和锇1.概述：立体化学钌和锇化学除了像硫化物或磷化物以及具有像CO，PR3,或者h5-C5H5为配位体的络合物以外，与铁化学略相似。
高氧化态VI和VIII，比铁更容易得到，四氧化物，MO4，卤氧化物和络氧阴离子的化学是广泛而重要的。
Ru Os和Re化学，特别是在络氧，氮及氮化物的络化物方面是类似的。
对于钌，主要的较低氧化态有零，II和III，而对于锇则是0，III和IV。
尽管在二甲基乙酰胺中用氢还原RuCI3所得到的对空气敏感的褐色溶液可能含有RU物种。
但是对二种元素氧化态I（化合物中以金属一金属键形式除外）的存在没有良好的证据。
氧化态0,这种氧化态的化学主要是金属基化和物，已经知道了两种元素的单核和多核基化物。
二种类型都能发生取代反应并在多核类中常保留着簇状的结构。
他们也发生质子化反应，已知了各种各样的氢化物。
氧化态II, 已知道许多具有CO, PRA的Ru和Os络合物。
也存在着大量的共它配位体的(主要是氯，氨和共它胺)络合物。
已制备出｛Ru(H2O)6｝2+水合离子，但是它很容易被氧化成｛Ru(H2O)6｝3+，锇的最特征的络合物是芳胺类络合物。
氧化态III以π一酸和给予体为配位体的络合物化学都是很广泛的。
钌〔III)物种比饿III)物种更普遍。
所有络合物都是具有一个未成对电子的低自旋型八面体的络合物。
钌和饿的四氧化物可以从水溶液中能够把它蒸馏出来，利用它们高挥发性很容易回收和分离。
硝酸能充分氧化饿化合物，但是对钌需要更强的氧化剂。
因此OsO4是商品源料，用浓HCI还原RuO4所得到的“RuCl3。
3H2O”是制备钌化合物的常用原料，所以我们首先讨论高氧化态。
2.四氧化合物，RuO4和OsO4这两个挥发性的晶体是具有刺激性的、类似臭氧气味的特征的有毒物质。
OsO4对眼睛是特别危险的，因为它容易被有机物质还原成黑色氧化物，实际已利用它的稀的水溶液作为生物着色剂。
用氧化剂如：MnO4,AuCl4,BrO3或Cl2处理酸性钌溶液时，得到四氧化钌；氧化物可以从溶液中蒸馏出或用气流吹出。
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1956年首次合成了一个有四重更迭轴的分子
CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
CH3
旋转 9 0°
CH3 CH3垂直于对称轴 的镜面C3S4 重合CH3
CH3
CH3
具有四重更替对称轴的化合物和镜 象能够重叠，因此不具旋光性。
结论：
A.有对称面、对称中心、四重交替对称轴的分子均 .有对称面、对称中心、四重交替对称轴的分子均 可与其镜象重叠，是非手性分子 反之，为手性分子。 性分子； 可与其镜象重叠，是非手性分子；反之，为手性分子。 如果分子中不存在对称面 不存在对称面、 如果分子中不存在对称面、对称中心和四重更迭对称 轴，则这个分子具有手性 至于对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。 至于对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。 B.大多数非手性分子都有对称轴或对称中心，只有 .大多数非手性分子都有对称轴或对称中心， 交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物是少数。 交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物是少数。 ∴既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是手性分子。 既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是手性分子。 手性分子 分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。 分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。 必要和充分条件
碳骨架异构 互变异构
官能团位置异构
CH3CH2OH 官能团异构： 官能团异构： CH3OCH3
官能团位置异构： 官能团位置异构：
C C C C C C C C
O CH3C CHCOC2H5 OH
互变异构： 互变异构：
O O CH3C CH2COC2H5
构型异构： 构型异构： 分子构造相同，原子或原子团在空间的排列不同。 分子构造相同，原子或原子团在空间的排列不同。 对映异构 非对映异构 顺反异构 差向异构
COOH
酸性： 酸性： mp/℃： 溶解度： 溶解度：
较强 139 较大 易生成酸酐 比较活泼
较弱 175 较小 不能生成相应的酸酐 活泼性较小
2、环丁烷二酸
环丁烷环丁烷-1，2-二羧酸与环丙烷二羧酸相同 环丁烷环丁烷-1，3-二酸
HOOC COOH HOOC COOH
稳定性
比较稳定 必有一个取代基要 处在不利的假竖键上
H C6H5
C N
OH
H C6H5
C N
OH
E-苯甲醛肟熔点 35℃ 35℃ 130℃ 130℃
Z-苯甲醛肟熔点
利用Beckmann重排确定酮肟结构 利用Beckmann重排确定酮肟结构
R R'
R R
'
C N
OH
OH
PCl5
HO [ R
'
C N
R
]
水解 O R'COOH RNH2 R C NHR
'
第九章 立体化学
立体化学 — 是研究分子中原子或原子团在 空间排列状况， 空间排列状况，以及不同的排 列对分子的物理性质和化学性 质所产生的影响。 质所产生的影响。
引言 分子异构的分类
构造异构 构型异构 构象异构
构造异构：分子式相同，原子的成键顺序不同。 构造异构：分子式相同，原子的成键顺序不同。 官能团异构
CH3 OH H 3C OH
CH3
H 3C
二甲基环己-r-1-醇 顺-3，顺-5-二甲基环己 ， 二甲基环己 醇
CH3 OH
二甲基环己-r-1-醇 反-3，反-5-二甲基环己 ， 二甲基环己 醇
CH3
二甲基环己-r-1-醇 顺-3，反-5-二甲基环己 ， 二甲基环己 醇
§2
对映异构
为什么要研究对映异构呢？ 为什么要研究对映异构呢？因： 1．天然有机化合物大多有旋光现象。 ．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 ．物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维生素 可 治抗坏血病，而右旋的不行）。 治抗坏血病，而右旋的不行）。 3．用于研究有机反应机理。 ．用于研究有机反应机理。
镜面
实物与镜像
若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所代表 的两个分子为同一个分子。
OH C H CH3 CH3 OH C H
H
H
OH OH C H H C H H 所有基团都重合
CH3 CH3
乙醇分子模型的重叠操作
对于某些分子，两个互为实物与镜像关系 的分子不能重合，如乳酸。
有对映异构体的分子称为手性分子 手性分子，或称分子具 手性分子 有手性。乙醇没有对映体，因此是非手性分子 手性。 是非手性分子。 手性 是非手性分子 与4个不同基团相连的碳原子称为手性碳原子 手性碳原子(常用 手性碳原子 *C表示)。 *C是引起分子手性的一种常见因素。
COOH H CH 3
COOH
对映异构： 对映异构：
H
OH HO CH 3
D-(-)-乳酸
L-(-)-乳酸
非对映异构 顺反异构）： （顺反异构）：
H Cl
CH3 Cl H H
CH3 H
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 构象异构：分子构型相同，由于单键的自由旋转， 在空间的排列不同。 在空间的排列不同。 重 叠 式
（四）对映体
CH 3 CH COOH
实验事实： 实验事实：
同为乳酸， 同为乳酸， 为什么会具 有不同的光 学性质呢？ 学性质呢？
来
α 源
OH 羟基丙酸 ( 乳酸 ) 旋光性 。 + 3.82 。 3.82 。 0
从肌肉中得到的肌肉乳酸 葡萄糖发酵得到的乳酸 酸牛奶中得到的乳酸
COOH COOH
COOH H HO C CH3
OH C H H CH3 非手性分子 H3C H *
CO2H C OH 手性分子 HO * C
CO2H
H CH3
（三）对称因素
物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从 物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从 ）， 分子中有无对称因素来判断。 分子中有无对称因素来判断。
对称面（σ）、对称中心（i）、对称轴（Cn）、更替对称 轴（Sn）。 (1) 对称面（σ）： 假如有一个平面可以把分子分割成两部分，而一部分 正好是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面（σ）。
反-丁烯二酸转变为顺式异构体较困难，比较好的方 丁烯二酸转变为顺式异构体较困难， 法--紫外光照射，产品中通常存在顺式和反式混合物。 --紫外光照射，产品中通常存在顺式和反式混合物。 紫外光照射
二、含有 C=N双键的顺反异构 C=N双键的顺反异构
肟
如果R1或R2之一是氢，则该肟被称为醛肟；否则称为酮肟。 例：苯甲醛肟有两种异构体
密度/g.mol 密度/g.mol-1 燃烧热/KJ.mol 燃烧热/KJ.mol-1 pKa1 pKa2
化学性质的差异
①脱水生成酸酐难易程度不同： 脱水生成酸酐难易程度不同：
②酯化反应的速度不同
巴豆酸用甲醇酯化时，反-巴豆酸的酯化速度较快
位阻小
③顺、反异构体的互相转换 在顺反异构体中，通常反式较稳定，顺式较不稳定。 在顺反异构体中，通常反式较稳定，顺式较不稳定。 顺式异构体加热 受日光 加热或受日光 加热 受日光的作用，很容易转变 成较稳定的反式异构体。
一、手性分子和对映体
（一）手性
观察自己的双手，左手与右手有什么联系和区别？
左手的镜像是右手 对映关系
左手
镜
右手
左、右手互为镜像 与实物关系，而又 不能重合，这种性 质称为“手性 手性”。 手性
左手和右手不能重合
（二）手性分子
任何物体都有它的镜像。一个有机分子在镜子内 也会出现相应的镜像。实物与镜像相应部位与镜面具 有相等的距离。实物与镜像的关系叫对映关系。
H
H H H C H C H H H H H H H
H H
HH
H H H
H
H H
交 叉 式
H
H H
C C
H H H H
H H
H H
H H
H
H
H
H H
楔形式
锯架式
纽曼式
§1
顺反异构
根据在两个双键碳原子所连的四个原子或基 团中两个相同者的位置来决定异构体的类型。 顺式异构体(cis-isomerism) ：两个相同原子 或基团在双键同一侧的为顺式异构体。 反式异构体(trans-isomerism ：两个相同原子 或基团分别在双键两侧的为反式异构体。 顺反异构体产生的条件： ⑴ 分子不能自由旋转（否则将变成另外一种分子）； ⑵ 双键上同一碳上不能有相同的基团；
H Br P Br
COOH H H
CH3 H
H Br
P
H Br
H H H CH3
H
COOH
H
H
具有对称中心的化合物和它的镜 象能重合，因此它不具有手性。
(3)对称轴（Cn） 如果穿过分子画一直线，分子以它为轴，旋转一定角度后，可以 获得与原来分子相同的形象，此直线即为对称轴（Cn表示）。
有无对称轴不能作为判断分子有无手性的标准
HC COOH HOOCHC
马来酸
富马酸
两者性质显著不同
物理性质的差异 马来酸（ 马来酸（顺） 熔点/ 熔点/℃ 富马酸（ 富马酸（反）
mp.
H2O,25 ℃)
1.30 78.8 1.59 1368 1.9 6.5
287 0.7 1.635 1339 3.0 4.5
溶解度/ 溶解度/(g/100ml
若双键上两个碳原子上连有四个完全不同的原 子或基团，按“顺序规则”分别比较每个碳原 子上连接的两个原子或基团： 若两个较优基团在π键平面同侧者为Z 型异构体，在异侧者为E型异构体。
一、含有 C=C 双键的顺反异构 C=C 双键顺反异构现象举例