有机化学(医学专业)第二章：立体化学

末优基团处在横方向（即左或右）时，用 同样的方法画圆弧，顺时针为S型，反之为R 型。
Cl H
Br
CH3
Br CH3
Cl
H Br
CH3CHCH CH2
R
S
想一想 用Fischer 投影式表示S-3-溴-1-丁烯的结构
CH CH2 Br H CH3
五、含两个手性 的对映异构 4 3 2 C1
Leabharlann BaiduCH2 OH
2 * 2个C 2 个对映体
n * n个C 2 个对映体
非对映体
HOOC CH CH COOH OH OH
COOH H OH H OH COOH
（ Ⅰ）
*
*
2,3-二羟基丁二酸（酒石酸）
COOH H OH HO H COOH
（ Ⅳ）
=
COOH HO H HO H COOH
（ Ⅲ）
COOH HO H H OH COOH
NO2
NO2
HO H
H NHCOCHCl2 CH2OH
２
１
H Cl2CHCOHN
OH H CH2OH
1R, 2R- (-)
1S, 2S - (+)
氯霉素 抗菌活性 ( - ) ∶ ( + ) = 100 ∶ 0.4
合霉素 —— 外消旋体 已淘汰
历史教训（1959－1962年 欧洲）
镇静催眠药（沙利度胺 Thalidomide ）
CHO H H
2 3
* * CH CH CHO
OH OH
CHO HO HO H H CH2OH
2,3,4-三羟基丁醛
CHO HO H H OH CH2OH
OH OH
CHO H OH HO H CH2OH
CH2OH
（ Ⅰ）
（ Ⅱ）
（ Ⅲ）
（ Ⅳ）
2R,3R
1
2S,3S
2S,3R
2R,3S
1个C * 2 个对映体
t
-2.5° 0.26g × 0.5dm 5mL （注意单位）
= - 96°
[ ]20 D 78.2(c1, CH3OH )
代表的意义：比旋光度为78.2o，测定时温度20度， 钠光D线为光源，甲醇作溶剂，物质的浓度为1%的 情况下测定的。
2. 对映体物理常数的特点
乳酸的一些物理常数
名称
(+) - 乳酸 (-) - 乳酸 (±) - 乳酸
3 2
CH3 OH
H
2R,3S
2S,3R
相互关系：对映体
注意：
无论是 D/L 还是 R/S 标记方法，都 不能通过其标记的构型来判断旋光方向。 因为旋光方向是化合物的固有性质，而 对化合物的构型标记只是人为的规定。
目前从一个化合物的构型还无法准 确地判断其旋光方向，只能依靠其它方 法测定。
六、手性分子的生物作用 1. 手性药物的生理效应
D-(+)-甘油醛
HgO
COOH H OH CH2OH
L-(-)-甘油醛
COOH H2N H CH3
D-(-)-甘油酸
L-丙氨酸
常用于糖类和氨基酸的构型标记
2. R/S 构型标记法（ 1979年被 IUPAC 建议采用） (1) 标记R/S 构型的步骤
按原子序数大小确定与手性碳原子相连的 四个原子或基团的大小顺序。 将手性碳原子的四个原子或基团中最小的
熔点℃
26 26 18
t [α ] D
pKa
3.76 3.76 3.76
溶解度
∞ ∞ ∞
+3.8 ° -3.8 ° 0°
3. 外消旋体 —— 一对对映体的等量混合物
一对对映体的比旋光度大小相等，方向相反！！
三、费歇尔（Fischer）投影式 1. 表示方法
交叉代表手性碳， 横前竖后要记牢；
竖键应是主碳链，
离开纸面翻转
COOH HO H CH3
在纸面旋转180°
CH3 HO H COOH
转90°
OH CH3 H
HOOC
(2) Fischer 投影式手性碳原子上所连的原子或 基团可以两两相互交换偶数次，但不能交换奇 数次。（适用于只含一个手性碳原子的情况）
COOH H OH CH3 CH3
OH COOH H H
S - (+) - 乳酸 OH > COOH > CH3
R - (-)-乳酸
(2) R/S 构型标记法在Fischer投影式中的应用 末优基团在竖方向（即上或下）时，只须在 纸平面上沿最优→次优→再次优基团画圆弧， 顺时针为R型，反之为S型。
CH3 Cl H R Br
H3C Br S H Cl
Br→Cl→CH3
Br
H
(2)=(3)=(4)
四、构型标记法 1. D/L 构型标记法——相对构型
CHO H OH CH2OH HO CHO H CH2OH
在无法测知化合物真实构型的 情况下， Fischer 当年人为地 规定 (＋)-甘油为D-构型，其对 映体(－)-甘油醛为L-构型。 1951年，J.M.Bijvoet 用X-衍射 技术测定了(＋)-酒石酸铷钾盐 的绝对构型之后，确定了原来 人为规定的D-(＋)-甘油醛的构 型 ( 相对构型 ) 刚巧就是它的真 实构型 ( 绝对构型 ) 。这样以甘 油醛为标准物，确定的其它化 合物的构型，自然也是绝对构 型了。
造成6000多名无头或缺腿缺手的“海豹儿”
还能够显著抑制孕妇的妊娠反应（止 吐等反应），所以叫做反应停。
沙利度胺 Thalidomide
R - (+) —— 有镇静作用，消除孕妇妊娠反应
S - ( - ) —— 对胚胎有很强的致畸作用
(a)
(b)
手性分子与手性生物受体之间的相互作用
（a）一个对映体容易进入手性的受体靶位，发挥 它的生物效应 （b）另一个对映体不能合适地进入相同的受体靶 位 ，因此它没有同样的生物效应
较次接原子，若还是相同，则继续顺着原子链找下 去，直到找到优先基团为止。（顺藤摸瓜） -CH2CH2CH3 > -CH2CH3 > -CH3
-CH2CH2CH3 -CH-CH3 CH3
<
C. 遇到双键或叁键时,则当作两个或三个单 键看待。(重键化单)
C H CH2
看作
C C C H O C O
N C C N C N
（ Ⅱ）
2R,3S
2S,3R
2R,3R
2S,3S
内消旋体 （立体异构体数< 2n）
想 一 对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体、 想 相同化合物
试以酒石酸的立体异构为例说明以下概念：
想一想
用R/S构型命名法指出下面化合物 的构型，并说明其相互关系
(1)
CH3 3 H 2 Br H3C H OH
Br H (2) H3C
阴离子部位
平面区
阴离子部位 受体
平面区
受体未接触部位
L-(+)-肾上腺素
D-(-)-肾上腺素
血管收缩作用：D型比L型强12~20倍
人体为什么有左旋和右旋（手性）之分?
现代科学从陨石的研究发现，地球的的生命来自太空。
1. 由于星际磁场的原因，使左旋氨基酸的含量占据 了主导地位；
2. 太阳系尘埃和气体在形成之初，某些化学过程导 致了这一现象； 3. 太阳星云辐射的条件下，产生了左旋氨基酸，或 破坏了右旋氨基酸。最初的左旋过量经一种类似 于结晶化的过程而被放大。 ………
> —CH2CH2CH3 —CH2CH3 > —CH3 > —D > —H >
要点: 按照次序规则排次序，顺时针为R，逆时针为S构型
OH
OH
A
C 2H 5
H
CH3
CH3
H
e D
B
C2H5
R-2-丁醇
S-2-丁醇
想一想 试标记乳酸的构型
COOH H H3 C C OH
COOH C HO H CH3
CH3 OH
手性分子
Br
非手性分子
CHCH3 手性分子
*
二、旋光性
只在一个平面上振动的光称为平面偏振光(planepolarized light)，简称偏振光。偏振光的振动平 面习惯称为偏振面。 化合物能使偏振光的偏振面旋转的性能称为旋光 性(optical activity)。手性化合物都具有旋光性。
原子或基团置于最远的位置，观察另外三个
原子或基团由大到小的顺序。如顺时针方向 即为R构型，逆时针方向为S构型。
次序规则的主要原则 ：
A. 先大后小, 先重后轻
原子序数大者优先；相同原子则同位素重者优先(顺 序规则的核心)
-I>-Br>Cl>-SH>-OH>-NH2>-CH3>-D>-H> :
B. 当直接相连的原子相同时，就延伸下去，逐个比
第二章 立体化学
习题集p30 2. 编号为:
NO2
HO H
H NHCOCHCl2 CH2OH
２ 3
１
答案：1R,2R
ChemOffice
如何画化学分子式
球棍模型
填充模型
CHClBrI的立体视图
构造异构
(分子中原子间的排 列顺序、结合方式)
碳架异构 位置异构 官能团异构
顺反异构
同分异构 立体异构
3. 大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳
原子(或手性中心) 来判断分子是否有手性。
想一想 哪些分子是手性分子？
* 方法：①寻找对称面 ②寻找C
CH3CH=CHCH2CH3
非手性分子
CH3
C CH2CHCH2CH3 O
CH3
非手性分子
*
CH3 手性分子
CH2 * CHCH2CH3 OH NH2
(构造相同，原子在 空间排布方式不同)
对映异构 构型异构
构象异构
对映异构又叫光学异构或旋光异构。它 是一类与物质的旋光性质有关的立体异构。
一、手性分子和对映体
二、旋光性
三、费歇尔投影式
四、构型标记法
五、含两个C*的对映异构
六、手性分子的生物作用
手 性 分 子
立 体 化 学 基 础 ：
一、手性分子和对映体 1. 基本概念
OH COOH CH3
(3) Fischer 投影式中保持一个基团不变，而把 另外三个基团顺时针或逆时针地调换位置，其 构型不变。
COOH HO H CH3 H COOH OH CH3
想一想 指出互为相同的构型
Br
Br
CH3
CH3
Cl
(1) Cl
H
(2) CH3
Cl H
(3) Cl
H
Br
(4) CH3
编号小端放上面。
3
乳酸
CH3
* COOH CH
OH
2
1
COOH H3C H C OH
COOH C HO H CH3
(1) Fischer 投影式不能离开纸面翻转，只能在纸 面上旋转180°或其整数倍；若转90°或270°，
COOH CH3 H OH
2. 书写Fischer投影式须注意：
构型发生改变。
t —— 测定时的温度（℃） D —— 钠光波长 589nm α —— 旋光度（°）
l —— 旋光管的长度（dm）
C —— 溶液的浓度（g﹒mL-1）
想一想将胆固醇样品 260mg 溶于5mL 氯仿中， 然后将其装满 5cm 长的旋光管，在室温(20℃) 时通过偏振的钠光，测得旋光度为-2.5°, 计算 胆固醇的比旋光度。 解： [α ]D =
除了少数动物或昆虫的特定器官内含有少量的右旋氨基酸之外，组成地球生命体的 几乎都是左旋氨基酸，而没有右旋氨基酸！
两者还有十分重要的不同性质：
对偏振光的作用不同; 生理作用上有着显著的不同
3、判断对映体的方法
1. 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 如果两者能重合，说明分子无手性，没有对映异构现 象；如果两者不能重合，则为手性分子，有对映异构 现象，存在对映体。 2. 考察分子有无对称面。如果分子有对称面，则 该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。
C H H
O C H
O C OH
看作
C
N
看作
基团大小的次序：
—I >—Br > —Cl > —SO3H > —SH > —F >—O—C—R > —OR O > —OH > —NO2 > —NR2 > —NHR > —NH2 > —CCl3 > —CO2H > — C —NH2 > —C—H > —CH2OH > —C≡N > O O > —C≡CH > —C(CH3)3 > —CH=CH2 > —CH(CH3)2
1. 旋光度与比旋光度
单一对映体的溶液
尼科尔棱镜
尼科尔棱镜
手性化合物具有旋光性
旋光度α
（+ ）右旋（顺时针）
（－）左旋（逆时针）
圆盘旋光仪
自动旋光仪
t
比旋光度 [α ]D =
t —— 比旋光度 [α ]D
α
l ×C
为了使一个化合物的旋 光度成为特征物理常数， 通常用1dm长的旋光管， 待测物质的浓度为 1g/ml ， 用 波 长 为 589nm 的 钠 光 (D 线 ) 条 件下，所测得的旋光度， 称为比旋光度。
左手的镜像是右手
右手的镜像是左手
实物
镜象
手性
手性分子
对映异构体（对映体）
左右手互为镜像与实物关系(称 为对映关系)，彼此又不能重合 的现象称为手性。
2. 含有一个手性C的对映异构
CH3 CH COOH OH
COOH
*
乳酸
COOH HO
C H
H
C OH
CH3
透视式
CH3
透视式
手性碳原子 C *
手性中心
10
结论1 含有一个手性碳原子的化合物必 定是手性化合物，有一对对映体 （C连四个不同的基团）
H CH3-CH2-COOH CH3
非手性分子
H
对称面
COOH
结论2 具有对称面的分子是非手性分子
（C连两个以上相同基团或少于四个基团）
一对对映体有相同的物理性质 除了与手性试剂反应外,对映体的化学性质也相同