第二章 不对称反应的基础知识

CH3
CH3
HO
HH
OH
C2H5
C2H5
5
CH3
Fischer投影式 HO H
CH3 H OH
规定:
C2H5
C2H5
①手性碳放在平面上，用横竖线交点表示。 ②横的表示伸向前方. ③竖的表示伸向后方.
习惯上:
①把含碳原子的基团（主碳链)放在竖键的方向.
②编号较小的放在上端.
6
Fischer投影式
HOOC
27
2.3 绝对构型的测定
2.3.1 X射线衍射法 2.3.2 手性光学(chiroptical)法 2.3.3 化学相关法 2.3.4 Prelog法 2.3.5 Horeau法 2.3.6 NMR法用于构型测定
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2.3.3 化学相关法
PhO
S
P OH
OEt
RX
B:
PhO
S
P OR SO2Cl2
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① 中心手性分子
1
OH
3 HOCH2 CHO 2
H
(R) - 甘油醛
2
CHO
1 HO H CH2OH 3
(S)- 甘油醛
H
3 CH3 C2H5 2 OH 1
(S)- 2-丁醇
2
COOH
H OH 1 CH3 3
(R) - 乳酸 12
轴手性 (axial chirality)
O OH
OH
O
(R)-联 萘 酚
a
c
C
b
d
丙二烯类化合物
当 a>b, c>d时 ， 为 (R)构 型
(S)-螺 二 酮
a
c
b
d
环己烷类化合物
当 a>b, c>d时， 为 (S)构 型
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手性螺环类化合物的命名
2
O
3
1
O
4
旧的命名法则，(R)-构型
3
O
2
1
O
4
新的命名法则，(S)-构型
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平面手性 (planar chirality)
具有镜像与实物关系的一对旋光异构体。
COOH
C
H
CH3
OH
(S)-(+)-乳酸 mp 53oC []1D5=+3.82
pKa=3.79(25oC)
COOH C H
CH3 OH
(R)-(-)-乳酸 mp 53oC []1D5=-3.82
pKa=3.83(25oC)
对映体
()-乳酸 mp 18oC
[]D15=0
O
O
R
25
(4) 核磁共振法
① 在手性溶剂或手性溶剂化试剂中测定NMR ② 用手性位移试剂测定NMR ③ 用于NMR分析的手性衍生物试剂
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(5) 使用手性柱的色谱法
① 气相色谱法 ② 液相色谱法
(6) 带有对映选择性电解质的毛细管电泳 （CE) (7) HPLC-CD/UV用于对映体组成的测定
在不对称合成反应出现之前，人们合成不对称化合物要通 过繁杂的方法将所得到的外消旋体进行拆分，这无形中相当于 把反应中所得的一半产物在大多数情况下白白废弃掉。对含多 个手性中心的分子的合成，经过多步反应后，产率会很低。
因而，不对称合成反应的发现是药物合成和有机合成进入 一个崭新的阶段。这类反应还广泛应用于有机化合物分子构型 的测定和阐明有机化学反应的机理，以及研究酶催化活性等领 域，具有广泛的应用前景。
导向原子
CH2
O
21
3
Br
H2C H2C
Sp-构型
导向原子
CH2
CH2
21
Br
3 Sp-构型
15
螺旋手性 (helical chirality)
① 顺时针方向定为 P构型
② 逆时针方向定为 M构型
M-构型
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2.2 对映体组成的测定
对于不对称化合物，制备单一的对映体是非常重要的，因 为对映体的生理作用往往有很大差别。例如：（+）-抗坏血酸 具有抗坏血病的功能，而（—）-抗坏血酸则无此活性；L-四咪 唑是驱虫剂，D-四咪唑有毒且不能驱虫等。
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立体专一性反应是指由不同的立体异构体得到立体构型 不同的产物的反应。它反映了反应底物的构型与反应产物的 构型在反应机理上立体化学相对应的情况。如溴对2-丁烯的 加成反应：
反式异构体给出meso-2,3-二溴丁烷
H3C
H
+ Br2
H
CH3
H3C H
Br
Br H
CH3
顺式异构体生成dl(+)-2,3-二溴丁烷
D-(+)甘油
L-(-)甘油醛
醛
注意！•构型DL和旋光方向(+)(-)是两套不相干的符号；
•DL表示分子中原子在空间的排列方式；
•(+)(-)使表示平面偏振光扭转的方向.
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(4) Cahn-Ingold-Prelog (CIP)命名法则
① 中心手性分子 ② 轴手性 (axial chirality) ③ 平面手性 (planar chirality) ④ 螺旋手性 (helical chirality)
H
OH
H3C
立体结构
COOH
H C OH
CH3
投影式
COOH H C OH
CH3
锲形式
COOH H OH
CH3
Fischer投影式
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命名法则：
D,L标记法
确定对映体的相对构型.
选（+)-甘油醛为标准， 指定（-)-甘油醛的
指定其构型为Ｄ型：
构型为Ｌ型：
CHO
CHO
H OH
HO H
CH2OH
CH2OH
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（1） 不对称合成中的立体选择性和立体专一性
立体选择性反应一般是指反应能生成两种或两种以上立体 异构体产物（有时反应只生成一个立体异构体），但其中仅一 种异构体占优势的反应。如：
烯烃加成反应
羰基还原反应
HCOOH
O OCH H
Me3C
O
LiAlH4
Me3C
H
OH + Me3C
90%
OH H
10%
HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO (i)(ii)对映体，(iii)(iv)对映体。
(i)(iii),(i)(v),(ii)(iii),(ii)(v)为非对映体。
4
（3）Fischer投影式
用平面形式表示具有手性碳原子分子的立体 模型的式子为Fischer投影式。
2-丁醇的球棒模型
四面体式
OEt
PhO
S
MeFra Baidu bibliotek-
P Cl
PhO
OEt
S
P OEt
OMe
(R)-(+)
(R)-(-)
(R)-(-)
(S)-(-)
Chem. J. Chin. Univ., 1983, 4, 87
29
2.3.4 Prelog法
O
Cl Ph
O
RL
+
HO
RM
SH
O
O
RL
Ph
RM
O
H
MeMgI
Me
OH
Ph S COOH
%O.P =
α 实测不对称合成产物
α o 纯净的立体产物 ×100%
若产物为非对映异构体时，不对称合成反应效率用非对 映过量百分数（percent diastereomeric excess，%d.e） 来表示，表示方法如下：
%d.e = A _ B ×100% A +B
式中 A 和 B 分别为主要非对映产物的量和次要非对映产 物的量。
RL
+
HO
RM
SH
Helv. Chim. Acta., 1953, 36, 308
30
第二章 不对称反应的基础知识 • 2.1 不对称性 • 2.2 对映体组成的测定 • 2.3 绝对构型的测定
1
2.1 不对称性 （1）手性和手性分子
手性即指左手和右手互为镜像而不能重合的性质。 手性分子指那些和它们的镜像而不能完全重合的分子。
CH3CHCH2CH3 2-丁醇
2
OH
（2）对映体和非对映体
pKa=3.86(25oC)
3
含两个不相同手性碳原子的化合物
CHO
CHO
CHO
CHO
R H OH HO H S
S HO H
H OH R
R H OH HO H S
R H OH
HO H S
CH2OH
(i)
CH2OH
(ii)
CH2OH
(iii)
CH2OH
(iv)
(2R,3R)-(-)-赤藓糖 (2S,3S)-(+)-赤藓糖 (2S,3R)-(+)-苏阿糖 (2R,3S)-(-)-苏阿糖
光学纯度（%）= [α]观察值/[α]最大值 100 %
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——比旋光度——
例如：
OH OH
O
-16.3o e.e.% = 91 % (16.3/17.9)
OH TsO
OH
-17.9o
OH
反巴豆酸双羟基 化后经奎宁拆分
HOOC
OH
Tetrahedron Lett., 1983, 24, 4539
若产物彼此为对映体，则其中某一对映体的过量百分数 （percent enantiomeric excess,%e.e）可作为衡量该不对称 合成反应效率高低的标准，表示如下：
%e.e = R _ S ×100% R +S
式中 R 和 S 分别为主要对映体产物的量和次要产物的量
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通常情况下，可假定比旋光度与对映体组成具有线性 关系，因而在实验测量误差忽略不记时，%e.e即等于下述 光学纯度百分数（percent optical purity，%O.P）,表达 式如下：
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CIP命名法则---R,S标记法 步骤： （A）首先把与手性碳原子相连的四个原子或 基按次序规则排列次序(按原子序数大小)。 （B）然后把排列次序最小的放在距观察者最远 的地方，再看其它三个基的排列位置，如果由 大到小是顺时针排列的，是R型，反时针方向是 S型。
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举例：
观察者
(R)- 2-丁醇
Br H3C
H
H CH3
Br
H3C
CH3
+ Br2
H
H
H3C H
Br CH3
Br
H
Br H3C
H
CH3 H
Br
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（2）不对称合成的反应效率
不对称合成反应实际上是一种立体选择反应，反应的产物 可以是对映体，也可以是非对映体，只是两种异构体的两不同 而已。不对称合成的效率，正是由两者的数量差别来表示的。
的浓度、光源的波长、测定时的温度、所用 的溶剂的有关.
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——旋光度——
比旋光度
在一定条件下,某物质的旋光性为一常数,称为比旋光度.
通常用比旋光度[α]来表示物质的旋光属性。
比旋光度公式如下：
t
B l
α: 测得的旋光度； ρB : 质量浓度，g/ml； l: 盛液管的长度，dm; t: 测定时的温度; λ: 光源的波长.D:589nm
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（3）比旋光度的测量
旋光仪示意图
在盛液管中放入旋光性物质后，偏振光将发生偏
转。能使偏振光向右旋转的，称为右旋化合物，用
(+) 表示；能使偏振光向左旋转的，称为左旋化合物
，用(-) 表示。
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——旋光仪——
旋光度 旋光性物质使偏振光旋转的角度称为旋光
度,用α表示. 物质旋光度α的大小与盛液管的长度、溶液