立体化学与构象分析

立体化学

教学目的要求

本章学习立体化学和构象分析

为完全认识一个分子结构，需要了解三个层次的内容：

●构造（constitution)

●构型（configuration)

指分子内原子或基团在空间“固定”排列关系，分为：顺反异构，旋光异构二种。

●构象（conformation)

指围绕单键旋转产生的不同的分子形象。

构型和构象在有机合成、天然产物、生物化学等研究领域非常重要。例如六六六有九种顺反异构体，其中只有γ-异构体具有杀虫活性。

人体需要多种氨基酸，其中只有L-型具有活性作用。

手性（chiral）在医药、农药、食品添加剂、香料等领域需求越来越多。手性液晶材料、手性高分子材料具有独特的理化性能，成为特殊的器件材料。一个新兴的高新技术产业-手性技术（chirotechnology）正在悄然兴起。

（一）顺反异构

由于双键或环的存在，使得旋转发生困难，而引起的异构现象。

能垒<10 kcal／mol。

能垒50 kcal／mol 双键要破坏。

命名：顺、反（Cis, Syn-; Trans, Anti)。

现在用“Z”，“E”表示

Z：Zusammen 二个大的基团都在一侧（相当于顺）E：Entgegen 二个大的基团分在两侧（相当于反）例：

C C

H3C

CH3CH2

2

CH2CH2CH3

3

)2

1

7

6

5

3 4

Z -3-甲基-4-异丙基-3-庚烯

基团的大小排列是按照原子序数排列的。分子内含有二个以上的双键时，每个双键的构型都要标出来。

(1E ,5Z )-环癸-1,5-二烯-1,6-二羧酸 关于C=N 和N=N 双键的命名

含C=N 双键的化合物主要是指醛肟和酮肟（醛或酮与羟胺NH 2OH 反应得到）

Z -2-戊酮肟 Z -苯甲醛肟 孤对电子的序数为“0”。

文献上，现在还沿用顺、反命名。把-OH,-H 在一侧的叫顺式，Cis-，Syn-；把-OH,-H 在两侧的叫反式，Trans-，Anti-。

N=N 双键也用顺反命名：

反式(E)偶氮苯 顺式(Z)偶氮苯

一般反式稳定,减少了基团间的排斥作用。

（反式对称性好，分子排列更为紧密、有序，有较高的熔点，较低的溶解度（在水中，因极性小），燃烧热、氢化热比顺式低。

对于环状化合物仍用顺反而不用E 、Z ，把环看成是一个平面的，取代基团在同一侧的为顺式。 如果有三个以上时,选一个参考基,用小写r(reference group)表示,再和别的取代基比较与之关系。

N ph

ph

N

N

ph

ph

C

H 3C

C 2H 3

N

OH

:HO

C 6H 5

H

COOH

COOH

2

1

3

45

78

9

顺-3-反-5-二甲基环己-r-1-醇 关于构型的确定的方法 ▪ 环的生成或破裂 ▪ 利用已知构型推断未知构型 ▪ 从反应历程来确定

▪ 用物理方法测μ，x-衍射，熔点，溶解度性质等，这些都是很经典的方法。最简单、最常用的就是NMR 。

自旋-自旋偶合会引起核磁共振信号裂分，如：CH 2Br-CHBr 2的1H NMR 如图：

用单位Hz 表示发生裂分的吸收峰之间的间隔，称为自旋偶合常数（J ）。此处彼此间相互作用的原子核的自旋偶合常值是相等的。

J ab=2～11Hz

J ab=10～21Hz

J 反>J 顺

如：HBrC=CHCl ，J 反=11Hz ，J 顺=4Hz 。

顺、反混合物，各出各的H ，互不干扰，还可以从积分大小定比例。

Ha

Hb Ha

Hb

（二）对映异构

手性分子（chiral molecule）、手性碳，从上世纪七十年代起广泛使用，能够使平面偏振光向左或向右旋的物质称为旋光性物质（或光活性物质）。

手性分子是指一个分子与其镜象不能重合。

手性分子一定是光活性物质。

对映异构体：二个互为镜象，但不能重合，是二种不同化合物。旋光能力相同，但方向相反，如同左、右手。

考察一个分子是否为手性分子，可以从有无手性碳出发，但是最根本是要看分子对称性来考察。

符合手性分子的充要条件：

①无对称面；

②无对称中心；

③无交换对称轴。

三者不可缺一，但一般说来，只要求分子是否有对称面或对称中心即可了。（注意：对称轴不能作为判据。）

（1）对称因素

ⅰ对称轴Cn：指围绕穿过分子的一条轴，旋转360°/n分子能够复原，此轴叫分子对称轴。

C

2

轴，转180º可以还原

轴

如果组成分子的所有原子都在一个平面上或者有一个平面通过分子能把此分子分成互为镜像的两者，这两种平面都是分子对称面。

三氯甲烷三个对称面

BF

3有四个对称面

C C

H

Cl

Cl

H

苯有七个对称面

iii：对称中心 i

在分子中找一个中心,在离中心等距离处能找到完全相同的原子，此中心即为对称中心。

iv：交换对称轴Sn（旋转反映轴）

指把一个分子围绕穿过此分子的轴旋转一定角度（Cn）再把垂直于此轴的平面作为镜子，所得镜象与原分子一样时，此轴即为交替对称轴。

（2）无手性碳的手性分子

有些化合物，没有手性碳，但从对称性上看属于手性分子

a、丙二烯型化合物（含手性轴）