考研中的立体化学

第16卷第3期江苏技术师范学院学报JOURNAL OF JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.16,No.3M ar .,2010

2010年3月0引言

有机分子的立体化学结构决定于它们的生理活性。这对于药物、杀虫剂、植物生长调节剂、香料、调味剂以及所有具有生理活性的化合物来讲都是正确的。如顺式茉莉醛（1）具有强烈的令人愉快的气味，但其反式体（2）却没有气味；天然茉莉酮（3）有强烈的茉莉花香味，而它的反式体无香味；(R)-天冬酰胺（4）具有甜味，而其对映体却是苦的：

收稿日期:2010-03-09

作者简介:贾洪斌（1954-），男，回族，辽宁沈阳人，教授。

考研中的立体化学

贾洪斌

（江苏技术师范学院化学与环境工程学院，江苏常州213001）

摘要：有机化合物的生理活性与其立体化学结构密切相关，一个不正确的结构往往会导致致命的错误。正因

为如此，考研试题中对于立体化学问题的要求占有很大比重。本文列举一些考研试题中经常出现的例子来介绍

几个重要的立体化学反应，同时给出解题的规律，可以使读者通过这些实例来举一反三地解决实际问题。

关键词：立体化学;Cram 规则;热消除;Baeyer-Villiger 氧化

中图分类号:O641.6文献标识码:A 文章编号:1674-8522（2010）03-0063-

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再如，20世纪60年代在欧洲引起巨大影响的纱利度胺（Thalidomide ，5）事件，就是由于不同的旋光异构

体具有完全不同的生理活性而给众多的家庭造成了难以挽回的不幸：

因此，一个有用的合成不仅仅要能合成出某一化合物，它的立体化学构型也必须是正确的。这就需要在反应进行中加以控制，使其生成或主要生成人们希望得到的结构，这在有机合成中是尤其重要的。正因为如此，考研有机化学题目中十分重视立体化学问题，同时也成了考生的难点之一。

本文着重介绍一些常见的问题及其解题思路和规律。

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64第16卷1Cram规则相关的反应

1.1Cram规则

Cram规则有三种表达方式。

（1）开链式。醛酮等羰基类化合物与Grignard试剂等发生亲核加成反应时，如果α-碳已经是手性的，加成产生的两个产物为非对映体（diastereomers），二者是不等量的。其原因是试剂进攻方向的几率是由手性碳上已有的几个基团的大小决定的。Cram[1]假定：如果沿着C-C键键轴观察，可将羰基与α-碳上三个基团之间的关系表示为（6），其中S、M和L分别表示小、中和大，羰基位于S和M之间以使空间排斥最小。发生反应时，试剂是从位阻小的S一侧进攻，所得的赤式产物是主要的：

在产物的预测时就可以按照这样的规则来进行。

（2）环状模式。当酮的手性碳原子上连有OH或NH2时，试剂首先要与这些基团络合而呈重叠式构象（7），然后再从空间障碍小的一侧进攻羰基：

在这种情况下要注意：如果S=H，M=OH（或NH2），则环状模式与开链模式所得结果相同；但如果S=OH，M=CH3（甲基大于羟基不是服从立体化学中的“次序规则”，而是涉及到构象能，这里不介绍），所得结果就与开链式的相反。

（3）Conforth规律。当酮的α-碳上连有卤素时，由于偶极相互排斥，在上面的开链式构象中，要优先使羰基与卤素互处对位交叉式，试剂从S一侧进攻，所得产物的立体化学与第一种情况相同。

1.2常见实例

对于α-碳为手性的醛酮来讲，不论是加成还是还原，只要是导致羰基碳变为手性中心的，其产物都可以根据Cram规则来判断。

例1开链式化合物的反应

如前所述，若α-碳上带有极性的OH或NH2，则会形成比较刚性的环状结构，立体选择性大大提高。

实践中所给的试题不一定恰好是羰基位于S和M之间。稳妥起见，可将手性碳上的三个基团依次交换位置，使其满足上式所示的构象，然后从S一侧进攻就可得出准确的结果。

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例2环状化合物的反应

α-碳为手性的环酮羰基的反应比上面链状化合物要简单，因为相邻的四面体碳上的两个基团正好在羰基所在平面（即纸平面）的前后，只要能看出大小，让试剂从S一侧进攻即可得到满意的结果。

1.3相关的反应

例3由环已烯酮合成

此题虽然不是Cram规则的问题，但其合成中所考虑的立体化学是相似的，这从以下的合成步骤可以看出，即苯基格氏试剂的Ph与羰基反应时，选择从位阻小的NMe2背面进攻：

第一步的立体化学不用表示，因为二甲氨基无论在前还是在后，产物中只要它与OH在同一侧即可（实际是两个产物）；此题的另一个知识点为：二甲氨基的Michael加成必须在羰基加成之前完成，否则，普通的双键是不发生亲核加成的。

2酯和荒原酸酯（xanthate ester）的顺式消除

醇与羧酸转变为羧酸酯或转变为荒原酸酯后受热发生消除反应，其立体化学特征是顺式共平面的过程，由此可以保证从某一立体构型的醇得到指定构型的烯烃。该反应的另一特点是不发生碳骨架的重排（如下所示，H和O的失去是一步完成的），所以对于有重排倾向的醇的消除是一个好的选择。这里仅介绍其立体化学特征。两种酯消除都经历如下的六元环状过渡态[2]：

所不同的是羧酸酯消除的温度高一些（一般300~500℃），而荒原酸酯所需的温度较低（一般为170℃左右）。关于立体化学特征，一个比较典型例子如下。

例4根据下列每一步的反应顺序，写出产物烯烃的立体结构：

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按照所给定的条件，溴代物在与羧酸盐反应时，Br所在的碳发生了构型的翻转，故产生的酯应为（1S，2R）；溴代物和酯的构型已知，烯烃的构型就可以知道了：

荒原酸酯的合成及消除反应如下例所示：

由于甲基一侧没有满足立体化学的顺式氢，故只能产生取代较少的烯烃。

需要顺便提一下，顺式消除的反应还包括叔胺氧化物的热消除（Cope热消除）。

例5完成下列反应式：

其中第一步就是一个Cope热消除。需要注意的是，尽管是顺式消除，但这里有两个可供消除的原子H和D。如果消除顺式的D则会产生两个Ph在同一侧的不太稳定的顺式烯烃；由于单键的自由旋转，可以使H与氨基互处顺式，从而导致稳定的反式烯烃。反应的第二步是卡宾对双键的环加成，也是立体专一的顺式过程。

3Baeyer-Villige氧化反应中的立体化学

酮与过氧酸反应得到酯（亦可进一步水解成酸），它的氧化过程是协同的构型保持过程。其机理[3]如下：

所谓“构型保持”，对于给定立体构型的化合物来讲，迁移基团原来用什么键型表示，产物中仍用什么键型表示，就是构型保持。例如下列例子。