1、,第四章 立体化学（stereochemistry）,讨论分子的立体形象及与物理性质的关系等。,讨论分子的立体形象对化学反应 性的影响及产物分子和反应物分 子在立体结构上的关系等。,原子在分子内的空间位置；,在反应中，分子内或分子间的原子重新组合，在空间上的要求条件和变化过程如何？及由此如何决定产物分子中各原子的空间向位？,立体异构 构造相同,分子中原子或基团在空间的排列方式不同。,d- 异构体 有强兴奋作用l- 异构体 抗兴奋作用,D-(-) 有杀菌作用 L-(+) 无药效,Z-R（有生理活性）,一. 分子的手性和对称因素,1. 手性(Chirality) 实物与其镜影不能重叠的现象。,2.
2、 对称因素,1）平面对称因素(),具有平面对称因素的分子是对称分子。非手性分子。,2）中心对称因素 (i),具有中心对称因素的分子是对称分子。非手性分子。,3）旋转轴对称因素 (Cn),只含旋转轴对称因素的分子是非对称分子。手性分子。,4）反射对称因素(Sn),具有反射对称因素的分子是对称分子。非手性分子。, 一般情况下，不具有对称面和对称中心的分子，其实物与镜影不能重叠，该分子称为不对称分子或手性分子。 手性分子具有光学活性。,二. 偏振光、比旋光度,1. 平面偏振光,光波振动方向与光束前进方向关系示意图,普通光,平面偏振光：通过Nicol棱镜，仅在一个平面上振动的光。,2. 旋光仪、旋光度
3、、比旋光度,旋光性：使偏振光偏振面旋转的能力。,旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用表示。旋光方向：右旋（+）、d- ; 左旋（-）、l-,比旋光度,t =,(物理常数),例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于20ml氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。求其比旋光度。,如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是-300o的左旋体？,三. 含手性碳原子的分子的立体化学,1. 含一个手性碳原子的分子,1）手性碳原子的概念,与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。,含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。,D20= +3.8o(水) D20= -3.8o(水),对
4、映 体,互为实物与镜 影关系，不能 相互重叠的两 个立体异构体。,2）左旋体、右旋体及外消旋体,一对对映体中：,使平面偏振光向左旋的为左旋体，用“（）”或“ l”表示。使平面偏振光向右旋的为右旋体，用“（+）”或“d”表示。,左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。,外消旋体：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。,外消旋体用 () 或 (RS) 或 (dl) 或 DL表示。,外消旋体可分离成左旋体与右旋体。,3）构型的 R、S 表示方法,手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同基团的空间排列。,R、S 标记手性碳原子构型。,S,R,R,4）Fischer投影式,规定 投影时，与手性碳相连横向
5、两个键朝前，竖向两个键向后，交叉点为手性碳。,将下列化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。, 顺序最小的原子(或基团)在竖线上, 顺时针排列为R构型, 逆时针排列为S构型。 顺序最小的原子(或基团)在横线上, 顺时针排列为S构型, 逆时针排列为R构型。, 如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置，则分子构型不变。,S S S S,试判断下列Fischer投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对映关系的有哪几个？, 将投影式在纸平面上旋转90o,则成它的对映体。,R S, 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。
6、,5）D、L标记法,2. 含两个手性碳原子的分子,1) 含两个不同手性碳原子的分子, ,对映关系： 与； 与非对映关系： 与、与、与、与,非对映体：构造相同, 构型不同, 相互间不是实物与镜影关系的立体异构体。,非对映异构体其旋光性不同, 物理性质不同。,光活异构体数目 = 2n ; (n=不同手性碳原子数)外消旋体数目= 2n-1,2）含两个相同手性碳原子的分子, ,内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面 对称因数)。,具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RS）构型。,R S,内消旋体无旋光性 (两个相同取代、构型相 反的手性碳原子，处于同一分子中，旋光性 抵消)。,
7、内消旋体不能分离成光活性化合物。,指出下列(A)与(B)、(A)与(C)的关系(即对映体或非对映体关系)。,3.含三个不同手性碳原子的分子,八个旋光异构体、组成四对对映体。,C-2差向异构体,差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同，这两个光活异构体称为差向异构体。,C-2差向异构：由C-2引起的差向异构。（C-2构型相反）,-猜猜看-,1. 内消旋 2, 3-二甲基-1, 4-丁二醇经氧化后得到 2, 3-二甲基-4-羟基丁酸，问产物有没有旋光性？,2. 胆甾醇分子中有多少个不对称碳原子？,四. 不含手性碳原子的光活性异构体,1. 丙二烯型
8、分子,中心碳原子两个 键平面正交, 两端碳原子上四个基团，两两处于互为垂直的平面上。,当AB ，分子有手性。,类似物：,无 有,2. 联苯型分子,苯环间碳碳键旋转受阻，产生位阻构象异构。,当同一环上邻位有不对称取代时（取代基或原子体积较大）, 整个分子无对称面、无对称中心, 分子有手性。,当一个苯环对称取代时（即邻位两个取代基相同时）， 分子无手性。,联萘衍生物：2,2-联萘二酚是手性分子。,3. 螺旋型分子,(-)-六螺駢苯,末端两苯环不在同平面上。,4. 含其它不对称原子的光活性分子,五. 环状化合物的立体异构,meso- (S, S)- (R, R)-,同时存在顺反异构、对映异构。,（1
9、R，3S）- 3-溴-1-环己醇,思 考 题,1）写出化合物 (1R,3S,5R)-1-甲基-3-硝基-5-氯环己烷的结构并画出其优势构象。 2）写出环己六醇所有立体异构体及其中一个最稳定的构象。,六. 外消旋化、差向异构化,外消旋化：某一旋光化合物的一半转化为其对映体，成为外消旋体的过程。,差向异构化：在含有两个或多个手性中心的体系中，仅有一个手性中心发生构型转化的过程。,七. 旋光异构体的性质,在相同的非手性条件下，旋光异构体的物理性质与化学性质相同。,名称 熔点/oC 25(20%水） 溶解度 pka1 pka2(+)-酒石酸 170 +12o 139 2.93 4.23(-)-酒石酸
10、170 - 12o 139 2.93 4.23,旋光异构体在手性条件下(如手性试剂、手性催化剂等) 其反应 速率不同。,生物体内的酶和各种底物具手性。手性分子的对映体进入生物体内手性环境后, 引起不同的分子识别, 使其生理活性相差很大。,例如：抗妊娠反应的镇静药(R)-酞胺哌啶酮 (“反应停”),手性药物的旋光异构与生物活性,1）旋光异构体具有不同的生物活性强度,非麻醉性的消炎镇痛药 (S)-酮咯酸,2) 旋光异构体具有完全相反的生物活性。,利尿药：(S)-(-)-依托唑啉,3) 旋光异构体的毒性或严重副作用,减肥药 (S)-(+)-氟苯丙胺,八. 不对称合成,非手性化合物在非手性条件下生成外
11、消旋体。,为什么总得外消旋体,一个分子在对称环境下反应, 不可能有选择性。(左旋体与右旋体过渡态能量相同, 反应活化能相同, 反应速率相同) 。,1. 由手性化合物进行不对称合成,构象分析 中间体自由基构象能,结果：产物为不等量的非对映体，且meso-占优势。,2. 非手性分子通过引入手性基团进行不对称合成,一个分子的构象决定了某一试剂接近分子的方向。,3. 非手性分子通过引入手性催化剂进行不对称合成,手性配体：(R)-BINAP,4. 选择性生物催化不对称合成,条件温和、高效、立体专一,5. 立体选择性反应与立体专一性反应,6. 对映体过量百分率、立体选向百分率与光学纯度百分率,九. 外消旋体的拆分,1. 化学分离法,2. 生物分离法,L-(+)-丙氨酸,拆分的理论收率 50%,消旋化的动态拆分,3. 晶种法,4. 色谱分离法,1）柱色谱法 2）配位竞争法 3）纸色谱法 4）气相色谱法,参考书：立体化学 叶秀林编 北大出版社 1999,作业,P 94 3-6 () ( ) p96 3-7 () ( ) p98 3-9 p102 3-14 p110 3-20 p119 3-29 p120 3-32,
