1、第五章 立体化学基础：手性分子,重点学习手性分子和非手性分子的区分；判断对映体、非对映体、外消旋体和内消旋体的存在；对映异构体的表示和命名；比较对映体性质上的异同点。了解对映体的拆分方法和手性分子在生物体中的作用。,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。,构造异构：分子中原子间的排列顺序、结合方式,立体异构：构造相同，原子在空间排布方式不同,第一节 手性分子和对映体,一、手性 (chirality),互为实物与镜像关系，彼此又不能重叠的现象为手性。,问题：脚, 耳朵, 鼻子, 螺丝钉是否具有手性？,二、手性分子和对映体,镜子,1.不能与其镜像重合的分子称为手性
2、分子(chiral molecule)。,2.它们是彼此成镜像关系，又不能重合的一对立体异构体，互称为对映异构体(enantiomer) 。镜像的不重合性是产生对映异构现象的充分必要条件。,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,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,含一个手性碳原子的分子为手性分子，存在一对对映体。,3.连有四个不同原子或基团的碳原子为手性碳原子。,对映体空间结构的表示：透视式,三、对称面和非手性分子,对称面：能将分子结构剖成实物与镜像对映关系的两半的面。,有对称面的分子与它的镜像能重合，因此没有对映异构
3、现象，称为非手性分子(achiral molecule)。,方法二，寻找分子中有无对称面？,方法三，寻找手性碳原子（手性中心）。含一个手性碳原子的分子，一定为手性分子，存在一对对映体。,有对称面的分子为非手性分子。,注意！含两个或两个以上手性碳原子的分子，大多数为手性分子，存在对映体；个别的可能无手性不存在对映体。,四、判断对映体的方法,方法一，用模型考察分子与其镜像是否重合？不重合则为手性分子，存在对映体。,有手性碳，无手性,无手性碳，有手性,讨论 :下列分子中哪些是手性分子？,第二节 费歇尔(Fischer)投影式,(+)-乳 酸,Fischer 投影式的书写规则：,1. 横线和竖线的交叉
4、点表示手性碳；,2. “横前竖后”，主链在竖线上，编号较小的基团在上端；,课堂练习：试根据模型写出Fischer投影式。,在符合“横前竖后”规则的前提下,亦可得到不同Fischer投影式。,总结：,(1) Fischer式的平移或纸平面内旋转180，其构型不变。 但Fischer式不能离开纸面翻转或沿纸面旋转90 (或270)。,在纸平面内旋转 180，构型不变,(2) Fischer 式中同一个手性碳上所连原子或基团对调一次或奇数次，构型改变，转变为它的对映体两两交换偶数次，其构型不变。,（3）Fischer 投影式离开纸面翻转, 构型改变！,立体异构体的几种表示方法：,第三节 旋 光 性,
5、尼科尔棱晶：只允许与棱晶晶轴平行的平面上振动的光线透过。 平面偏振光：只在一个平面上振动的光称为平面偏振光。,一、偏振光和旋光性,手性分子均具有旋光性。,物质能使偏振光的振动平面旋转的性质称为旋光性。,二、旋光度与比旋光度,的大小与物质本性及外界条件(浓度、旋光管长、温度、光源波长、溶剂等）有关。,（一）旋光度()：物质使偏振光振动平面旋转的角度。,左旋体：使平面偏振光振动平面向左旋转，用(-)表示。右旋体：使平面偏振光振动平面向右旋转，用(+)表示。,（二）比旋光度：,应用：测定旋光度，求出比旋光度，鉴定未知的旋光性物质； 已知旋光度，计算物质的浓度。,1 ml含1 g旋光性物质浓度的溶液，
6、放在1 dm（10cm）长的盛液管中测得的旋光度称为该物质的比旋光度。通常用t表示。为测定时光的波长，一般采用钠光（波长589.3 nm, D表示）,例题：将胆固醇样品260mg溶于5ml氯仿中, 然后将其装满5厘米长的旋光管, 在室温（20）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。,答：胆固醇的比旋光度为96(氯仿)。,=,=96,文献中通常用如下格式报导一个旋光性化合物的比旋光度值：,D20 = +98.3o (c 0.05, CH3OH),第四节 外消旋体,外消旋体(racemic mixture)：一对对映体的等量混合物。用 ()或 dl 表示。,一对对映体具有相同
7、的熔点、沸点、密度、pKa, 两者的比旋光度大小相等，方向相反。外消旋体的物理性质与单一对映体有些不同，它不具有旋光性，熔点、密度和溶解度等常有差异。但沸点与纯对映体相同。,第五节 非对映体和内消旋化合物,一、非对映体,含有n 个不相同手性碳原子的化合物,其光学异构体的数目是 2n 个！如2,3-二氯丁醛有4个光学异构体。,2S,3R,2R,3S,2S,3S,2R,3R,( a ) ( b ) ( c ) ( d ),(a)和(c)是彼此不成镜像关系的光学异构体, 叫作非对映体(diastereomers); 同样, (a)和(d)之间也是非对映体。彼此不成镜像关系的立体异构体叫非对映体。,非
8、对映体具有不同的物理性质。如沸点、溶解度、旋光性等都不相同。,二、内消旋化合物,酒石酸分子中有2个相同手性碳。如果按照 2n 规则, 可有 4个立体异构体。但实际上酒石酸分子只有3个立体异构体。,( a ) ( b ) ( c ) ( d ),(a) 和 (b) 是对映体 (a) 和 (c) 是非对映体 (b) 与 (c) 是非对映体,( a ) ( b ) ( c ) ( d ),将 (d) 在纸平面上旋转180，就和 (c) 完全相同。,象 (c) 这种构型的分子, 虽然有两个手性中心, 但作为分子整体来说是非手性的。 (c) 称为内消旋化合物 (meso compound)。,内消旋化合
9、物是纯净物，不具有旋光性。,有一个简单的方法可以辨认内消旋化合物。就是它具有对称面。,对称面的上半部分是下半部分的镜像。因此分子的上下两部分对偏振光的影响相互抵消，使整个分子不表现旋光性。,内消旋酒石酸 分子中的对称面,第六节 构型标记法,一、D/L 构型标记法,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。,(+)-甘油醛 ()-甘油醛,用D/L法命名时Fischer式必须将主碳链放在竖直线上，把命名时编号最小的碳原子放在上端 ( 主链下行) 。,二、R/S 构型标记法,1. R/S 构型标记法分为两步：,(1) 按次
10、序规则确定与手性碳相连的四个原子或基团的优先次序（或称为“大小” 次序）,例如 氯溴碘甲烷： I Br Cl H,(2) 将手性碳上的4个原子或基团中优先次序最小的一个置于远离视线的方向, 然后观察朝向自己的其余3个基团的优先次序。顺时针方向排列为R构型；反时针方向排列为S构型。,R-氯溴碘甲烷,S-氯溴碘甲烷,2. 在平面中标记Fischer 投影式的 R/S 构型的,（1）当最小基团在横线时， a、b、c 顺时针排列为 S型，逆时针排列为 R型。,（2）当最小基团在竖线时，a、b、c 顺时针排列为 R型，逆时针排列 S型。,R,R,R,S,例如：,内消旋体,(2R,3S) = (2S,3R
11、),对映体,(2R,3R) (2S,3S),（2R，3R）（2S，3S）,（2S，3R） （2R，3S）,注意：1. D/L 构型与 R/S 构型之间无必然联系。,2. 化合物的构型与旋光方向无内在联系，为两个不同的概念。,第七节 无手性碳原子的对映体,大多数具有旋光性的化合物分子内都存在手性碳原子。但还有一些化合物虽无手性碳，就整个分子而言却包含手性因素，使它与其镜像不能重合。这类分子也是手性分子。,一对对映体,1. 单键旋转受阻的联苯型化合物,2. 丙二烯型化合物,当AB时，I 和 II 互为镜像。彼此不能重合, 为一对对映体。,1,3-二氯丙二烯之所以具有手性, 是因为分子的一半与另一半
12、相互垂直。,(+)-1,3-二氯丙二烯,(-)-1,3-二氯丙二烯,第八节 外消旋体的拆分,非对映体的拆分，利用物理性质不同进行分离。,对映体的拆分方法：化学拆分法,第九节 手性分子的形成和生物作用,一、手性分子的形成,（一）生物体中的手性分子,（二）非手性分子转化成手性分子,生物体内酶和底物都是手性化合物，且以 单一的对映体形式存在。,手性化合物 外消旋体,非手性化合物,(S)-2-氯丁烷 (2S,3S)- (2S,3R)-2,3-二氯丁烷 2,3-二氯丁烷,手性化合物 新手性化合物（非对映体）,二、手性分子的生物作用,多巴(Dopa)：2-氨基-3-(3,4-二羟基苯基)丙酸。,分子立体结构不同导致生理活性不同的原因：,细胞上的特定接受部位通常称为受体靶位，只有受体靶位与药物手性分子的立体结构成互补关系，其活性部位才能适合进入受体靶位，产生应有的生理作用。例如 酶与底物的作用，手性药等。,(+)-多巴(无生理效应) (-)-多巴（抗帕金森氏病）,2. 下列化合物中，哪些有构型异构?,练习：1.下列化合物是否有旋光性?对映异构体数目？,2-氯-3-羟基丁二酸 (2) 2,3-二氯丁烷,
