立体化学同分异构分类

第 四 章 立 体 化 学 构型异构构象异构立体异构官能团异构位置异构碳链异构构造异构同分异构第 一 节 同 分 异 构 分 类 构 型 异 构几 何 异 构 旋 光 异 构对 映 体 非 对 映 体 第 二 节 物 质 的 旋 光 性一 、 平 面 偏 振 光传播方向振动方向偏振光单 色 光方解石(Nicol prism) 二 、 旋 光 性 与 比 旋 光 度平面偏振光物质右 旋左 旋 n 比 旋 光 度 的 定 义 ： C: 浓度（g / ml ) l : 管长 ( dm ) ; : 旋光 度 t = l C.D 第 三 节 化 合 物 的 旋 光 性 与 其 结 构 的 关 系一 、 概 念1、 手 性 (chiral): 实 物 与 镜 像 不 能 重 合 。2、 非 手 性 (achiral):实 物 与 镜 像 相 互 重 合 。3、 手 性 分 子 ： 分 子 与 其 镜 像 不 能 重 合 的 化 合 物 。4、 手 性 分 子 与 其 镜 像 互 为 对 映 体 。 5、 一 对 对 映 体 包 括 一 个 左 旋 体 与 一 个 右旋 体 ， 其 比 旋 光 度 绝 对 值 相 等 ， 但 旋 光 方向 相 反 。6.旋 光 异 构 体 ： 旋 光 性 不 同 的 立 体 异 构 体 。7、 分 子 有 手 性 ， 则 物 质 具 有 旋 光 性 。8、 对 称 分 子 (分 子 内 部 存 在 对 称 因 素 )无 手性 ， 不 对 称 分 子 才 有 手 性 。 C ClCl H H n 乳 酸 构 型 式 ： 物 体 CCH 3 COOH HHO CH OH HOOC 3HC镜 象 mirror CCOOHHO CH 3 H CCOOHCH 3H OH 两 个 互 为 镜 像关 系 又 不 能 相 互重 合 的 乳 酸 分 子一对对映体 n 三 种 乳 酸 ： Cpm Cpm Cpm 0020D 0020D 0020D 18.,0 .3 53.,82.3 ).2( 53.,82.3 ).1( 化学合成制备的乳酸，）（乳糖发酵得到的乳酸，肌肉运动时产生的乳酸（ 右 旋 体 ）（ 左 旋 体 ）（ 外 消 旋 体 ） n 合 成 乳 酸 的 过 程CH 3CHO HCN CH3-CH CNOH H+H2O CH3-CH COOHOH C OHH CNracemic( )或 dl- 二 、 手 性 （ 不 对 称 ） 碳 原 子 C*1.定 义 ： 碳 原 子 上 连 有 四 个 不 同 原 子 或基 团 者 。 C COOHOHHCH3 * 2、 含 一 个 C*的 分 子 ： 一 对 对 映 体 CH3 C COOHHOH C OHH COOHCH 3COOH CH3 OHH * Fischer Fischer 投 影 式 ：COOH HCH 3H O H O HCH 3 COOH Fischer投 影 式 规 则 ：1、 横 前 竖 后 ；2、 “ +” 字 交 叉 点 代 表 C *；3、 碳 链 摆 在 垂 直 线 上 ， 编 号 最 小 碳 原子 置 于 上 端 ；4、 平 面 图 形 反 映 立 体 结 构 。 注 意 事 项 ： 1、 投 影 式 可 在 纸 平 面 上 任 意 转 动（ 1800 n), 构 型 保 持 不 变 ； COOH CH3 OHH COOH CH3OH H1800 2、 在 纸 平 面 上 旋 转 900的 奇 数 倍 后 ， 将得 到 其 对 映 体 。 COOH CH3HO H 900 OH COOH HCH3（+） （ ） 3、 将 投 影 式 中 任 意 两 基 团 互 换 偶 数次 ， 其 构 型 保 持 不 变 ； 若 互 换 奇 数次 ， 则 得 其 对 映 体 。 COOH CH3HO H 交换1次 COOH CH3 OHH(+) (-) COOH CH3HO H COOH CH3H OH交换2 次 （-） （-） 第 四 节 相 对 构 型 与 绝 对 构 型 一 、 相 对 构 型1、 以 (+)与 (-)甘 油 醛 作 为 旋 光 性 物 质构 型 的 比 较 标 准 ;2、 在 投 影 式 中 ， 甘 油 醛 C*上 OH排在 水 平 线 右 侧 者 为 D型 ； OH排 在 水平 线 左 侧 者 为 L型 。 D-(+)-甘油醛 CHO CH2OH OHH CHO CH2OH HHO L-(-)-甘油醛 4、 当 一 种 旋 光 性 物 质 发 生 化 学 反 应 时 ，只 要 与 C*直 接 相 连 的 任 何 一 个 化 学 键不 曾 断 裂 ， 则 其 C *的 构 型 不 变 。3、 标 准 物 质 的 构 型 规 定 后 ， 其 他 旋 光 性物 质 的 构 型 通 过 化 学 转 变 的 方 法 与 标 准物 质 镜 像 关 联 来 确 定 。 例 如 ： CH2OHL-（+）-甘油酸HgOCHOCH2OHHO H COOHHO H COOHHO HCH2NH2HNO2NOBrCOOH HO HCH2Br H COOHCH3HO HL-(+)-乳酸 L-（+)- -溴乳酸L-（-）-甘油醛 L-（-）-异丝氨酸 二 、 绝 对 构 型 （ 1970）1、 R/S 构 型 系 统 命 名 法 ：(1)将 C*上 四 个 基 团 按 顺 序 规 则 排 序 ；(2)将 排 在 最 后 的 基 团 摆 在 离 观 察 者 最 远 处 ；(3)按 “ 最 优 先 第 二 优 先 次 后 ” 对 基团 排 序 ， 顺 时 针 排 列 者 为 R构 型 ； 逆 时针 排 列 者 则 为 S 构 型 。 H C OCH3 CH3 Cl 优先 次 序：-Cl -OCH3 -CH3 -H(S)-甲基- -氯乙 基醚 视 线 方 向 COHH CH 3 COOH -OH -COOH -CH3 -H(R) -乳 酸 2、 Fischer投 影 式 表 示 的 分 子 构 型 CHO CH2OHH OH CCHO OHH CH 2OH 视 线 方 向( R )-甘 油 醛 3、 经 验 规 则 （ 对 fischer投 影 式 ） （ 1） “ 小 ” 在 左 右 反 原 向 ； （ 2） “ 小 ” 在 上 下 同 原 向 。 例 ： CH 3 CH 2ClC 2H5 H -CH2Cl-C2H5-CH3-H 优先 次 序 排序：顺时针（R）真 实构 型：反 原向 （S）-2-甲基-1-氯丁 烷 例：CH 2=CHCH2 H CH3 CH2Cl-CH 2ClCH2=CH-CH2-CH3-H逆 时针；小在 上 下 同 原向 （S）-4-甲 基-5-氯-1-戊 烯 说 明 ： R/S与 D/L构 型 表 示 法 无 内 在 联 系 。COOH CH3HO HS - 乳酸(L) COOH CH2SHHH2NR - 半 胱氨 酸 （L） 第 五 节 含 不 同 C *的 分 子一 、 含 两 个 不 同 C *的 分 子例： CH-OHCH-OH* CHO CH2OH 2,3,4-三 羟 基 丁 醛 () (2R,3R) CHOH H OHOHCH2OH （ ）（2S,3S) HO HHCHOHOHOCH 2D -215+215熔点液体液体 ) (2R,3S) CHOH HOH OHCH2OH （2S,3R) HO HO HH CHOHOCH2 （ （）D熔点29.129.1130 130 ( )与 （ ） 是 一 对 对 映 体 ； ( )与 （ ） 是 另 一 对 对 映 体 ； ( )与 （ ） 、 ( ） 是 非 对 映 体 ； ( ） 与 （ ） 、 ( ） 也 是 非 对 映 体 ； 非 对 映 体 不 呈 镜 像 对 映 关 系 ， 且 理 化性 质 存 在 差 异 。 二 、 含 两 个 相 同 C*的 分 子例 ： 酒 石 酸 COOH COOHOHHHOH COOH COOHH HHO OH(2R,3R) (2S.3S)（）（） COOH COOHHO HHO H(2R,3S) (2S,3R) COOH COOHOHOHHH（）（） COOH COOHOHOH HH COOH COOH HO HHO H1800 (3) (4)(2R,3S) (2S,3R)meso compound COOH COOHOHOHHH C COOHOH H COH COOHH对称面 酒 石 酸 几 种 立 体 异 构 体 的 理 化 性 质酒 石 酸 熔 点 比 旋 光 度 溶 解 度 密 度 pka1(+) 168170 +120 139.0 1.7598 2.93(-) 168170 -120 139.0 1.7598 2.93meso 146148 0 125.0 1.6666 3.20( ) 206 0 20.6 1.7880 2.96 三 、 含 多 个 C *的 分 子1、 含 n个 不 同 C*时 ， 理 论 上 存 在 2n个 立 体 异 构 体 ；2、 分 子 中 存 在 相 同 C*时 ， 将 产 生 meso compound， 且 立 体 异 构 体 数 目 将 少于 2n个 。 OH CH3 H CH3* * * *理 论 值 ： 28=256胆 甾 醇 第 六 节 不 含 手 性 C*的 手 性 分 子一 、 丙 二 烯 型 化 合 物 C C C C6H5C10H7H7C10H5C6 C C C C6H5C10H7H7C10H5C6sp2 sp2- - - - 2.联 芳 香 烃 化 合 物 OHOH HOHO(R)-(+)-1,1 -联 二 萘 酚 (S)-(-)-1,1 -联 二 萘 酚 3. 螺 环 化 合 物 CH3CH3 CH3CH3 第 六 节 手 性 化 合 物 的 制 备一 、 手 性 源 合 成 以 天 然 手 性 物 质 如 (+)-酒 石 酸 、 (+)-乳 酸、 (+)-抗 坏 血 酸 等 为 原 料 ， 通 过 构 型 保 持或 构 型 转 化 等 化 学 反 应 合 成 新 的 手 性 化 合物 的 方 法 。 二 、 化 学 拆 分 法1、 以 经 典 的 化 学 反 应 合 成 含 C*的 化 合 物时 ， 得 到 的 产 物 通 常 是 外 消 旋 的 。 CH3CHO HCN OHCH3CNH C CH3CN HHO+ C(R)-2-羟 基 丙 腈 (S)-2-羟 基 丙 腈 2、 拆 分 (resolution)： 将 外 消 旋 体 分 成 单 一 对 映 体 的 过 程 。3、 化 学 拆 分 ： 用 等 物 质 量 的 手 性 物 质 (拆 分 剂 )与 外 消 旋 体 作 用 生 成 非 对 映 体 ， 利 用 它 们性 质 上 的 差 异 将 其 分 离 。 CCOOHCH3OHH CCOOH CH3H HO C CH3OHH COOCH NH2CH3 CH CH3NH3+ CH CH3NH3+C CH3H HOCOO (R)(S)（）乳酸(+)-1-苯 基 乙 胺 (R,R)-盐(S,R)-盐例 如 ： 乳 酸 的 拆 分 C C CH3OHH COO CH CH 3 NH3+ CH CH 3 NH3+C CH3H HO COO HCl C CH3OHH COOH CH3H HOCOOH 重 结 晶 分 离 三 、 不 对 称 合 成1、 概 念 ： 将 分 子 中 的 潜 在 手 性 单 元 ， 通 过反 应 转 变 成 手 性 单 元 ， 并 产 生 不 等 量 的旋 光 异 构 体 的 过 程 。2、 潜 在 手 性 单 元 ： 含 有 sp2杂 化 碳 原 子 的化 合 物 ， 如 羰 基 化 合 物 和 烯 烃 等 含 有 双 键的 化 合 物 ， 其 双 键 的 两 个 面 是 等 同 的 。 当 从 不 同 的 面 引 入 原 子 或 基 团 时 ， 则 可 产 生手 性 分 子 。 故 sp2杂 化 碳 原 子 是 潜 在 手 性碳 原 子 ； 双 键 的 两 个 面 是 潜 手 性 面 。3、 只 有 在 手 性 条 件 (如 手 性 试 剂 、 手 性 溶剂 、 手 性 催 化 剂 或 偏 振 光 等 )才 能 获 得 比 例不 同 的 对 映 体 ， 使 产 物 具 有 旋 光 性 。 抗肿瘤辅助药四咪唑）（抗忧郁药四咪唑无效，有毒多巴治疗帕金森症多巴无抗菌作用氯霉素抗生素氯霉素)( )( )()( )( 四 、 立 体 异 构 体 与 生 理 活 性