立体化学——邢其毅ppt课件

,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？,第四章 立体化学（stereochemistry）讨,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。,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）,d-异构体 有强兴奋作用D-(-)有杀菌作用,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.,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。,一.分子的手性和对称因素 1.手性(Chiralit,3,）旋转轴对称因素,(C,n,),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,(S,n,),具有反射对称因素的分子是,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,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,一般情况下，不具有对称面和对称中心的分子，其实物,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、比旋光度,平面偏振光：2.旋光仪、旋光度、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,-0.76,o,。求其比,旋光度。,如何确定一个活性物质是,+60,o,的右旋体还是,-300,o,的左旋体,？,旋光性：使偏振光偏振面旋转的能力。旋光度：使偏振光,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。,D,20,=+3.8,o,(,水,),D,20,=-3.8,o,(,水,),对,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。,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,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。,2）左旋体、右旋体及外消旋体 一对对映体中：使平面偏振,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,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,4,）,Fischer,投影式,规定,投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，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。,4）Fischer投影式 规定 投影时，与手性碳,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？,顺序最小的原子(或基团)在竖线上,顺时针排列为R,将投影式在纸平面上旋转,90,o,则成它的对映体。,R S,将投影式在纸平面上旋转90o,则成它的对映体。,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。,5,）,D,、,L,标记法,将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调,对调一次,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,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,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,=,2,n,;(n=,不同手性碳原子数,),外消旋体数目,=,2,n-,1,2,）含两个相同手性碳原子的分子,非对映体：构造相同,构型不同,相互间不是实物与镜影,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,),。,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,),。,内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面,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）,3.含三个不同手性碳原子的分子 八个旋光异构体、组,-,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？,-猜猜看-1.内消旋 2,3-二甲基-1,4-丁二醇经,四,.,不含手性碳原子的光活性异构体,1.,丙二烯型分子,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,A,B,，,分子有手性。,类似物：,无 有,四.不含手性碳原子的光活性异构体 1.丙二烯型分子中心碳,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。,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,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。,当一个苯环对称取代时（即邻位两个取代基相同时），联萘衍生物：,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。,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,（,1R,，,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。,（1R，3S）-3-溴-1-环己醇思1）写出化合物(1R,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。,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,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,/,o,C ,25,(,20%,水,）溶解度,pk,a1,pk,a2,(+)-,酒石酸,170 +12,o,139 2.93 4.23,(-)-,酒石酸,170 -12,o,139 2.93 4.23,七.旋光异构体的性质 在相同的非手性条件下，旋光异构体,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,旋光异构体在手性条件下(如手性试剂、手性催化剂等)其反,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,非麻醉性的消炎镇痛药(S)-酮咯酸,八,.,不对称合成,非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。,为什么总得外消旋体,八.不对称合成 非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体,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,),。,一个分子在对称环境下反应,不可能有选择性,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,1.由手性化合物进行不对称合成构象分析 中间体自由,结果：产物为不等量的非对映体，且,meso-,占优势。,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。,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,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,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,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,4.选择性生物催化不对称合成条件温和、高效、立体专一5.,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,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.,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,2.生物分离法L-(+)-丙氨酸拆分的理论收率 50%,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,1999,3.晶种法4.色谱分离法 1）柱色谱法 2,作,业,P 94 3-6(,)(,),p96 3-7(,)(,),p98 3-9,p102 3-14,p110 3-20,p119 3-29,p120 3-32,作P 94 3-6()(),