改2寇伟群第六章动态立体化学

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章：动态立体化学,6.1,前,(,潜,),手性分子,一、,sp3,杂化原子的前（潜）手性,1,、分子,Cabc,2,（,a,、,b,、,c,是不同取代基）经过一简单的操作变成手性分子,Cabcd,，,Cabc,2,称作,前（潜）手性分子,，,C,称为,前（潜）手性中心,。,1,）,2,）,对映面：,平分,H-C-H,键角或（,HO,2,CH,2,C,）,-C-,（,CH,2,CO,2,H,）键角的平面称为对映面。,对映基,:,基团,1,）中的,H-,、,2,）中的（,HO,2,CH,2,）,-,被定义为,对映基,。,3,）,这些分子都是前手性分子，,-,/ -,、,-,/,-,=,/ =,、,-,/-,和,-,/-,分别是对映基。,2,、前手性基标记：前,-R,，前,-S,前手性分子,Cabc,2,中两个,c,基团能区分为,前,-R,基,和,前,S,基；,按顺序规则，指定一个,c,优先于另一个,c,，如果得到的前手性中心是,R -,构型，则指定优先的,c,是前,-R,基；如果得到,S -,构型，则指定优先的,c,是前,-S,基。,例,指定,Cl,1, Cl,2,，得（,a,）为,R -,构型分子，,Cl,1,称作前,-R,基；,指定,Cl,2, Cl,1,，得（,b,）为,S -,构型分子，,Cl,2,称作前,-S,基；,3,、,在这个分子中两个,Cl,或两个,H,都不是对映的，是等价（完全相同）的。,非前手性分子,二、,sp,2,杂化原子的前,-,手性,1,、前,-,手性,当,R,1, R,2,时，进行加成反应得,到对映体，产生一个手性中心。,1,）,2,）,？,？,？,OH,2,、准对映面的标记,与分子中心,C,相连的三个取代基按顺序规则排序：,从较优基到较不优基，若顺时针转时，这个准对映面用,Re-,表示,，称作,Re-,面,；,从较优基到较不优基，若反时针转时，这个准对映面用,Si-,表示,，称作,Si-,面,。,Re-,面,Si-,面,分子所在平面称为,准对映面,(,前,-,手性面,),；这个碳原子称,前,-,手性中心,，羰基化合物称,前,-,手性分子。,4,、将,Re- / Si-,标记应用到 上,分子的平面是对映面,。例如：,3,、,当,R,1,= R,2,时，进行加成反应不产生,对映体，产生两个相同的化合物。,R,1,和,R,2,是等价的。这个分子是,非前手性分子,。,非前手性分子,三、连手性分子的,sp3 -,前手性和,sp2 -,前手性,1,、连有手性中心的前手性中心（,sp3 -,前手性中心）,1,）,C,3,称为前,-,手性中心；连在,有手性中心的,前,-,手性中心上的两个,H,a,、,H,b,基是,非对映基,；相应的平面称为,非对映面,。,两个氢是非对映基；,相应,C,为,前,-,手性中心,。,2),有刚性平面的分子,分子中有一个刚性结构平面，是,非对映面,；,H,a,与,H,b,是非对映基；所在碳原子是,前,-,手性中心,。,甘油,CH,2,OH CHOH CH,2,OH,中间,C,一个,前,-,手性中心,和两边,C,两个,前,-,手性中心,。,用同位素,D,取代四个,H,中任何一个，生成两个手性中心，产物非对映体。,H,1,/H,2, H,3,/H,4, H,1,/H,3, H,2,/H,4,四对非对映氢。,2,、连有手性中心的,sp,2,前,-,手性中心,1,）羰基化合物,平面称,非对映面,。,2,）非对映面的标注,分子有刚性平面， 是 一个,非对映面。,上面为,Si-,面；下面为,Re -,面。,3,）两个,sp,2,前,-,手性中心,分子有一个非对映面，上方非对映面，两前,-,手性中心标记,Si ,Re,；下,方非对映两前,-,手性中心标记,Re ,Si,；,6.2,饱和碳原子上的亲核取代反应的立体化学,X=,Cl,，,Br,，,I,+,OH,2, OSO,2,C,6,H,4,Me,-4,，,-OSO,2,C,6,H,4,Br,- 4,SR,2,；,Y=HO,-,，,RO,-,(R=alkyl,），,-NMe,3,，,-CN, -SR, I,-,;,(,亲核性,Y,X),1.,动力学方法鉴别,S,N,1,S,N,2,2.,用立体化学方法鉴别,S,N,1,S,N,2,反应,第一个取代反应,SN1: V=k1M,；,SN2: V=k2M1M2,6.2.1 S,N,2,反应,构型翻转，转变为旋光方向相反的化合物。,转化速度是,1/,2,消旋化速度。,6.2.2 S,N,1,反应,两步反应，消旋化。,含有一个好的离去基团（,I,-,）和能稳定正电荷的取代的分,子倾向,S,N,1,反应。,？,？,6.2.3,S,N,i,反应（分子内的,S,N,2,）,构型保持，旋光方向不变。,6.3,生成烯烃的一些反应的立体化学,生成烯烃的三种主要反应：,1,）消除反应（,-,消除）,醇、卤代烃、磺酸酯、硼酸酯、季胺盐消除；,2,）,Wittig,反应得（,Z-,E-),混合烯烃,选择试剂可控制一定比例的,E-,或,Z-,烯烃；改用,Peterson,试剂可控制以,E-,或,Z-,烯烃为主；,3,）,-,羟基砜的消除反应,6.3.1,消除反应,一、,-,消除反应制备烯烃,酸催化的醇脱水；碱催化卤代烷脱卤化氢；磺酸,酯消去磺酸；硼酸酯脱硼酸；季胺盐脱叔胺等反应。,区域选择性,：,Saytzeff,Rul,；,Hofmann Rule,立体专属性反应,：,E2,反应是反式消除，,邻位阻大，速率慢！,邻位阻大，速率慢！,规律：,1,、消去的,H,与离去基团处于反位交叉构象，最易消除。,2,、两个季胺盐消除很慢，因,H,与,+,NMe,3,处于反位交叉,构象，有两个大的基团处邻位交叉构象，空间位阻大。,Zn,粉脱邻二卤原子的机理不同，是順式,-,消除：,二、环状化合物的,E2-,反式,-,消除,在六元环系统中，,H,与离去基反式处于两,a-,键上易进行,E2-,反应。,？,三、羧酸酯，黃原酸酯，,N-,氧化叔胺、氧化硒是順式,-,消除,羧酸酯,:,黃原酸酯,:,N-,氧化叔胺,:,氧化硒,:,1,、,(R,R)-1-,乙酰氧基,-2-,氘代,-1,2-,二苯基乙烷热消除得,(E)-,氘代二苯乙烯,得不到（,Z,）,-,二苯,乙烯，因为两个苯基全,重叠空间位阻大。,(R,S)-1-,乙酰氧基,-2-,氘代,-1,2-,二苯基乙烷,热消除得,（,E,）,-,氘代 二苯乙烯：,位阻大,2,、,3,、,4,、,-CH,3,可以转化，但空间位置一样,可以绕,-,键转动，使,-C,上大基团转到异侧。,（,Z,）,- C,2,H,5, OCH,3,Oph, CH(CH,3,),2, ph,Cl, C(CH,3,),3, SCH,3,这是,B,构象稳定性和含量增加顺序, ,碳上有,-OH,-NH,2,形成氢键，主要为,A,构象；,碳上有卤原子等电负性基团，主要为,B,构象。,A,B,2,、,碳有两个取代基醛的优势构象,有一个是甲基，仍保持重叠构象；有两个取代基均大于甲,基或是环状时，羰基氧与,-H,呈重叠式构象,.,B,A,3,、酮化合物的优势构象,4,、邻接手性中心的酮化合物的优势构象,1,）,2,）,二、结构与反应性,1,、当,R,1,=R,2,时，有对映面，生成非手性化合物，,Nu-,进攻羰基的两个面机会相等。,2,、当,R,1, R,2,时，有对映面，生成手性化合物（对映体），,Nu-,进攻羰基的两个面机会相等， 生成外消旋体。,3,、当,R,1,、,R,2,中含一个或多个手性中心时，有非对映面，,Nu -,进攻羰基的两个面机会不相等，生成不等量的非,对映体。,6.5.2,羰基接手性中心的非环状羰基化合物的亲,核加成反应,一、,Gram,规律,开链化合物的自由旋转容易，构象多，难预料，准非对映酮键合到手性中心的四个基团为,COR,1,、,S,、,M,和,L,基（,SM99%,CH,3,6,、区域选择性,3,节课,11/12-2008,二、烯烃和烯酮的环加成,两个简单烯烃环加成,2+2,很少，因为同面加成轨道不对称，异面加成空间阻力大。,烯酮与烯烃环加成,2+2,，异面空间阻力则可减少：,这是合成多取代的环丁酮的简单方法。,例如双环酮的合成：,三 电环化反应,立体专属性反应,加热反应：,对旋,对旋,共轭三烯六个,电子组成六个分子轨道,？,加热反应,光照反应,顺旋,L,（电子处于激发态）,/,四、,cope-,重排,3+3,？,椅式过渡态,船式过渡态,重新画图！,不利的作用,主要轨道重叠,LUMO,HOMO,0,0,6.6.2,通过高能量中间体的成环反应,分子内由高能量中间体,C,+,、,C,-,和,C,进行环化反应。,一、分子内亲核进攻（,C,中间体）,1.Baldwin,规律,（进攻角度）,：,S,N,2,反应：,对第二周期元素,C,、,N,、,O,等进攻的角度能严格服从,Baldwin,规律，而大体积、易极化的第三周期元素，进攻角能达到这个值，但不像第二周期那样容易。,影响成环的两个因素：,1,）成环，环上原子数目,2,） 成环，环上电子的流向,形成环上原子数为,n,或,n+1,a,路线,:,电子流向环内，,endo,-,；环上原子数目,n+1,。,b,路线,:,电子流向环外，,exo,-,；环上原子数目,n,。,可用这些术语描述这类成反应：,1,）新形成环上原子数目,n,；,2,）被进攻中心是,tet, trig, dig,形状；,3,）成环电子流向内（,endo,-,）、外（,exo,-,）；,反应难易程度：,n,exo-/endo,-,tet,/trig/dig,易,/,难,(,有利,/,不利,),3-7,exo,-,tet,易,(,有利,),3-6,endo,-,tet,难,(,不利,),3-7,exo,-,trig,易,6-7,endo,-,trig,易,3-5,endo,-,trig,难,5-7,exo,-,dig,易,3-7,endo,-,dig,易,3-4,exo,-,dig,难,2,、,亲核试剂进攻亲电中心的有利反应的列举,-,共轭加成,dig,/,后类反应与碘化反应类似。构成环上含氧化合物，有很,好的立体控制，是流行的合成方法,这样卤化反应经常用,Baldwin,规律,解释,：,是通过碳正离子中间体进行的，但这个规律有时不能,严格应用。,3,、从烯酸和烯醇类化合物合成多官能团的杂环化合物，在动力学条件和缺少立体或电子的因素条件下，一般以,exo,-,反应有利：,难进行,易进行,？,4,、通过动力学或热力学控制也能得到不同比例产物,:,(s)-4-,甲基,-5-,己烯酸的碘化反应，动力学控制得到,顺,-,内酯，热力学控制得到反,-,内酯：,I,5-exo-tet,二、分子内亲电取代环化反应（,C,+,中间体）,由多烯烃合成甾族化合物,?,?,三、自由基机理的环化（,C,中间体）,自由基反应在合成上有广泛的用途,自由基两种构型：,烷基自由基是亲核,？,的，能攻击象反,-,丁烯二甲酸二甲酯这样,简单烯烃，反应速度叔,C ,仲,C ,伯,C ,。,在自由基环关闭反应中，亲核自由基优先与电正性心反应，,有选择时，自由基倾向形成较小的环。,？,？,5-exo-trig,6-endo-trig,？,环化立体控制程度取决于非环状前体的取代情况，,一些简单的环戊烷衍生物，立体控制选择性不好：,有大取代基时能很好的控制立体选择性：,缩醛结构很好地控制立体选择性,例,多烯烃由基环化反应有很好的立体控制,6.7,聚合物的立体化学,聚合物包括：合成聚合物，天然生物大分子。,立体化学影响聚合物的性能。,一,.,合成聚合物,1,、 聚丙烯是最简单的合成聚合物，其立体结构决定,性质。,使用,Ziegler-Natta,催化剂得到等规聚合物，甲,基有规律的排列，范德华力大，甲基螺旋形排列，等,规度越高，熔点越高，脆性材料。,无规聚合物，熔点低，趋向胶状材料。,2,、单体是不对称的有旋光性，得到聚合物也是不对称，有旋光性。,（,R,）,-,环氧丙烷导致等规的有旋光性的聚（,R,）,-,环氧丙烷。,其他蛋白质是复杂的，毛发含半胱氨酸，二硫键交联。,二,.,蛋白质,蛋白质由氨基酸缩合而成，天然存在,20,种,NH,2,CHRCOOH,L-,型，,S-,构型。,氨基酸缩合给出肽键，多肽链是蛋白质的一级结构，最简,单蛋白质是丝，由甘氨酸，丙氨酸和丝氨酸缩合而成。,大的取代基,R(R=Me,，,H,除外,),互相吸引、排斥作用，使骨架扭曲，烷基旋转互相离开，减少不利的空间因素。总平面排成折叠板型。,(,大分子的二级结构,),。,相临近的肽键，可两个方向取向，在适当的地方形成分子间氢键，形成反平面得蛋白质折叠板型或同平行的蛋白质折叠板型。,分子内形成氢键是螺旋结构。键卷曲的左右方向是相等得。分子内氢键使,R,侧链放到明显的位置。,右螺旋时，,a-,氨基酸的侧链取向或多或少离开螺旋结构；氢原子指向外部。,左螺旋时，取代基间作用不同。折叠板型和螺旋结构都是蛋白质的二级结构。,右螺旋,蛋白质的三级结构：,螺旋状，板状，匙状和筒状结构构成了完整,的蛋白质的三级结构。,蛋白质的三级结构,酶的作用：,蛋白质有酶的作用，在水溶液中催化底物,(,如酯,),转变成产物,(,如醇，酸,),：,水解酶 的活性中心处有丝氨酸结构：,在酶催化反应中，底物被固定到蛋白质的活性点上，通过各种作用,(,静电，氢键，范德华力等等,),取向底物，致丝氨酸迅速发生酰化。水解酶和底物（同伴）像锁和钥匙一样配合完全。,假丝酵母玫瑰脂肪酶与,(1R)-,薄荷己基磷酸酯,(,箭头所指,),的配合物,在蛋白质内部发生构型变化，在同伴内发生适宜的分子内捆绑。,酶与底物间缔合，导致底物发生转变,(,如酯水解成酸和醇,),。,蛋白质与小分子的另一种作用是接受体,-,反键合。大、小分子间的作用是非共价键结合,(,静电，氢键等,),，结合结果，小分子没有变化，接受体的作用与其构型变化有关,(,与反应相反,),。,三,.,糖,多糖也是聚合物，在植物体内特别重要，,a-,直链淀粉是葡萄糖的聚合物。,a-,直链淀粉的结构,在同一个聚合物分子上，邻近环面的氢键作用形成螺旋型结构。,淀粉是一个聚合物，很像,a-,直链淀粉，只是它是,a(1-4),和,a(1-6),联结，代替了,a-,直链淀粉的全是,a(1-4),联结。,水溶性淀粉含,1-4000,个单糖单位。,纤维素是,3000-5000,个葡萄糖通过,-,构型的端基羟基联结起来的缩合物，水不溶性高聚物。水不溶性的部分原因是重复的,-,键联结，使不同的聚合物互相困在一起，不同键间得氢键作用存在。,纤维素过度乙酰化得醋酸纤维素，它可溶于有机溶剂种，这样的溶液能加工成感光胶片。,环糊精是一个环状糖化合物，它的结构很有趣，在外边是亲水的体，在分子内部是曾水的体。它的曾水底部能使水中有机分子溶于其内，环糊精使反应的选择性提高。环糊精键合到担体上，在色谱柱种提供静止相，分离对映体。,环糊精,四,.,核酸,呋喃戊糖形成的多聚糖是核酸的重要组分。核酸的官能化的方法装配成蛋白质；有一个长链的骨架，所有核酸中除长度不同之外，骨架是相同的。骨架上连有各种基团，基团的性质、顺序鉴别个别核酸。蛋白质的骨架是聚酰胺链，包括糖，带碱基的磷酸酯。,在,RNA,的聚合物中有,D-,核糖做糖的组成；,在,DNA,有脱氧核糖构成糖单元。,五个碱腺嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶，尿嘧啶和鸟嘌呤中一个用,N-C,键联到核糖的,C,1,1,上。前三个碱基是,RNA,、,DNA,共同的，脲嘧啶是,RNA,专用，胸腺嘧啶是,DNA,专用的。,H,核酸中的碱基,RNA,专用,DNA,专用,碱基和糖结构单元称为核糖苷，碱基,-,糖,-,磷酸酯单元称为核苷酸,典型的核糖苷,典型的核苷酸,由于,R,基的不同，核糖苷,/,核苷酸中呋喃戊糖的构型不是平面的，而是,3,T,2,或,3,T,2,构型。命名中,T,表示扭转，下,T,上数字表示,C2,和,C3,的标号。,T,上,的数字表示这个,C,在,C1,、,O,和,C4,构成的平面的上面；,T,下,的数字表示这个,C,在,C1,、,O,和,C4,构成的平面的下面；,在,3,T,2,-,结构中，如果,C2,向上的取代基是比,C3,向下取代基大，立体化学就称,C2,向内,(,endo,),，向内,(,endo,),表示,C2,和碱基单元在,C1,、,O,和,C4,平面的同侧。,在不同的核酸的链上，四个碱的比例及排列的顺序是不同的。这个一次结构顺序决定了在,DNA/RNA,分子内的一般信息。,DNA,的二次结构不是线性的，是两个核酸的链互相扭成一个双螺旋，其直径为,20,。在每个链中有氢键把碱键合起来。两个螺旋是右螺旋。每个完整的一圈有,10,或,12,个核苷酸单元，沿轴每,33,或,36,长构成一圈。,两个链是相反方向，即脱氧核苷单元在相反的方向取向，在一个链中是,C3,，,C5,顺序，而另一链中是,C5,，,C3,顺序。,Wstson,和,Crick,于,1953,年提出双螺旋结构的。,双螺旋走向,双螺旋内碱基间形成氢键,RNA,的二次结构包括双螺旋，但这时是同一个链自己对折形成的，一般的,RNA,是每,34,为一圈，连有,11,个碱；,核酸经常键合到蛋白质上，这些核蛋白成,卷曲状，并固定构成染色体。,