藥物基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)--立體化學(xué)完整版

1、 2 6.1 對稱性與手性對稱性與手性 6.2 對映異構(gòu)體及其表達(dá)對映異構(gòu)體及其表達(dá) 6.4 構(gòu)型和構(gòu)型和標(biāo)記法標(biāo)記法 6.3 對映異構(gòu)體與旋光性對映異構(gòu)體與旋光性 6.6 化學(xué)反應(yīng)中的立體選擇性問題化學(xué)反應(yīng)中的立體選擇性問題 6.5 立體異構(gòu)表達(dá)之間的相互轉(zhuǎn)換立體異構(gòu)表達(dá)之間的相互轉(zhuǎn)換 3 6.1 對稱性與手性對稱性與手性 一、對稱性分子的對稱要素一、對稱性分子的對稱要素 對稱中心：各基團(tuán)（原子）與之連線并延長等對稱中心：各基團(tuán)（原子）與之連線并延長等 距離處可遇到相同的基團(tuán)（原子）距離處可遇到相同的基團(tuán)（原子） 對稱性分子：對稱性分子：具備對稱要素其中之一者的分子具備對稱要素其中之一者的分

2、子 C Cl H Cl H 對稱面對稱面 分子的所有原子共平面所形成的平面分子的所有原子共平面所形成的平面 能把分子分成互為鏡像的兩半的平面能把分子分成互為鏡像的兩半的平面 對稱要素對稱要素 對稱面：對稱面： 對稱面對稱面 H H F F Cl Cl H H 對稱中心對稱中心 對稱性分子的特點(diǎn)：對稱性分子的特點(diǎn)：分子的鏡像可以與實(shí)物重合分子的鏡像可以與實(shí)物重合 4 練習(xí)練習(xí) 判斷下列分子是否有對稱面、對稱中心？若有有幾個(gè)？判斷下列分子是否有對稱面、對稱中心？若有有幾個(gè)？ 一氯乙烯一氯乙烯 環(huán)丁烷環(huán)丁烷 甲醇甲醇 二氯環(huán)丁烷的各異構(gòu)體二氯環(huán)丁烷的各異構(gòu)體 3個(gè)對稱面?zhèn)€對稱面 5個(gè)對稱面?zhèn)€對稱面

3、1個(gè)對稱中心個(gè)對稱中心 1個(gè)對稱面?zhèn)€對稱面 2個(gè)對稱面?zhèn)€對稱面1個(gè)對稱面?zhèn)€對稱面 無對稱面無對稱面 無對稱中心無對稱中心 2個(gè)對稱面?zhèn)€對稱面1個(gè)對稱面?zhèn)€對稱面 1個(gè)對稱中心個(gè)對稱中心 注意注意:脂環(huán)烴環(huán)脂環(huán)烴環(huán)C一般不共平面一般不共平面,但討論立體異構(gòu)時(shí)可但討論立體異構(gòu)時(shí)可 示意為共平面示意為共平面,不影響結(jié)果，不影響結(jié)果， -這一問題留待后面再詳細(xì)解說這一問題留待后面再詳細(xì)解說 5 二、對映異構(gòu)體的表達(dá)二、對映異構(gòu)體的表達(dá)Fischer投影式投影式 規(guī)定：垂直線所連基團(tuán)伸向紙后規(guī)定：垂直線所連基團(tuán)伸向紙后 水平線所連基團(tuán)伸向紙前水平線所連基團(tuán)伸向紙前 十字交叉點(diǎn)代表十字交叉點(diǎn)代表C* 習(xí)慣讓

4、主鏈位于垂線習(xí)慣讓主鏈位于垂線 BrH CH3 C2H5 BrH CH3 C2H5 Fischer投影式：投影式：用平面投影式表示用平面投影式表示C*上基團(tuán)在空間的立體排列上基團(tuán)在空間的立體排列 CHOH COOH CH3 OHH COOH CH3 楔形式楔形式Fischer投影式投影式 1、具有一個(gè)手性中心的對映異構(gòu)、具有一個(gè)手性中心的對映異構(gòu) 6 R/S-構(gòu)型標(biāo)記法構(gòu)型標(biāo)記法 1 1、立體觀察、立體觀察 將將C*上的四個(gè)基團(tuán)按取代基的優(yōu)先排序上的四個(gè)基團(tuán)按取代基的優(yōu)先排序: （優(yōu)先秩序由基團(tuán)的原子序數(shù)決定）（優(yōu)先秩序由基團(tuán)的原子序數(shù)決定） 將最小者置于離觀察者最遠(yuǎn)處將最小者置于離觀察者最遠(yuǎn)

5、處,觀察另三個(gè)基團(tuán)的排列觀察另三個(gè)基團(tuán)的排列: 順時(shí)針排列順時(shí)針排列 R型型 逆時(shí)針排列逆時(shí)針排列 S型型 R S (S)-2-丁醇丁醇(R )-2-丁醇丁醇 7 實(shí)用快速判斷R，S構(gòu)型方法 首先觀察三個(gè)大基團(tuán)的排列順序，然后根據(jù)小基 團(tuán)的位置判斷構(gòu)型 8 R 9 Fisher投影式的RS構(gòu)型判斷 ABCD R S 10 不能離開紙面翻轉(zhuǎn)，只能沿紙面平移或旋轉(zhuǎn)不能離開紙面翻轉(zhuǎn)，只能沿紙面平移或旋轉(zhuǎn)180 ， 否否則得不到原分子模型。則得不到原分子模型。 Fischer式中同一式中同一C*所連基團(tuán)交換偶數(shù)次得所連基團(tuán)交換偶數(shù)次得原分子原分子 模型，模型，交換奇數(shù)次得到其對映體。交換奇數(shù)次得到其對

6、映體。 Fischer 投影式的轉(zhuǎn)變投影式的轉(zhuǎn)變： 沿紙面旋轉(zhuǎn)沿紙面旋轉(zhuǎn)180 離開紙面翻轉(zhuǎn)離開紙面翻轉(zhuǎn)180 沿紙面旋轉(zhuǎn)沿紙面旋轉(zhuǎn)90 原分子原分子(基團(tuán)交換基團(tuán)交換2次次) 對映體對映體(基團(tuán)交換基團(tuán)交換1次次) 對映體對映體(基團(tuán)交換基團(tuán)交換3次次) 原分子原分子 用判斷RS構(gòu)型的方法快速判斷 11 含手性軸的的手性化合物含手性軸的的手性化合物 1.丙二烯型化合物丙二烯型化合物 兩雙鍵所在平面互相垂直，兩雙鍵所在平面互相垂直， 無對稱因素，為手性分子。無對稱因素，為手性分子。 2.2.螺環(huán)化合物螺環(huán)化合物（類似于丙二烯型化合物）（類似于丙二烯型化合物） 注意：注意：累積雙鍵中兩端的兩個(gè)累

7、積雙鍵中兩端的兩個(gè)C中任一個(gè)中任一個(gè) 連有相同的取代基時(shí)，分子無手性。連有相同的取代基時(shí)，分子無手性。 兩環(huán)所在平面互相垂直，兩環(huán)所在平面互相垂直， a b 且且c d時(shí)為手性分子。時(shí)為手性分子。 對映體對映體 12 2、具有多個(gè)手性中心的對映異構(gòu)、具有多個(gè)手性中心的對映異構(gòu) 含有含有n個(gè)個(gè)C*的化合物最多有的化合物最多有2n個(gè)立體異構(gòu)體。個(gè)立體異構(gòu)體。 對映體對映體 對映體對映體 非對映體非對映體 H COOH HO HCl COOH H COOH OH HCl COOH HO COOH H HCl COOH OH COOH H HCl COOH 2 3 具有兩個(gè)手性具有兩個(gè)手性C的分子的分

8、子 例如：例如：2-羥基羥基-3-氯丁二酸氯丁二酸 13 注意注意: :內(nèi)消旋體與外消旋體均無旋光性，但它們的本質(zhì)不同，內(nèi)消旋體與外消旋體均無旋光性，但它們的本質(zhì)不同， 外消旋體是混合物，內(nèi)消旋體為純物質(zhì)外消旋體是混合物，內(nèi)消旋體為純物質(zhì) 。 1 1、外消旋體：、外消旋體：一對對映異構(gòu)體二者等量混合，一對對映異構(gòu)體二者等量混合， 構(gòu)成的無旋光性（構(gòu)成的無旋光性（=0） 的體系，以（的體系，以（）表示，通過一定手段可拆分二個(gè)化合物。）表示，通過一定手段可拆分二個(gè)化合物。 2 2、內(nèi)消旋體：、內(nèi)消旋體：分子內(nèi)含分子內(nèi)含C*，因具有對稱性因素而沒有旋光性，因具有對稱性因素而沒有旋光性 的物質(zhì)，以的物

9、質(zhì)，以“m”表示。表示。 OH CH2OH CHO H （ ）-甘油醛甘油醛 m-酒石酸酒石酸 （）-酒石酸酒石酸 （分子中有（分子中有C*但分子無手性）但分子無手性） 14 四、外消旋體與內(nèi)消旋光體四、外消旋體與內(nèi)消旋光體 例例:酒石酸酒石酸(2,3-二羥基丁二酸二羥基丁二酸)中有中有2個(gè)個(gè)C*,應(yīng)有應(yīng)有4個(gè)立體異構(gòu)體個(gè)立體異構(gòu)體,但實(shí)驗(yàn)證明但實(shí)驗(yàn)證明 只有只有1個(gè)左旋體、個(gè)左旋體、1個(gè)右旋體、個(gè)右旋體、1個(gè)非旋光體，為什么？個(gè)非旋光體，為什么？ () () () () ()()與與()()互為鏡像、互為對映異構(gòu)體，分別為左、右旋體，互為鏡像、互為對映異構(gòu)體，分別為左、右旋體， 可構(gòu)成可構(gòu)成

10、外消旋體外消旋體； () 、 ()是同物質(zhì)，有對稱面、無手性（是同物質(zhì)，有對稱面、無手性（=0），為），為內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體； () 與與()、 () 與與() 為非對映體；為非對映體； 含多個(gè)含多個(gè)C*的分子內(nèi)若存在對稱因素，則立體異構(gòu)體的數(shù)目減少。的分子內(nèi)若存在對稱因素，則立體異構(gòu)體的數(shù)目減少。 15 環(huán)狀化合物的手性問題 構(gòu)象翻轉(zhuǎn) 觀察方向 16 反式 17 環(huán)狀分子平面化處理 18 環(huán)狀分子手性中心R，S標(biāo)記方法 19 6.3 對映異構(gòu)體與旋光性對映異構(gòu)體與旋光性 一、旋光性一、旋光性 旋光性物質(zhì)：具有旋光性的物質(zhì)（手性分子）旋光性物質(zhì)：具有旋光性的物質(zhì)（手性分子）,為左旋體或右旋體。為

11、左旋體或右旋體。 非旋光性物質(zhì)：不具有旋光性的物質(zhì)（非手性分子）。非旋光性物質(zhì)：不具有旋光性的物質(zhì)（非手性分子）。 手征性分子能使偏振光振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)手征性分子能使偏振光振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì) 二、實(shí)驗(yàn)依據(jù)二、實(shí)驗(yàn)依據(jù) 普通光普通光平面偏振光平面偏振光 普通光：普通光：一種電磁波，光波有多個(gè)振動(dòng)方向，但都與光的前進(jìn)方向垂直。一種電磁波，光波有多個(gè)振動(dòng)方向，但都與光的前進(jìn)方向垂直。 平面偏振光：平面偏振光：只在一個(gè)平面上振動(dòng)的光（簡稱偏振光或偏光）。只在一個(gè)平面上振動(dòng)的光（簡稱偏振光或偏光）。 平面偏振光 Nicol 棱鏡棱鏡 (起偏鏡起偏鏡) 20 對觀察者：對觀察者： 平面向右旋為右旋體

12、，以平面向右旋為右旋體，以“d”或或“+”表示表示 平面向左旋為左旋體，以平面向左旋為左旋體，以“ l”或或“-”表示表示 旋光儀旋光儀(polarimeter) 起偏鏡起偏鏡 檢偏鏡檢偏鏡 物質(zhì)為右旋體還是左旋體必須由實(shí)驗(yàn)確定物質(zhì)為右旋體還是左旋體必須由實(shí)驗(yàn)確定 旋光度旋光度- 偏振光旋轉(zhuǎn)的角度，用偏振光旋轉(zhuǎn)的角度，用“ ”表示。表示。 與與樣品管長度、溶液樣品管長度、溶液 濃度、光源波長、測定濃度、光源波長、測定 溫度、溶劑均有關(guān)。溫度、溶劑均有關(guān)。 定義比旋光度定義比旋光度 21 l: l: 樣品管長度樣品管長度(dm)(dm) : : 旋光度旋光度 B B: : 質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度(g/

13、ml)(g/ml) t: t: 測定溫度測定溫度 : : 光源波長光源波長 三、比旋光度三、比旋光度 表示物質(zhì)旋光屬性的物理量表示物質(zhì)旋光屬性的物理量 說明說明: 當(dāng)溶劑、當(dāng)溶劑、t、確定時(shí)確定時(shí),純物質(zhì)的純物質(zhì)的為其特性參數(shù)為其特性參數(shù),可查。可查。 互為對映異構(gòu)體的一對物質(zhì)，其互為對映異構(gòu)體的一對物質(zhì)，其值相等，符號相反。值相等，符號相反。 已知已知、l時(shí)，可求算時(shí)，可求算B 。 旋光儀不能分辨旋光儀不能分辨n180的度數(shù)。的度數(shù)。 30 =+30 還可能是還可能是+ 210、 +390、 -150、- 330 如何判定如何判定的實(shí)際值？的實(shí)際值？ 問題：問題： 22 3 3、外消旋體的拆分、外消旋體的拆分 微生物拆分法：微生物拆分法：利用某些微生物或其所產(chǎn)生的酶，對對映體中的利用某些微生物或其所產(chǎn)生的酶，對對映體中的 一種異構(gòu)體有選擇的分解作用。一種異構(gòu)體有選擇的分解作用。 構(gòu)成外消旋體的一對對映體除旋光方向外其它物理性質(zhì)均相同構(gòu)成外消旋體的一對對映體除旋光方向外其它物理性質(zhì)均相同 用一般的物理方法（分餾、分步結(jié)晶等）不能拆分一對對映體用一般的物理方法（分餾、分步結(jié)晶等）不能拆分一對對映體 拆分拆分將外消旋體分離成旋光體的過程將外消旋體分離成旋光體的過程 常見拆分方法：常見拆分方法