藥物基礎(chǔ)有機化學(xué)--立體化學(xué)

1、1立體化學(xué)：立體化學(xué)：研究分子空間形象及其的物理、化學(xué)性質(zhì)的學(xué)科。研究分子空間形象及其的物理、化學(xué)性質(zhì)的學(xué)科。碳鏈異構(gòu)碳鏈異構(gòu)(如如:丁烷丁烷/異丁烷異丁烷)官能團異構(gòu)官能團異構(gòu)(如如:醚醚/醇醇)官能團位置異構(gòu)官能團位置異構(gòu)(如如:辛醇辛醇/仲辛醇仲辛醇)構(gòu)象構(gòu)象conformational順反異構(gòu)順反異構(gòu)(烯烴、脂環(huán)烴）烯烴、脂環(huán)烴）對映異構(gòu)對映異構(gòu)非對映異構(gòu)非對映異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)constitutional構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)configurational同分異構(gòu)同分異構(gòu)isomerism立體問題立體問題Stereoisomerism互變異構(gòu)互變異構(gòu)(如如:烯醇烯醇/酮酮)26.1 對稱

2、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36.1 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（原子）與之連線并延長等對稱中心：各基團（原子）與之連線并延長等 距離處可遇到相同的基團（原子）距離處可遇到相同的基團（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子CClHClH對稱面對稱面分子的所

3、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HHFFClClHH對稱中心對稱中心對稱性分子的特點：對稱性分子的特點：分子的鏡像可以與實物重合分子的鏡像可以與實物重合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？判斷下列分子是否有對稱面、對稱中心？若有有幾個？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個對稱面?zhèn)€對稱面5個對稱面?zhèn)€對稱面1個對稱中心個對稱中心1個對稱面?zhèn)€對稱面2個對稱面?zhèn)€對稱面1個對稱面?zhèn)€對稱面無對稱面無對稱

4、面無對稱中心無對稱中心2個對稱面?zhèn)€對稱面1個對稱面?zhèn)€對稱面1個對稱中心個對稱中心注意注意: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)時可但討論立體異構(gòu)時可 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：垂直線所連基團伸向紙后規(guī)定：垂直線所連基團伸向紙后 水平線所連基團伸向紙前水平線所連基團伸向紙前十字交叉點代表十字交叉點代表C* 習(xí)慣讓主鏈位于垂線習(xí)慣讓主鏈位于垂線BrHCH3C2H5BrHCH3C2H5Fischer投影式：投影式：用平面投影式

5、表示用平面投影式表示C*上基團在空間的立體排列上基團在空間的立體排列CHOHCOOHCH3OHHCOOHCH3楔形式楔形式Fischer投影式投影式1、具有一個手性中心的對映異構(gòu)、具有一個手性中心的對映異構(gòu)6R/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*上的四個基團按取代基的優(yōu)先排序上的四個基團按取代基的優(yōu)先排序: （優(yōu)先秩序由基團的原子序數(shù)決定）（優(yōu)先秩序由基團的原子序數(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)處,觀察另三個基團的排列觀察另三個基團的排列:順時針排列順時針排列 R型型逆時針排列逆時針排列 S型型RS(S)-2-丁醇丁醇(R )-2-丁醇丁醇實用

6、快速判斷R，S構(gòu)型方法 首先觀察三個大基團的排列順序，然后根據(jù)小基團的位置判斷構(gòu)型78RFisher投影式的RS構(gòu)型判斷9ABCDRS10(1) 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。(2) Fischer式中同一式中同一C*所連基團交換偶數(shù)次得所連基團交換偶數(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(基團交換基團交換2次次)對映

7、體對映體(基團交換基團交換1次次)對映體對映體(基團交換基團交換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累積雙鍵中兩端的兩個C中任一個中任一個 連有相同的取代基時，分子無手性。連有相同的取代基時，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時為手性分子。時為手性分子。對映體對映

8、體122、具有多個手性中心的對映異構(gòu)、具有多個手性中心的對映異構(gòu)含有含有n個個C*的化合物最多有的化合物最多有2n個立體異構(gòu)體。個立體異構(gòu)體。對映體對映體對映體對映體非對映體非對映體HCOOHHOHClCOOHHCOOHOHHClCOOHHOCOOHHHClCOOHOHCOOHHHClCOOH23具有兩個手性具有兩個手性C的分子的分子例如：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：

9、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化合物。）表示，通過一定手段可拆分二個化合物。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)，以的物質(zhì)，以“m”表示。表示。OHCH2OHCHOH（ ）-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個個C*

10、,應(yīng)有應(yīng)有4個立體異構(gòu)體個立體異構(gòu)體,但實驗證明但實驗證明 只有只有1個左旋體、個左旋體、1個右旋體、個右旋體、1個非旋光體，為什么？個非旋光體，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；含多個含多個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。環(huán)狀化合

11、物的手性問題15構(gòu)象翻轉(zhuǎn)觀察方向反式16環(huán)狀分子平面化處理17環(huán)狀分子手性中心R，S標(biāo)記方法18196.3 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面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)手征性分子能使偏振光振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)二、實驗依據(jù)二、實驗依據(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，光波有多個振動方向，但都與光的前進方向垂直。一種電磁波，

12、光波有多個振動方向，但都與光的前進方向垂直。平面偏振光：平面偏振光：只在一個平面上振動的光（簡稱偏振光或偏光）。只在一個平面上振動的光（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，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驗確定物質(zhì)為右旋體還是左旋體必須由實驗確定旋光度旋光度- 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

13、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/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、確定時確定時,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?？刹??；閷τ钞悩?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，可求算時，可求算B

14、。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際值？的實際值？問題：問題：223 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