醫(yī)立體化學3221優(yōu)秀公開課件

第五章立體化學基礎(chǔ)第一節(jié)手性分子和對映體第二節(jié)費歇爾投影式第三節(jié)旋光性第四節(jié)構(gòu)型標記法第五節(jié)外消旋體第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

第七節(jié)無手性碳原子的對映體第八節(jié)外消旋體的拆分1構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)(分子中原子間的排列順序、結(jié)合方式)(構(gòu)造相同，原子在空間排布方式不同)順反異構(gòu)對映異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)同分異構(gòu)

對映異構(gòu)又叫光學異構(gòu)或旋光異構(gòu)。它是一類與物質(zhì)的旋光性質(zhì)有關(guān)的立體異構(gòu)。第五章立體化學基礎(chǔ)：手性分子第一節(jié)手性分子和對映體(一、手性)上頁下頁首頁2第一節(jié)手性分子和對映體一、手性觀察自己的雙手,左手與右手有什么聯(lián)系和區(qū)別？第五章立體化學基礎(chǔ)：手性分子第一節(jié)手性分子和對映體(一、手性)上頁下頁首頁3左右手互為鏡像與實物關(guān)系(稱為對映關(guān)系)，彼此又不能重合的現(xiàn)象稱為手性。

問題：腳,耳朵,鼻子,螺絲釘是否具有手性？第五章立體化學基礎(chǔ)：手性分子第一節(jié)手性分子和對映體(一、手性)上頁下頁首頁5二、手性分子和對映體任何物體都有它的鏡像，一個有機分子也會有它的鏡像。

若實物與其鏡像能夠完全重合，則實物與鏡像所代表的兩個分子為同一個分子。所有基團都重合丙酸分子沒有手性第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(二、手性分子和對映體)上頁下頁首頁6但有些分子如乳酸,兩個互為實物與鏡像關(guān)系的分子不能重合。不能與其鏡像重合的分子稱為手性分子(chiralmolecule)。它們是彼此成鏡像關(guān)系，又不能重合的一對立體異構(gòu)體，互稱為對映異構(gòu)體(enantiomer)。鏡像的不重合性是產(chǎn)生對映異構(gòu)現(xiàn)象的充分必要條件。第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(二、手性分子和對映體)上頁下頁首頁7乳酸*一個手性碳原子所連的4個不同原子或基團位于四面體的四個頂角，在空間具有2種不同的排列方式(也稱兩種構(gòu)型),它們彼此構(gòu)成一對對映體。有一個手性碳的化合物必定1是手性化合物，只有一對對映體。第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(二、手性分子和對映體)上頁下頁首頁9一對對映體有相同的物理性質(zhì)除了與手性試劑反應外,對映體的化學性質(zhì)也相同兩者還有十分重要的不同性質(zhì)：對偏振光的作用不同;生理作用上有著顯著的不同第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(二、手性分子和對映體)上頁下頁首頁10問題：下列化合物哪些含手性碳原子？4.5.1.CH2Cl22.CHCl33.CH3CHClCH2CH36.7.8.第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(二、手性分子和對映體)上頁下頁首頁11存在對稱面的分子第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(三、對稱面和非手性分子)上頁下頁首頁13四、判斷對映體的方法第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(四、判斷對映體的方法)1.最直接的方法是建造一個分子及其鏡像的模型。如果兩者能重合，說明分子無手性，沒有對映異構(gòu)現(xiàn)象；如果兩者不能重合，則為手性分子，有對映異構(gòu)現(xiàn)象，存在對映體。

2.考察分子有無對稱面。如果分子有對稱面，則該分子與其鏡像就能重合，沒有對映異構(gòu)現(xiàn)象。

3.大多數(shù)情況下，可根據(jù)分子中是否存在手性碳原子(或手性中心)來判斷分子是否有手性。上頁下頁首頁14問題：下列化合物是否存在對映異構(gòu)體？第五章

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第一節(jié)手性分子和對映體(四、判斷對映體的方法)上頁下頁首頁15(二)立體結(jié)構(gòu)式第五章

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁17(三)費歇爾投影式(+)-乳酸寫Fischer投影式的要點：

(1)水平線和垂直線的交叉點代表手性碳，位于紙平面上。

(2)連于手性碳的橫鍵代表朝向紙平面前方的鍵。

(3)連于手性碳的豎鍵代表朝向紙平面后方的鍵。橫前豎后第五章

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁18(+)-甘油醛課堂練習：試根據(jù)模型寫出Fischer投影式。在符合“橫前豎后”規(guī)則的前提下,亦可得到不同F(xiàn)ischer投影式。第五章

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁19表示含兩個或兩個以上手性碳原子的化合物時，F(xiàn)ischer投影式顯示的立體結(jié)構(gòu)全是重疊式構(gòu)象！酒石酸重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象第五章

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁21同一個異構(gòu)體可以用幾種不同的方法表示其立體結(jié)構(gòu)。如：2R,3S-2,3,4-三羥基丁醛：Fischer投影式立體結(jié)構(gòu)式鋸架式Newman投影式每一種表示立體結(jié)構(gòu)的方法，都各有千秋。第五章

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁22可用以下方法判斷不同F(xiàn)ischer投影式是否表示相同構(gòu)型的化合物。(1)Fischer式紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180，其構(gòu)型不變。但Fischer式不能離開紙面翻轉(zhuǎn)或沿紙面旋轉(zhuǎn)90(或270)。(2)Fischer式中同一個手性碳上所連原子或基團兩兩交換偶數(shù)次，其構(gòu)型不變。第五章

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁23Fischer投影式離開紙面翻轉(zhuǎn),構(gòu)型改變！

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁25Fischer式紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90(或270),構(gòu)型改變！

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第二節(jié)費歇爾投影式

上頁下頁首頁26第五章

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第三節(jié)旋光性(一、偏振光和旋光性)

第三節(jié)旋光性一、偏振光和旋光性只在一個平面上振動的光稱為平面偏振光(plane-polarizedlight)，簡稱偏振光。偏振光的振動平面習慣稱為偏振面。化合物能使偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)的性能稱為旋光性(opticalactivity)。手性化合物都具有旋光性。

上頁下頁首頁2930盛液體或溶液的管子第五章

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第三節(jié)旋光性(一、偏振光和旋光性)

上頁下頁首頁31第五章

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第三節(jié)旋光性(二、旋光度與比旋光度)

二、旋光度與比旋光度（一）旋光度

右旋:(+)(+)-2-丁醇表示它向右旋轉(zhuǎn)偏振面。()-2-丁醇表示它向左旋轉(zhuǎn)偏振面。偏振面被旋光性化合物所旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度,用表示

通常用旋光儀測定物質(zhì)的旋光性上頁下頁首頁32（二）比旋光度(specificrotation)

為了使一個化合物的旋光度成為特征物理常數(shù)，通常用1dm長的旋光管，待測物質(zhì)的濃度為1g/ml，用波長為589nm的鈉光(D線)條件下，所測得的旋光度，稱為比旋光度。t:測定時的溫度(C)D:鈉光D-線波長589nm:實驗觀察的旋光值(°)l:旋光管的長度(dm)C:溶液濃度(g/ml),(純液體用密度g/cm3)一對對映體的比旋光度大小相等，方向相反。第五章

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第三節(jié)旋光性(二、旋光度與比旋光度)

上頁下頁首頁33例題：將膽固醇樣品260mg溶于5ml氯仿中,然后將其裝滿5厘米長的旋光管,在室溫（20℃）通過偏振的鈉光測得旋光度為-2.5°,計算膽固醇的比旋光度。答：膽固醇的比旋光度為－96°(氯仿)。==－96°文獻中通常用如下格式報導一個旋光性化合物的比旋光度值：[α]D20=+98.3o(c0.05,CH3OH)第五章

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第三節(jié)旋光性(二、旋光度與比旋光度)

上頁下頁首頁34第五章

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(D/L構(gòu)型標記法)第四節(jié)構(gòu)型標記法構(gòu)型是指一個特定立體異構(gòu)分子中的原子或基團在空間的排列方式。對映異構(gòu)體的構(gòu)型一般指手性中心所連的四個不同原子或原子團在空間排列的順序。一、D/L構(gòu)型標記法在無法測知化合物真實構(gòu)型的情況下，F(xiàn)ischer當年人為地規(guī)定(＋)-甘油為D-構(gòu)型，其對映體(－)-甘油醛為L-構(gòu)型。D-

L-(+)-甘油醛

(－)-甘油醛上頁下頁首頁35[H]以甘油醛為基礎(chǔ),通過化學方法合成其它化合物,如果與手性原子相連的鍵沒有斷裂,則仍保持甘油醛的原有構(gòu)型。D-(+)-甘油醛D-(-)-乳酸[O]D-(-)-甘油酸1951年，J.M.Bijvoet用X-衍射技術(shù)測定了(＋)-酒石酸銣鉀鹽的絕對構(gòu)型之后，確定了原來人為規(guī)定的D-(＋)-甘油醛的構(gòu)型(相對構(gòu)型)剛巧就是它的真實構(gòu)型(絕對構(gòu)型)。這樣以甘油醛為標準物，確定的其它化合物的構(gòu)型，自然也是絕對構(gòu)型了。D-(+)-甘油醛第五章

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(D/L構(gòu)型標記法)上頁下頁首頁36二、R/S構(gòu)型標記法一個手性碳上的四個原子或基團只有兩種互成鏡像的空間排列方式,如何方便地描述這兩種構(gòu)型呢？R.S.Cahn-R.S.Ingold-V.PrelogRules于1964年提出了一個最有效的方法來標記手性化合物的構(gòu)型，1979年被IUPAC建議采用。

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(R/S構(gòu)型標記法)上頁下頁首頁37R/S構(gòu)型標記法分為兩步：(1)按次序規(guī)則確定與手性碳相連的四個原子或基團的優(yōu)先次序（或稱為“大小”次序）例如氯溴碘甲烷：I>Br>Cl>H

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(R/S構(gòu)型標記法)上頁下頁首頁38(2)將手性碳上的4個原子或基團中優(yōu)先次序最小的一個置于遠離視線的方向,然后觀察朝向自己的其余3個基團的優(yōu)先次序。順時針方向排列為R構(gòu)型；反時針方向排列為S構(gòu)型。RSR-氯溴碘甲烷S-氯溴碘甲烷第五章

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(R/S構(gòu)型標記法)上頁下頁首頁39要點:次序規(guī)則排次序，方向盤上定構(gòu)型。R-2-丁醇S-2-丁醇第五章

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(R/S構(gòu)型標記法)上頁下頁首頁40轉(zhuǎn)動使H遠離視線S構(gòu)型S-2-丁醇R/S構(gòu)型命名法舉例:2S,3R-2,3-二羥基丁醛SR第五章

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(R/S構(gòu)型標記法)上頁下頁首頁41課堂練習：根據(jù)Fischer投影式命名。R-(-)-乳酸S-(+)-乳酸S-2,3-二氯丙醇R-2,3-二氯丙醇最小基團在橫鍵上,紙面走向與實際走向相反；最小基團在豎鍵上,紙面走向與實際走向相同。2#1#3#2#1#3#第五章

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第四節(jié)構(gòu)型標記法(R/S構(gòu)型標記法)上頁下頁首頁42無論是D/L還是R/S標記方法，都不能通過其標記的構(gòu)型來判斷旋光方向。因為旋光方向是化合物的固有性質(zhì)，而對化合物的構(gòu)型標記只是人為的規(guī)定。目前從一個化合物的構(gòu)型還無法準確地判斷其旋光方向，只能依靠其它方法測定。注意：第五章

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第四節(jié)構(gòu)型標記法

上頁下頁首頁43名稱熔點CpKa溶解度(g/100mLH2O)D-(+)-乳酸L-(-)-乳酸()-乳酸262618+3.8°-3.8°0°3.763.763.76第五節(jié)外消旋體第五章

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第五節(jié)外消旋體

一對對映體的等量混合物稱為外消旋體(racemicmixture或racemate)。通常用(±)或dl表示。外消旋體是混合物。

一對對映體具有相同的熔點、沸點、密度、pKa,兩者的比旋光度大小相等，方向相反。外消旋體的物理性質(zhì)與單一對映體有些不同，它不具有旋光性，熔點、密度和溶解度等常有差異。但沸點與純對映體相同。上頁下頁首頁44第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物第五章

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第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

一、非對映體含有n個不相同手性碳原子的化合物,其光學異構(gòu)體的數(shù)目是2n個！如2,3-二氯丁醛有4個光學異構(gòu)體。(a)(b)(c)(d)2S,3R2R,3S2S,3S2R,3R上頁下頁首頁45(a)(b)(c)(d)(a)和(c)是彼此不成鏡像關(guān)系的光學異構(gòu)體,叫作非對映體(diastereomers);同樣,(a)和(d)之間也是非對映體。彼此不成鏡像關(guān)系的立體異構(gòu)體叫非對映體。非對映體具有不同的物理性質(zhì)。如沸點、溶解度、旋光性等都不相同。第五章

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第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

上頁下頁首頁46二、內(nèi)消旋化合物酒石酸分子中有2個相同手性碳。如果按照2n規(guī)則,可有4個立體異構(gòu)體。但實際上酒石酸分子只有3個立體異構(gòu)體。(a)(b)(c)(d)(a)和(b)是對映體(a)和(c)是非對映體(b)與(c)是非對映體2R3R2S3S2R3S2S3R第五章

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第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

上頁下頁首頁47(a)(b)(c)(d)將(d)在紙平面上旋轉(zhuǎn)180，就和(c)完全相同。象(c)這種構(gòu)型的分子,雖然有兩個手性中心,但作為分子整體來說是非手性的。(c)稱為內(nèi)消旋化合物(mesocompound)。內(nèi)消旋化合物是純凈物，不具有旋光性。第五章

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第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

上頁下頁首頁48有一個簡單的方法可以辨認內(nèi)消旋化合物。就是它具有對稱面。對稱面的上半部分是下半部分的鏡像。因此分子的上下兩部分對偏振光的影響相互抵消，使整個分子不表現(xiàn)旋光性。

內(nèi)消旋酒石酸分子中的對稱面第五章

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第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

上頁下頁首頁49熔點（℃）溶解度(g/100mLH2O)

(—)-酒石酸170139.0-12(＋)-酒石酸170139.0+12內(nèi)消旋酒石酸140125.00(±)-酒石酸20620.00由于內(nèi)消旋體的存在，酒石酸只有三種立體異構(gòu)體,其數(shù)目少于按照2n規(guī)則所預測的數(shù)目。酒石酸立體異構(gòu)體的物理性質(zhì)第五章

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第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

上頁下頁首頁50問題：

(1)用Fischer投影式寫出2,3,4-三羥基丁醛所有的光學異構(gòu)體，并指出各異構(gòu)體之間的關(guān)系（對映體、非對映體或內(nèi)消旋體？）(2)將()、(+)和內(nèi)消旋酒石酸三者等量的混合物進行分步結(jié)晶，可得到兩部分均無旋光性的結(jié)晶。是哪兩部分?第五章

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第六節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物

上頁下頁首頁51第七節(jié)無手性碳原子的對映體第五章立體化學基礎(chǔ)第七節(jié)無手性碳原子的對映體

大多數(shù)具有旋光性的化合物分子內(nèi)都存在手性碳原子。但還有一些化合物雖無手性碳，就整個分子而言卻包含手性因素，使它與其鏡像不能重合。這類分子也是手性分子。1.單鍵旋轉(zhuǎn)受阻的聯(lián)苯型化合物一對對映體上頁下頁首頁522.丙二烯型化合物當A≠B時，I和II互為鏡像。彼此不能重合,為一對對映體。1,3-二氯丙二烯之所以具有手性,是因為分子的一半與另一半相互垂直。(+)-1,3-二氯丙二烯(-)-1,3-二氯丙二烯第五章立體化學基礎(chǔ)第七節(jié)無手性碳原子的對映體

上頁下頁首頁53*3.螺苯型化合物(－)-[6]-螺苯(+)-[6]-螺苯已拆分出六螺旋環(huán)烴的一對對映體。并已合成了九螺旋環(huán)烴及十二螺旋環(huán)烴。第五章立體化學基礎(chǔ)第七節(jié)無手性碳原子的對映體

上頁下頁首頁54問題：下列哪些化合物為手性分子？

2,7-二氯螺[3.5]壬烷1-亞乙基-4-氯環(huán)己烷2,3-戊二烯1,2-丁二烯第五章立體化學基礎(chǔ)第七節(jié)無手性碳原子的對映體

上頁下頁首頁55第八節(jié)外消旋體的拆分第五章立體化學基礎(chǔ)第八節(jié)外消旋體的拆分

立體異構(gòu)體倘若是非對映體關(guān)系,可以通過分步結(jié)晶或者蒸餾的方法分離,因為非對映體具有不同的物理性質(zhì)。一對對映體間除了比旋光度值相等,旋光方向相反外,其它物理和化學性質(zhì)相同。所以不能設(shè)想通過蒸餾或分步結(jié)晶的方法拆分外消旋混合物。最常用的化學拆分法是把一對對映體設(shè)法轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍τ丑w。再用分步結(jié)晶方法或蒸餾方法分開。上頁下頁首頁56通常是利用外消旋的酸(或堿)與光學純的堿(或酸)反應生成非對映體的鹽,再用分步結(jié)晶的方法一一分開。非對映體物理方法分離(SS)

-鹽

(RS)

-鹽

第五章立體化學基礎(chǔ)第八節(jié)外消旋體的拆分

上頁下頁首頁57(R)鹽(S)

鹽CH3NH2(R)(S)仍為一對對映體(±)-乳酸第五章立體化學基礎(chǔ)第八節(jié)外消旋體的拆分

上頁下頁首頁58(±)-乳酸()-奎寧-(+)-乳酸鹽()-奎寧-()-乳酸鹽()-奎寧非對映體第五章立體化學基礎(chǔ)第八節(jié)外消旋體的拆分

上頁下頁首頁59第九節(jié)手性分子的形成和生物作用一、手性分子的形成

（一）生物體中的手性分子生物體內(nèi)存在著許多手性化合物，而且?guī)缀醵际且詥我坏膶τ丑w存在。（二）非手性分子轉(zhuǎn)化成手性分子

非手性分子通過化學反應也可轉(zhuǎn)化成