對(duì)映異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)_第1頁(yè)
對(duì)映異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)_第2頁(yè)
對(duì)映異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)_第3頁(yè)
對(duì)映異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)_第4頁(yè)
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對(duì)映異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)第一頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日五、環(huán)狀化合物的立體異構(gòu)六、不含C*原子化合物的對(duì)映異構(gòu)七、手性(不對(duì)稱)合成和光學(xué)純度四、含兩個(gè)C*化合物的對(duì)映異構(gòu)八、外消旋體的拆分九、立體化學(xué)在研究反應(yīng)歷程中的應(yīng)用第二頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日○、引言

----2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

2001年10月10日瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布:本年度的Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)金一半授予美國(guó)科學(xué)家WilliamS.Knowles和日本科學(xué)家野依良治另一半授予美國(guó)科學(xué)家K.BarrySharpless第三頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日

三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家的貢獻(xiàn)就在于他們找到了立體選擇性合成的方法和催化劑,可以高效快速地合成一種手性分子而不生成另一種,這為開發(fā)具有新特性的分子和物質(zhì)開創(chuàng)了一個(gè)全新的領(lǐng)域。目前人們已根據(jù)他們的研究成果研制出了抗生素、消炎藥和心臟病藥等許多藥物。第四頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日

WilliamS.Knowles野依良治手性催化氫化反應(yīng)1938年出生于日本神戶,1967年京都大學(xué)博士畢業(yè),1972年在名古屋大學(xué)任教授1917年出生于美國(guó),1942年從哥倫比亞大學(xué)博士畢業(yè)曾在孟山都公司任職,1986年退休。第五頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日

COOHNHAcMeOAcOH2Rh(DiPAMP)100%COOHNHAcMeOAcOH(97.5%)H3O+COOHNHAcHOHOHL-DOPA用于治療帕金森病Knowles的工作PPOMeMeODiPAMP::第六頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日PhPP∶∶PhPhPh-----------------(S)-BINAP(R)-BINAPPhPP∶∶PhPhPhOOOMeH2RuCl2(R)-BINAPOOMeOHH99.5%(R)-1,2-propandiol的合成野依良治(日本)的工作可作為在工業(yè)上合成抗菌素等類似的產(chǎn)品。第七頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日

K.BarrySharpless手性催化氧化反應(yīng)1941年出生于美國(guó)賓夕法尼亞洲,1968年斯坦福大學(xué)博士畢業(yè),1990年起在美國(guó)斯克里普斯研究所任化學(xué)教授第八頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日C2H5OOCC2H5OOCOHOHDETHHHCH2OHMeMeMeC-OOHTi(DET)OHCH2OH(R)-giycidol95%

環(huán)氧化(R)-丙烯醇的合成它用于生產(chǎn)β阻斷劑︱

一種治療心臟病的藥。Sharpless的工作

第九頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日催化劑形成過(guò)量的對(duì)映體較少形成的對(duì)映體催化劑催化劑作用示意圖一克催化劑就可以合成一噸手性產(chǎn)物第十頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日手性和手性分子-----手性特征是自然界普遍存在的一種現(xiàn)象。首先讓我們來(lái)看一個(gè)例子,了解一下什么是手性:------------鏡面12橙子味檸檬味1和2不相同嗎?也許很難一下子看出來(lái),但是你的鼻子卻很容易把他們分開:化合物1是橙子味的,而2則是檸檬味的。若用實(shí)物模型操作,你總不能讓他們互相重合。實(shí)際上,它們結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系就像你的左手和右手一樣,表面上一模一樣,但是你的左手永遠(yuǎn)不能很舒適地戴進(jìn)你的右手套里。它們?cè)谌S空間上構(gòu)成了一種實(shí)物和鏡像的關(guān)系,無(wú)論如何都不能使它們互相重合。第十一頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日左右手的對(duì)映關(guān)系鏡子第十二頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日許多天然產(chǎn)物和人體內(nèi)的活性分子都是手性分子。所謂手性是指物質(zhì)的分子和它的鏡像不能重疊,正如我們的左、右手雖然相像但不能重疊一樣。HOHCOOHCH3(-)乳酸(+)乳酸---------------------鏡面左旋體右旋體互稱對(duì)映(異構(gòu))體COOHHOHCH3動(dòng)物肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生葡萄糖經(jīng)乳酸桿菌發(fā)酵獲得的從酸敗的牛奶中得到的乳酸都是外消旋體(等量對(duì)映體的混合物)第十三頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日互為手性的分子是一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體,在藥理領(lǐng)域,異構(gòu)體中的一種可能具有療效,而另一種可能不但無(wú)效甚至有害,如(+)葡萄糖在動(dòng)物代謝中能起獨(dú)特的作用,具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,但其對(duì)映體(-)葡萄糖則不能被動(dòng)物代謝。左旋的氯霉素有抗菌作用,但其對(duì)映體則無(wú)療效。一個(gè)典型的例子就是1960年代,在歐洲出售的一種叫反應(yīng)停(沙利度胺thalidomide)的藥物,用于治療孕婦早期的妊娠反應(yīng),該藥物分子的R型對(duì)映異構(gòu)體具有很好的鎮(zhèn)定功能,可以減弱妊娠反應(yīng),另一種S型對(duì)映異構(gòu)體卻導(dǎo)致1.2萬(wàn)個(gè)海豹畸形兒出生的慘劇。在自然界,手性特征與我們?nèi)缬半S形,構(gòu)成生命體的絕大多數(shù)有機(jī)分子,比如天然的蛋白質(zhì)、多肽、催化酶、激素以及人體中的氨基酸等都是手性分子。生命體的分子識(shí)別體系有極強(qiáng)的手性識(shí)別能力,不同構(gòu)型的立體異構(gòu)體往往表現(xiàn)出極不相同的生理效能。手性------物體和它的鏡像不能重合的特性。手性分子------凡與其鏡像不能重合的分子叫手性分子。對(duì)映異構(gòu)------分子式、構(gòu)造式相同而構(gòu)型互呈鏡像對(duì)映關(guān)系的立體異構(gòu)。第十四頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日

同分異構(gòu)分子式相同而構(gòu)造式不同。指鍵合原子間的排列次序。構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)碳鏈異構(gòu)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)互變異構(gòu)其他構(gòu)造式相同而空間排布不同。指非鍵合原子間的空間關(guān)系。構(gòu)型異構(gòu)基團(tuán)空間取向構(gòu)象異構(gòu)-----交叉式、重疊式圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)順反異構(gòu)or幾何異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)非對(duì)映異構(gòu)雙鍵順反異構(gòu)只能是非對(duì)映異構(gòu)環(huán)狀順反異構(gòu)既可能是對(duì)映異構(gòu),也可能是非對(duì)映異構(gòu)第十五頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日一、物質(zhì)的旋光性光波是一種電磁波,它的振動(dòng)方向與其前進(jìn)方向垂直。在普通光線里,光波可在垂直于它前進(jìn)方向的任何可能的平面上振動(dòng)。光源傳播方向普通光的振動(dòng)平面第十六頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日如果將普通光線通過(guò)一個(gè)Nicol棱晶,它好象一個(gè)柵欄,只允許與棱晶晶軸相平行的平面內(nèi)振動(dòng)的光線透過(guò),而在其它平面內(nèi)振動(dòng)的光線則被阻擋。Nicol棱晶由兩塊方解石(CaCO3)按一定角度磨制后用加拿大樹膠粘合而成的鏡體。該棱鏡只允許在同一平面內(nèi)振動(dòng)的光波透過(guò),而其余光波被反射。α光源普通光偏振片偏光樣品管旋轉(zhuǎn)角度α偏光通過(guò)葡萄糖等旋光物質(zhì)第十七頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日旋光性物質(zhì)----能使偏振光振動(dòng)平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。旋光度(α)----旋光性物質(zhì)使偏振光振動(dòng)平面旋轉(zhuǎn)的角度。旋光性物質(zhì)左旋體(-)右旋體(+)(-)(+)跟生理過(guò)程有關(guān)系(+)葡萄糖在動(dòng)物代謝中能起獨(dú)特的作用,具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,但(-)葡萄糖則不能被動(dòng)物代謝。左旋氯霉素有抗菌作用,其對(duì)映體則無(wú)療效。合成的葡萄糖多聚物右旋糖酐是血漿代用品,用于大出血和外傷休克時(shí)輸液急救。旋光儀----測(cè)定物質(zhì)旋光度大小和方向的儀器。偏振光----只在一個(gè)平面內(nèi)振動(dòng)的光。第十八頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日零點(diǎn)----起偏棱晶B和檢偏棱晶D晶軸相互平行時(shí)作為零點(diǎn)。(即刻度盤指在0位置)D與刻度轉(zhuǎn)盤E相連若樣品管中無(wú)旋光性物質(zhì),B和D晶軸平行時(shí),則F視場(chǎng)最明亮。B和D互相垂直時(shí),則F視場(chǎng)最黑暗。ABCEDF旋光儀第十九頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日影響旋光度的因素溶液濃度樣品管長(zhǎng)度光的波長(zhǎng)測(cè)定溫度(通常20℃)溶劑(通常用水)為了便于比較,化學(xué)家引入了比旋光度的概念。比旋光度([α]tD)----在鈉光源下,每毫升含有1g待測(cè)物質(zhì)的溶液,置于1dm長(zhǎng)的樣品管中,在溫度為t下測(cè)得的旋光度數(shù)值。第二十頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日[α]20D=αρB·ι旋光度樣品的質(zhì)量濃度g/mL純液體時(shí)用密度樣品管的長(zhǎng)度dm,分米量糖計(jì)----在制糖工業(yè)中,測(cè)定蔗糖溶液的旋光度,即可算出它的質(zhì)量濃度,故所用的旋光儀又叫量糖計(jì)。第二十一頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日二、旋光性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn):1848年法國(guó)巴黎師范大學(xué)化學(xué)家、微生物學(xué)家Pasteur(1822~1895)在研究酒石酸鈉銨晶體時(shí),發(fā)現(xiàn)有兩種不同的晶體,第二十二頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日這兩種晶體互為實(shí)物和鏡像的關(guān)系,非常相似,但不能重合。Pasteur細(xì)心地用鑷子將這兩種晶體分開,分別溶于水中,并測(cè)定其旋光度,發(fā)現(xiàn)其中一種是左旋的,另一種是右旋的,而它們的比旋光度卻相等。左旋和右旋酒石酸鈉銨晶體的外形是不對(duì)稱的,但溶于水晶體消失后,仍具有旋光性,顯然它的旋光性與分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)時(shí)他明確提出兩個(gè)很重要的概念:①對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象是由于分子中原子在空間的不同排列而引起的;②左旋體和右旋體分子中原子在空間的排列是實(shí)物和鏡像的關(guān)系。為了說(shuō)明對(duì)映異構(gòu)產(chǎn)生的原因,1874年荷蘭化學(xué)家Van′tHoff(1852~1911)和法國(guó)化學(xué)工藝師LeBel(1847~1930)分別獨(dú)立提出碳原子的四面體學(xué)說(shuō)。第二十三頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日手性碳原子C*

----分子中連有四個(gè)不同原子或基團(tuán)的碳原子。CH3-CH-COOH*OH乳酸CH3-CH2-CH-CH3OH*仲丁醇COOHCHOHCOOHCHOH**酒石酸Van′tHoff和LeBel當(dāng)時(shí)在巴黎Wurtz實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)和工作。他們的四面體學(xué)說(shuō)提出后,在化學(xué)界引起很大的反響,有的支持,有的反對(duì)。后來(lái)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明正四面體學(xué)說(shuō)是正確的。由于Van′tHoff對(duì)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn),1901年他成為Nobel化學(xué)獎(jiǎng)的第一個(gè)獲得者。第二十四頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日物質(zhì)分子與其鏡像不能重合是手性分子的特征。手性分子必定旋光,旋光的分子必定是手性的。非手性分子必定不旋光,不旋光的分子必定是非手性分子。物質(zhì)分子中含有C*,就一定是手性分子嗎?分子的手性(旋光性)與分子內(nèi)的對(duì)稱因素有關(guān)。分子的對(duì)稱因素主要有對(duì)稱面和對(duì)稱中心。對(duì)稱面(鏡面)------設(shè)想分子中有一個(gè)平面,它把分子劈成兩半,這兩半互為實(shí)物和鏡像,這個(gè)平面叫對(duì)稱面。用σ表示。第二十五頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日具有對(duì)稱面的化合物是非手性的,它沒有對(duì)映異構(gòu)體和旋光性。ClHCH3Cl1,1-二氯乙烷CCClClHH(E)-1,2-二氯乙烯有對(duì)稱面α第二十六頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日對(duì)稱中心-----設(shè)想分子中有一點(diǎn)i,從分子中任一基團(tuán)為出發(fā)點(diǎn)與

i連接,再延長(zhǎng)此連線到等距離處,都遇到相同的基團(tuán),則此點(diǎn)叫分子的對(duì)稱中心。ClHClFFHHHiHHHHHH2,4-二氟-1,3-二氯環(huán)丁烷苯有對(duì)稱中心i第二十七頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日具有對(duì)稱中心的化合物是非手性的,它沒有對(duì)映異構(gòu)體和旋光性。一個(gè)分子既無(wú)對(duì)稱面也無(wú)對(duì)稱中心,一般可初步判斷它是一個(gè)手性分子,有對(duì)映異構(gòu)體和旋光性。第二十八頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日產(chǎn)生旋光性的原因-----旋光性是由分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱引起的。平面偏振光也是電磁波,它可以看作是由兩種園偏光合并組成的。它們都圍繞著光前進(jìn)的方向呈螺旋形向前傳播,其中一種呈右螺旋形,另一種呈左螺旋形。這兩種光互為不能重疊的鏡像關(guān)系。-------------偏光-------------------------------→光前進(jìn)方向-------------------------------→光前進(jìn)方向右旋園偏光左旋園偏光光的振動(dòng)頻率很高,形成了快速的交流電場(chǎng),當(dāng)光線照射到透明物質(zhì)的分子上時(shí),分子的原子核和電子都受到光的電場(chǎng)的影響。因電子質(zhì)量較小,它容易受光的電場(chǎng)影響而發(fā)生振動(dòng)。由于光波與電子震動(dòng)之間的影響,光波前進(jìn)的速度就減慢,從而產(chǎn)生折射現(xiàn)象。物質(zhì)的折射率愈大,表明光在前進(jìn)中受到的阻礙愈大,其速度就愈小,也就是物質(zhì)分子中電子振動(dòng)愈強(qiáng)。如果物質(zhì)分子的極化度愈大,物質(zhì)與光的相互作用也就愈強(qiáng),折射率也就愈大。第二十九頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日當(dāng)偏光經(jīng)過(guò)一個(gè)對(duì)稱的區(qū)域時(shí),這兩種園偏光受到分子的阻礙相等,所以它們以相同的速度經(jīng)過(guò)這個(gè)區(qū)域,因此,合成光(偏光)仍保持原來(lái)偏光的振動(dòng)平面,不表現(xiàn)出旋光性。如果遇到不對(duì)稱區(qū)域,由于不同基團(tuán)極化度的差異,兩個(gè)園偏光受到的阻礙就不同,速度減慢的程度也就不一樣,這就導(dǎo)致合成光振動(dòng)平面不能再維持在原來(lái)的方向,而產(chǎn)生一定的偏轉(zhuǎn),從而表現(xiàn)出旋光性。一種物質(zhì)沒有旋光性,這不是個(gè)別分子的性質(zhì),而是大量任意分布的可與鏡像重合的分子(即非手性分子)宏觀統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。第三十頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日三、含一個(gè)C*原子化合物的對(duì)映異構(gòu)兩種乳酸動(dòng)物肌肉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生

[α]15D=+3.82°53℃3.79

葡萄糖經(jīng)乳酸桿菌發(fā)酵[α]15D=-3.82°53℃3.79

比旋光度熔點(diǎn)pKa第三十一頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日HOHCOOHCH3(-)乳酸(+)乳酸---------------------鏡面左旋體右旋體互稱對(duì)映(異構(gòu))體外消旋體(±)-----等量對(duì)映體的混合物。COOHHOHCH3第三十二頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日對(duì)映體的物理、化學(xué)性質(zhì)與環(huán)境是否手性有密切的關(guān)系。在非手性環(huán)境下,對(duì)映體的性質(zhì)相同。例如對(duì)映體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、酸堿性、溶解度和反應(yīng)速率等等。在手性環(huán)境中①偏振光是手性環(huán)境,對(duì)映體的旋光方向相反。②在手性溶劑中,對(duì)映體的溶解度不同。③與手性試劑反應(yīng),對(duì)映體的反應(yīng)速率不同。④在手性催化劑的作用下與非手性試劑反應(yīng)時(shí),對(duì)映體的反應(yīng)速率也不同。這好比兩個(gè)螺絲釘,一個(gè)螺紋向左,一個(gè)向右,如果把它們鉆到木板中(非手性環(huán)境),兩者都可以旋進(jìn)去,而且難易程度相同。如果把它旋進(jìn)螺帽(手性環(huán)境),那旋轉(zhuǎn)的方向就不同了。第三十三頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日生物體中有許多手性物質(zhì),酶是生物催化劑,具有很高的手性,因此對(duì)映體在生物體內(nèi)常常表現(xiàn)不同的生理作用。例如左旋煙堿的毒性比右旋的大;青霉菌在含有(±)酒石酸的培養(yǎng)液中生長(zhǎng),右旋的酒石酸被消耗掉,溶液慢慢從不旋光變成左旋,將(±)蘋果酸鹽溶液在兔子身上作皮下注射,左旋體被消耗掉,從尿中排泄出來(lái)的是(+)蘋果酸鹽。對(duì)映體在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別是空間構(gòu)型不同,采用傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)式,無(wú)法表示基團(tuán)在空間的相對(duì)位置。如果采用立體的模型圖,書寫又非常不方便。目前普遍使用的是平面投影式,它是1891年Fischer提出的,所以又叫Fischer投影式。Fischer(1852~1919),杰出的德國(guó)有機(jī)化學(xué)家,因合成糖和嘌呤而獲得1902年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)。他是凱庫(kù)勒(1829~1896)和拜爾(1835~1917,1905年獲Nobel化學(xué)獎(jiǎng))的學(xué)生。第三十四頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日投影原則①把C*置于紙平面內(nèi),四個(gè)價(jià)鍵按交叉的×排列,交點(diǎn)代表C*原子。②橫前豎后。③主碳鏈豎向排列,把命名時(shí)編號(hào)最小的碳原子放在碳鏈頂端。COOHHOHCH3COOHCH3OHH投影后第三十五頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日構(gòu)型的表示方法費(fèi)歇爾投影式透視式COOHCH3OHHHCOOHCH3HO-----------------COOHCH3HOHCHOHCOOHH3CC----------------(-)-乳酸(+)-乳酸D-(-)-乳酸D/L法構(gòu)型標(biāo)記R-(-)-乳酸R/S法第三十六頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日使用費(fèi)歇爾投影式應(yīng)注意①投影式在紙面上旋轉(zhuǎn)180°,其構(gòu)型保持不變;旋轉(zhuǎn)90°、270°構(gòu)型改變,成為它的對(duì)映體。③C*原子上任意兩個(gè)基團(tuán)互換位置偶數(shù)次時(shí),構(gòu)型不變;奇數(shù)次時(shí),構(gòu)型改變。④將C*原子上任一基團(tuán)固定,讓其余三個(gè)基團(tuán)按順(逆)時(shí)針依次輪轉(zhuǎn)位置,構(gòu)型不變。②投影式離開紙面翻轉(zhuǎn)180°,構(gòu)型改變。第三十七頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日COOHHOHCH3COOHCH3OHHHOOCCH3OHHC投影式R/S命名原則優(yōu)先次序-OH>-COOH>-CH3順時(shí)針R-型名稱R-(-)-乳酸第三十八頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日說(shuō)明C*上四個(gè)基團(tuán)在空間排列的形象。是由儀器實(shí)際測(cè)定的。構(gòu)型和旋光方向沒有什么必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系D/L和R/S命名法之間并無(wú)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。第三十九頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日四、含兩個(gè)C*原子化合物的對(duì)映異構(gòu)COOHHOClHCOOHHCOOHOHClHCOOHH---------------------(Ⅳ)(Ⅲ)COOHHOClHCOOHHCOOHOHClHCOOHH(Ⅰ)(Ⅱ)---------------23(2R,3R)-2-氯-3-羥基丁二酸(2R,3S)(2S,3R)熔點(diǎn)145℃157℃145℃157℃[α]+7.1°-7.1°+9.3°-9.3°對(duì)映體非對(duì)映體非對(duì)映體-----不呈物像對(duì)映關(guān)系的構(gòu)型異構(gòu)體。非對(duì)映體的物理性質(zhì)不同,化學(xué)性質(zhì)相似,但反應(yīng)速率有差異。非對(duì)映體混合在一起,可以用一般的物理方法將它們分離開來(lái)。第四十頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日構(gòu)型異構(gòu)體數(shù)=2n(n是不相同的C*數(shù))外消旋體數(shù)=2n-1酒石酸HOOC-C*HOH-C*HOH-COOHCOOHHOOHHCOOHHCOOHHOHHOCOOHHCOOHHOHHCOOHOHCOOHHHHOCOOHOH---------------(Ⅳ)(Ⅲ)(Ⅰ)(Ⅱ)右旋酒石酸左旋酒石酸內(nèi)消旋(meso)酒石酸(2R,3R)-(+)-酒石酸(2S,3S)-(-)-酒石酸(2R,3S)-內(nèi)消旋酒石酸------------------------無(wú)旋光性(手性)有旋光性(手性)酒石酸只有三個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體第四十一頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日酒石酸的物理常數(shù)酒石酸熔點(diǎn)℃

比旋光度[α]25D20%水溶液

溶解度g·(100g水)-1

密度g·cm-3,20℃pKa1pKa2左旋體右旋體內(nèi)消旋體外消旋體171171147206

+12°-12°

不旋光不旋光

1.7601.7601.6661.7882.932.933.112.964.234.234.804.24第四十二頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日五、環(huán)狀化合物的立體異構(gòu)ClBrHH**ClBrHH**順-1-氯-2-溴環(huán)丙烷反-1-氯-2-溴環(huán)丙烷無(wú)對(duì)稱面,無(wú)對(duì)稱中心------------------------對(duì)映體對(duì)映體共有四個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體第四十三頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日HH**HOOCCOOH--------------順-1,2-環(huán)丙烷二甲酸HH**HOOCCOOH--------------反-1,2-環(huán)丙烷二甲酸對(duì)映體內(nèi)消旋體對(duì)映體共有三個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體第四十四頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日HOOCCOOHHH順-1,4-環(huán)己烷二甲酸有對(duì)稱面無(wú)對(duì)映體,無(wú)旋光性HOOCCOOHHH反-1,4-環(huán)己烷二甲酸-----------------反式1,2-和1,3-環(huán)己烷二甲酸有對(duì)映體第四十五頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日六、不含C*原子化合物的對(duì)映異構(gòu)例1

丙二烯型化合物CCCH3CCH3HH-----------對(duì)映體2,3-戊二烯

2,3-戊二烯整個(gè)分子沒有對(duì)稱面,也沒有對(duì)稱中心,雖然分子中沒有C*原子,但是分子具有手性,有對(duì)映異構(gòu)體(不是順反異構(gòu))。如果任何一端的碳原子連有相同的基團(tuán),分子即具有對(duì)稱面,無(wú)手性,無(wú)對(duì)映體。第四十六頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日例2

聯(lián)苯型化合物HOOCO2NCOOHNO22’6254136’----------------------對(duì)映體6,6’-二硝基聯(lián)苯-2,2‘-二甲酸在聯(lián)苯分子中,兩個(gè)苯環(huán)可以圍繞中間的單鍵自由旋轉(zhuǎn)。若在每個(gè)苯環(huán)的鄰位上引入大體積基團(tuán),由于空間阻礙使得單鍵不能自由旋轉(zhuǎn),兩個(gè)苯環(huán)不能處在同一平面上,此時(shí),整個(gè)分子沒有對(duì)稱面和對(duì)稱中心,具有手性,有對(duì)映體。第四十七頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日HOOCNO22’6254136’NO2HOOC單鍵自由旋轉(zhuǎn)<180°,但同一苯環(huán)上連有兩個(gè)相同的基,分子有對(duì)稱面,無(wú)手性,無(wú)對(duì)映異構(gòu)體。FBr2’6254136’FBrF原子體積小,單鍵可以自由旋轉(zhuǎn),兩個(gè)苯環(huán)可以共平面,分子有對(duì)稱面和對(duì)稱中心,無(wú)手性,無(wú)對(duì)映異構(gòu)體。第四十八頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日七、手性合成和光學(xué)純度CH3OHC*HCOOHCH3COOCH3CO還原水解CH3OHC*HCOOCH3丙酮酸甲酯(±)-乳酸甲酯外消旋體(±)-乳酸非手性條件非手性條件此例為非手性合成,產(chǎn)物是外消旋體,不具有旋光性第四十九頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日手性合成------由非手性化合物合成手性化合物時(shí),如果反應(yīng)在手性條件下進(jìn)行,將使產(chǎn)物中某個(gè)立體異構(gòu)體的量占優(yōu)勢(shì),這種合成叫手性合成(或不對(duì)稱合成)。CH3COOHCO還原丙酮酸(+)-乳酸+CH3CH(CH3)2HO***酯化手性條件(-)-薄荷醇CH3COCOOC10H19丙酮酸-(-)-薄荷醇酯CH3-CHOH-COOC10H19*(-)-乳酸-(-)-薄荷醇酯(占優(yōu)勢(shì))(+)-乳酸-(-)-薄荷醇酯水解(-)-乳酸(占優(yōu)勢(shì))CH3-CHOH-COOH*此例為手性合成,產(chǎn)物的一種立體異構(gòu)體過(guò)量,具有旋光性第五十頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日不對(duì)稱合成的產(chǎn)物是不等量左旋體和右旋體的混合物,它的比旋光度[α]取決于混合物中左、右旋體的組成。光學(xué)純度百分率(op)=[α]測(cè)定[α]純品×100%Percentopticalpurity不對(duì)稱合成的效率對(duì)映體過(guò)量百分率(ee)=[R]-[S][R]+[S]×100%=R%-S%數(shù)值相等R型對(duì)映體對(duì)S型對(duì)映體的過(guò)量百分?jǐn)?shù)percentenantiomericexcess主要對(duì)映體的量次要對(duì)映體的量第五十一頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日例:已知光學(xué)純2-甲基-1-氯丁烷的[α]=+1.64°,現(xiàn)有一個(gè)不對(duì)稱合成該化合物的樣品,經(jīng)測(cè)定其比旋光度為+0.82°,求該樣品的光學(xué)純度百分率和(+)、(-)對(duì)映體的組成比。op=ee=[α]測(cè)定[α]純品×100%=+0.82°+1.64°×100%=50%該樣品50%右旋體50%外消旋體25%左旋體25%右旋體75%右旋體右旋體∶左旋體=75∶25第五十二頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日八、外消旋體的拆分將外消旋體分開成為左旋體和右旋體的操作叫外消旋體的拆分外消旋體的拆分①機(jī)械拆分法②微生物拆分法③選擇吸附拆分法④誘導(dǎo)結(jié)晶拆分法⑤化學(xué)拆分法第五十三頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日機(jī)械拆分法------利用外消旋體中對(duì)映體的結(jié)晶形態(tài)的差異,借肉眼直接辨認(rèn)或通過(guò)放大鏡進(jìn)行辨認(rèn),而把兩種結(jié)晶體挑揀分開。此法要求結(jié)晶形態(tài)有明顯的不對(duì)稱性,且結(jié)晶大小適宜。此法比較原始,目前極少使用,只在實(shí)驗(yàn)室中少量制備時(shí)偶然采用。微生物法------某些微生物或它們所產(chǎn)生的酶,對(duì)于對(duì)映體中一種異構(gòu)體有選擇地分解作用。利用微生物或酶的這種性質(zhì)可以從外消旋體中把一種旋光體拆分出來(lái)。例如在含有外消旋酒石酸的培養(yǎng)液中,微生物只利用右旋體作為生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),結(jié)果右旋體被消耗,留下的是左旋酒石酸。此法缺點(diǎn)是原料至少有一半未得到利用。選擇吸附拆分法------用某種旋光性物質(zhì)作為吸附劑,使之選擇性地吸附外消旋體中的一種異構(gòu)體,這樣就可以達(dá)到拆分的目的。第五十四頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日誘導(dǎo)結(jié)晶法------是利用晶種來(lái)拆分外消旋體,這是一種最經(jīng)濟(jì)的辦法。當(dāng)溶液中含有稍微過(guò)量的一種對(duì)映體,它在晶種的誘導(dǎo)下,優(yōu)先沉淀出來(lái),而沉淀出的量比過(guò)量的量還多。過(guò)濾后,溶液中就含有過(guò)量的另一種對(duì)映體。升高溫度,加入外消旋體,冷卻時(shí),另一種對(duì)映體優(yōu)先沉淀出來(lái)。通過(guò)這種方法,只要第一次加入少量左旋體(或右旋體)就能交替地把外消旋體分為左旋體和右旋體。合霉素就是運(yùn)用誘導(dǎo)結(jié)晶法進(jìn)行拆分的。100g(±)-合霉素加1g(+)-氯霉素加100ml水80℃溶解20℃冷卻過(guò)濾濾液[含過(guò)量(-)-氯霉素]加2g(±)-氯霉素1.9g(+)-氯霉素晶體冷卻過(guò)濾2.1g(-)-氯霉素濾液第五十五頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日化學(xué)拆分法------這種方法應(yīng)用最廣。最適用于酸或堿的外消旋體的拆分。(+)-乳酸(-)-乳酸(外消旋體)+2(+)-α-苯基乙胺CH3CHCOOH3NCHC6H5++**OHCH3和(-)(+)非對(duì)映體物理性質(zhì)不同重結(jié)晶分離CH3CHCOOH3NCHC6H5+-**OHCH3CH3CHCOOH3NCHC6H5++**OHCH3拆分劑HCl水解HCl水解(+)-C6H5CHNH2·HCl*CH3和(+)-乳酸(-)-乳酸和(+)鹽酸胺第五十六頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日拆分既非酸又非堿的外消旋體時(shí),可以設(shè)法在分子中引入酸性基團(tuán),然后按拆分酸的方法拆分之。也可選用適當(dāng)?shù)男庑晕镔|(zhì)與外消旋體作用形成非對(duì)映體的混合物,然后分離。例如:醇的拆分COCOO(±)ROHCOOHCOOR物質(zhì)Ⅰ物質(zhì)Ⅱ非對(duì)映體物理性質(zhì)不同,可用一般的分離方法將它們分開。旋光性堿第五十七頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日(±)ROH非對(duì)映體的酯的混合物NHSO2-COCl(-)-分離之例如:醇的拆分例如:醛、酮的拆分(±)醛NH-NH2(-)-非對(duì)映體的混合物分離之第五十八頁(yè),共六十六頁(yè),編輯于2023年,星期日九、立體化學(xué)在研究反應(yīng)歷程中的應(yīng)用1、烷烴的氯代反應(yīng)CH3CH2CH2CH3Cl2hυCH3CH2CHCH3Cl

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