第五章 旋光異構(gòu) new

第五章旋光異構(gòu)OpticalIsomers§5.1物質(zhì)的旋光性普通光是由各種波長的在垂直于前進方向的各個平面內(nèi)振動的光波所組成。幾個概念A(yù).物質(zhì)的旋光性：能使偏振光振動平面轉(zhuǎn)動一個角度的性質(zhì)稱為物質(zhì)的旋光性或叫光學(xué)活性。B.旋光物質(zhì)（光學(xué)活性物質(zhì)）：具有旋光性的物質(zhì)。C.旋光度：旋光物質(zhì)使偏振光振動平面旋轉(zhuǎn)的角度D.右旋體：使偏振光振動平面向右旋轉(zhuǎn)的旋光物質(zhì)。(+)E.左旋體：使偏振光振動平面向左旋轉(zhuǎn)的旋光物質(zhì)。(-)F.旋光儀:

測定物質(zhì)旋光度的儀器(結(jié)構(gòu))旋光度與所用溶液的濃度、盛液管的長度、溫度、光波的波長、溶劑的性質(zhì)有關(guān)如：右旋酒石酸在乙醇中，濃度為5%時，其比旋光度為：[

]Ｄ20

＝+3.79（乙醇，5%）物質(zhì)在濃度（c）,管長(l)條件下測得旋光度（

），可以通過下面公式把它換算成比旋光度[

]

t。

[

]

t=

l(dm)

c(g/ml)如果是純液體，可將公式中的c換成液體的密度d即可。在己知比旋光度時，可通過測定溶液的旋光度算出濃度。例：在20

C用鈉光測定某葡萄糖水溶液的旋光度，測定值為+3.2

，所用測定管為1dm，己知葡萄糖水溶液的比旋光度+52.5

，則由：+52.5＝+3.2/1

c;c=3.2/52.5=0.06(g/ml)§5.2

手性和對映體一、手性的概念手性：物體和它的鏡象不能重疊，這種特征稱為手性，手性同樣存在于微觀世界中的分子中。某些化合物也具有手性。二、分子的手性和旋光性手性分子：物質(zhì)的分子和它的鏡象不能重疊，這種分子叫手性分子。一般說來，具有手性的分子都有旋光性；從分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說，手性與分子的對稱性有關(guān)。{對稱面對稱軸對稱中心對稱性若一個分子中沒有上述任何一種對稱因素，這種分子就叫不對稱分子，不對稱分子就有手性對稱性分子--------無手性、無旋光活性三、對稱性----對稱軸、對稱面和對稱中心沒有對稱軸、對稱面及對稱中心的分子是手性分子。有旋光性。使有機物具有手性的最普遍的因素是手性碳原子四手性碳原子手性碳原子一般用“*”標(biāo)出如：********課堂練習(xí)：找出下列化合物中的手性碳原子乳酸的模型-OH經(jīng)-CH3至-H的排列順序A

逆時針方向B順時針方向乳酸分子：*當(dāng)C連有4個不同的基團時，有2種空間排列形式A、B兩分子不能重疊，是實物和鏡象的關(guān)系把具有實物和鏡影的關(guān)系的異構(gòu)體，叫做對映異構(gòu)體含有一個手性碳原子的化合物，只能有兩種構(gòu)型，也就是只能有兩個具旋光活性的異構(gòu)體。五、對映體和外消旋體對映異構(gòu)體：構(gòu)造相同，構(gòu)型不同，互為實物和鏡像關(guān)系而不能重合的立體異構(gòu)體叫做對映異構(gòu)體，簡稱對映體。2外消旋體：由等量的對映體組成的物質(zhì)，無旋光性，稱外消旋體?？刹鸱殖捎倚妥笮齼蓚€有旋光活性的異構(gòu)非手性環(huán)境中，對映體的物理化學(xué)特性沒有區(qū)別這一對對映體都是手性分子，都具有旋光性，使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度相同，即旋光度相同，但方向相反，分別是左旋（-）和右旋（+），分別用（-）-乳酸和（+）-乳酸表示。由蔗糖發(fā)酵得到的是左旋，由肌肉中取得的是右旋。一、構(gòu)型的表示法1、模型：手性碳原子在紙平面上；伸入手性碳原子內(nèi)，表示在紙平面前，連在手性碳原子周邊上，表示處在紙平面的后面。2、透視式：§5.3含一個手性碳原子的開鏈化合物的對映異構(gòu)3、費歇爾投影式：橫向基團位于平面的前方

豎向基團位于平面的后方費歇爾投影式光照相當(dāng)于將一個立體模型放在幕前，用光照射模型，在幕上得出的平面影象注意：投影式是用平面式來代表在度空間的立體結(jié)構(gòu)．不能任意翻轉(zhuǎn)．處理Fischer投影式的注意事項在紙面上平移，構(gòu)型不變在平面上旋轉(zhuǎn)180°，構(gòu)型不變。３.在平面上旋轉(zhuǎn)90°或270°，得到對映體4.離開平面翻轉(zhuǎn)180°，得到對映體。5．取代基互換位置奇數(shù)次，得到對映體。6.取代基互換位置偶數(shù)次，構(gòu)型不變。每旋轉(zhuǎn)90

，構(gòu)型改變一次；兩個基團調(diào)換，構(gòu)型改變；旋轉(zhuǎn)180

，構(gòu)型不變；課堂練習(xí)下列各對化合物是否為同一構(gòu)型IIIII二構(gòu)型的標(biāo)記構(gòu)型的R，S命名規(guī)則含一個手性C原子化合物Cabcd,如果a>b>c>d將d置于遠離觀察者的位置，當(dāng)a,b,c為順時針，為R構(gòu)型，若為逆時針，則為S構(gòu)型。次序規(guī)則的主要內(nèi)容原子序數(shù)大的次序大，原子序數(shù)小的次序小，同位素中質(zhì)量高的次序大。I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H如果原子團的第一個原子相同，則比較與它相連的其它原子（第二個原子）的原子序數(shù)大小，其它依次類推。含有雙鍵或叁鍵的原子團，可以認為連有二個或三個相同的原子。Ｒ－構(gòu)型例：乳酸123R123S課堂練習(xí)：指出下列化合物的Ｒ或Ｓ構(gòu)型RSRS用費歇爾投影式確定構(gòu)型時，在紙面上觀察：當(dāng)最小基團處在上方或下方(即處于豎線的位置)時：當(dāng)a,b,c為順時針時，為R構(gòu)型，當(dāng)a,b,c為逆時針時，為S構(gòu)型。當(dāng)最小基團處在左方或右方(即處于橫線的位置)時：當(dāng)a,b,c為順時針時，為S構(gòu)型，當(dāng)a,b,c為逆時針時，為R構(gòu)型。

例如：（S）-1-氯-1-溴乙烷

（S）-2-氯丁烷（R）-甘油醛

R課堂練習(xí)：指出下列化合物的Ｒ或Ｓ構(gòu)型RRS§5.4含有兩個手性碳原子的開鏈化合物的對映異構(gòu)一、含兩個不相同的手性碳原子

兩個手性碳原子所連的四個基團是不完全相同的，例如：

[]–7.1

+7.1

-9.3

+9.3對映異構(gòu)體(I與II)(III與IV)，外消旋體和非對映異構(gòu)體(如Ｉ與III或II與IV。當(dāng)有n個不相同的手性C原子，有2n個旋光異構(gòu)體，2n-1對外消旋體。

IIIIIIIV(2S,3S)(2S,3R)(2R,3R)(2R,3S)二、含兩個相同的手性碳原子后面一對化合物是一對對映異構(gòu)體，但前一對化合物其實是一個化合物，分子中有一個對稱面，稱為內(nèi)消旋體。酒石酸只有三種異構(gòu)體，右旋體，左旋體和內(nèi)消旋體

(2R，3S)(2S，3R)(2R，3R)(2S，3S)

IIIIIIIV內(nèi)消旋體對映異構(gòu)體例2,4-二氯戊烷(判斷下列構(gòu)型的相互關(guān)系)§5.5構(gòu)型的表示方法§5.6不含手性碳原子的化合物的旋光異構(gòu)現(xiàn)象一、手性碳原子只是使分子產(chǎn)生手性的因素之一。內(nèi)消旋酒石酸分子雖然含有手性碳原子，但整個分子不具有手性；另一方面，具有手性的分子，也不一定含有手性碳原子。如聯(lián)苯位阻作用，使得兩個苯環(huán)不能處在一個平面內(nèi)，整個分子沒有對稱因素而具有手性二、丙二烯的衍生物，當(dāng)C1和C3各連有不同基團時，也有旋光異構(gòu)體三、環(huán)狀化合物的立體結(jié)構(gòu)順-1，2-二氯代環(huán)戊烷反-1，2-二氯代環(huán)戊烷對映體§5.7旋光異構(gòu)體的性質(zhì)對映體：旋光方向相反，但物理性質(zhì)，如熔點、沸點、相對密度、比旋光度以及在非手性試劑的作用是完全相同的§5.8不對稱合成、立體選擇反應(yīng)與立體專一反應(yīng)1.無外界手性因素的影響下，得到外消旋混合物*h對映體順-2-丁烯2.2-丁烯與鹵素的加成由某一立體異構(gòu)的反應(yīng)物只得到某一種特定的立體異構(gòu)產(chǎn)物，叫立體專一反應(yīng)§5.8外消旋體的拆分用物理、化學(xué)或生物的方法將一外消旋體拆分為純的左旋體和右旋體的過程。拆分的方法有：

①手工或機械法,如果對映體為呈明顯的物體與鏡像關(guān)系的半面體結(jié)晶時，可用手工方法將這兩種晶體分開，例如外消旋酒石酸鈉銨。

②播種法，在外消旋體的過飽和溶液中,播入其中一個純的對映體晶種，會導(dǎo)致這一對映體結(jié)晶析出，而在母液中留下另一對映體。在工業(yè)生產(chǎn)上，這一方法具有工藝簡便、成本低廉的特點。

③生物法,某些微生物能有選擇地將一對對映體中的一個加以破壞或消化掉，從而剩下另一異構(gòu)體。這也是工業(yè)生產(chǎn)中常用的方法，產(chǎn)物的旋光純度很高。

④

選擇吸附法，利用某些光學(xué)活性物質(zhì)作吸附劑，有選擇地吸附外消旋體中的一個對映體，達到拆分的目的，例如各種色譜法，其中包括離子色譜法，特別是配位離子交換法等。

⑤某些物理方法，例如,用一定波長的圓偏振光照射某些外消旋體時，能將其中一個對映體破壞而得到另一對映異構(gòu)體。

⑥消旋歸還拆分法,一些外消旋化合物在某些手性試劑的作用下，能使對映體之間經(jīng)中間平衡而發(fā)生轉(zhuǎn)化，將不需要的一個異構(gòu)體轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰膶τ丑w。

⑦化學(xué)法,這是最重要、最常用的拆分法。它是將一對對映體轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍τ钞悩?gòu)體，即在一對對映體分子中引入同一的手征性基團，從而生成一對非對映異構(gòu)體，再根據(jù)一對非對映異構(gòu)體在物理性質(zhì)上存在的差異而將二者拆分，分開后再把所引入的手征性因素除去，即可得到純的左旋或右旋體。

【知識窗】手性藥物

一、什么是手性藥物

用于治療疾病的藥物好多存在對映異構(gòu)體，只含單一對映體的藥物稱為手性藥物。大量研究結(jié)果表明，手性藥物分子的立體構(gòu)型對其藥理功能影響很大。許多藥物的一對對映體常表現(xiàn)出不同的藥理作用，往往一種構(gòu)型體具有較高的治病藥效，而另一種構(gòu)型體卻有較弱或不具有同樣的藥效，甚至具有致毒作用。反應(yīng)停的悲劇

1961年，曾因人們對對映異構(gòu)體的藥理作用認識不足，造成孕婦服用外消旋的鎮(zhèn)靜劑“反應(yīng)停”后，產(chǎn)生了畸胎事件。后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，“反應(yīng)?！钡腞-構(gòu)型體具有鎮(zhèn)靜作用，能緩解孕期婦女惡心、嘔吐等妊娠反應(yīng)；而S-構(gòu)型體非但沒有這種功能，反而能導(dǎo)致胎兒畸形。

又如，左旋氯霉素有抗菌的作用，而其對映體右旋氯霉素沒有此療效。由此，人們開始對手性藥物引起了高度的重視，并相繼開發(fā)研制出大量的手性藥物。目前，手性藥物在合成新藥中已占據(jù)主導(dǎo)地位。二、手性藥物的分類根據(jù)對映異構(gòu)體的藥理作用不同，可將手性藥物分為三種類型。1．對映體的藥理作用不同有些藥物的對映異構(gòu)體具有完全不同的藥理作用。例如，曲托喹酚（速喘寧）的S-構(gòu)型體是支氣管擴張劑，而R-構(gòu)型體則有抑制血小板凝聚的作用?！胺磻?yīng)?！币矊龠@類藥物。生產(chǎn)該類藥物時，應(yīng)嚴格分離并清除有毒性的構(gòu)型體，以確保用藥安全。2．對映體的藥理作用相似有些藥物的對映異構(gòu)體具有類似的藥理作用。例如，異丙嗪的兩個異構(gòu)體都具有抗組