《講稿PP立體化學(xué)B》課件

立體化學(xué)B：講稿PPT本講稿PPT內(nèi)容包括：對(duì)映異構(gòu)體和非對(duì)映異構(gòu)體、手性中心和對(duì)映體、R/S命名法、外消旋體、非對(duì)映異構(gòu)體的特點(diǎn)和應(yīng)用等課程目標(biāo)理解立體化學(xué)基本概念掌握手性、對(duì)映體、消旋體等關(guān)鍵概念，為理解有機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)奠定基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)立體異構(gòu)體的命名和判斷熟悉R/S命名法、E/Z命名法等，能夠識(shí)別和命名各種立體異構(gòu)體。了解立體化學(xué)在生命科學(xué)中的重要性認(rèn)識(shí)立體化學(xué)在藥物研發(fā)、生物分子結(jié)構(gòu)和功能中的關(guān)鍵作用。什么是立體化學(xué)分子的三維結(jié)構(gòu)立體化學(xué)研究的是分子的三維結(jié)構(gòu)，及其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。手性分子的重要性手性分子是指不能與其鏡像重合的分子，在藥物、食品等領(lǐng)域具有重要的作用。對(duì)映異構(gòu)體對(duì)映異構(gòu)體是手性分子的兩種鏡像異構(gòu)體，具有相同的化學(xué)性質(zhì)，但生物活性卻可能完全不同。手性分子的概念非對(duì)映異構(gòu)體手性分子是指其鏡像不能與其本身重合的分子。手性中心手性分子通常含有至少一個(gè)手性中心，即連接四個(gè)不同取代基的碳原子。立體異構(gòu)手性分子與它的鏡像被稱為對(duì)映體，它們具有相同的化學(xué)式，但空間結(jié)構(gòu)不同。手性中心的定義11.四面體中心手性中心通常是一個(gè)碳原子，連接著四個(gè)不同的原子或基團(tuán)。22.非對(duì)稱性手性中心周圍的四個(gè)基團(tuán)不具有對(duì)稱性，即不能通過旋轉(zhuǎn)或鏡面反射而重合。33.立體異構(gòu)體手性中心的存在會(huì)導(dǎo)致分子形成非對(duì)映異構(gòu)體，它們具有不同的空間排列。對(duì)映體的概念鏡像異構(gòu)體對(duì)映體是彼此互為鏡像，但不可重合的兩種立體異構(gòu)體。它們就像左手和右手，雖然形狀相同，但方向相反。物理性質(zhì)相同對(duì)映體具有相同的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度等物理性質(zhì)。這是因?yàn)樗鼈兙哂邢嗤姆肿邮胶徒Y(jié)構(gòu)。光學(xué)異構(gòu)的分類對(duì)映異構(gòu)體互為鏡像，但不可重合。非對(duì)映異構(gòu)體非鏡像關(guān)系，但結(jié)構(gòu)類似。順反異構(gòu)體因雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的空間異構(gòu)體。消旋體的概念消旋體是指等摩爾量的兩種對(duì)映異構(gòu)體混合在一起形成的混合物，這種混合物沒有旋光性。1無旋光性消旋體中的兩種對(duì)映異構(gòu)體具有相等的旋光度，但方向相反，因此相互抵消。2物理性質(zhì)相同消旋體和單個(gè)對(duì)映異構(gòu)體具有相同的物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度等。3化學(xué)性質(zhì)不同消旋體和單個(gè)對(duì)映異構(gòu)體在與手性試劑反應(yīng)時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出不同的反應(yīng)活性。消旋體的性質(zhì)1無旋光性消旋體中，對(duì)映體含量相等，旋光性相互抵消。2物理性質(zhì)相同消旋體和單個(gè)對(duì)映體具有相同的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和密度。3化學(xué)性質(zhì)相似消旋體和單個(gè)對(duì)映體對(duì)大多數(shù)試劑反應(yīng)性質(zhì)相同。4生物活性不同消旋體中，對(duì)映體可能具有不同的生物活性。如何區(qū)分對(duì)映體偏振光對(duì)映體對(duì)平面偏振光的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此可以通過測(cè)量偏振光的旋轉(zhuǎn)角度來區(qū)分它們。手性試劑手性試劑可以與對(duì)映體形成非對(duì)映體，它們具有不同的物理性質(zhì)，例如熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，可以通過分離非對(duì)映體來區(qū)分對(duì)映體。手性柱色譜手性柱色譜可以根據(jù)對(duì)映體在手性柱上的不同保留時(shí)間來分離它們。核磁共振在手性環(huán)境中，對(duì)映體對(duì)核磁共振信號(hào)的影響不同，因此可以通過核磁共振譜來區(qū)分它們。手性分子的命名R/S命名法根據(jù)手性中心的四個(gè)取代基優(yōu)先級(jí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為R，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為S。Cahn-Ingold-Prelog規(guī)則將手性中心的四個(gè)取代基按原子序數(shù)大小排序，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)判斷R或S。命名規(guī)則不同的命名方法適合不同的手性分子，比如(R)-或(S)-，D/L命名法等。立體化學(xué)中的幾何異構(gòu)11.異構(gòu)體幾何異構(gòu)體是一種立體異構(gòu)體，它們具有相同的原子連接方式，但空間排列不同。22.順反異構(gòu)順反異構(gòu)體是幾何異構(gòu)體的一種類型，它發(fā)生在雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)中。33.影響因素雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的限制使旋轉(zhuǎn)受限，導(dǎo)致異構(gòu)體出現(xiàn)。44.例子順式-2-丁烯和反式-2-丁烯是順反異構(gòu)體的經(jīng)典例子。E-Z命名法則優(yōu)先級(jí)E-Z命名法則用于描述雙鍵碳原子上取代基的空間排列。取代基的優(yōu)先級(jí)由原子序數(shù)決定，原子序數(shù)越大，優(yōu)先級(jí)越高?？臻g排列如果最高優(yōu)先級(jí)取代基在雙鍵碳原子的同一側(cè)，則為Z型；如果在兩側(cè)，則為E型。例子順反異構(gòu)的概念順反異構(gòu)體是指在雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，由于取代基在空間上的不同排列而導(dǎo)致的異構(gòu)體。1順式異構(gòu)體取代基位于雙鍵或環(huán)的同一側(cè)2反式異構(gòu)體取代基位于雙鍵或環(huán)的相對(duì)側(cè)順反異構(gòu)體具有不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，例如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、極性等。順反異構(gòu)的判斷11.結(jié)構(gòu)分析查看雙鍵兩側(cè)的基團(tuán)，判斷相同基團(tuán)在同一側(cè)還是對(duì)側(cè)。22.優(yōu)先級(jí)根據(jù)原子序數(shù)，確定雙鍵兩側(cè)基團(tuán)的優(yōu)先級(jí)。33.命名高優(yōu)先級(jí)基團(tuán)在同一側(cè)為順式，對(duì)側(cè)為反式。立體化學(xué)對(duì)生命的影響手性藥物藥物分子通常具有手性，對(duì)映異構(gòu)體可能具有不同的藥理作用。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸的手性決定了蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)，影響其功能和活性。酶催化酶具有高度立體選擇性，識(shí)別和催化特定構(gòu)型的底物。生物識(shí)別手性分子在生物識(shí)別過程中發(fā)揮重要作用，如抗原-抗體結(jié)合。手性藥物的研發(fā)手性藥物的研發(fā)，指針對(duì)特定手性靶點(diǎn)開發(fā)的新型藥物。這些藥物通常具有更高的療效和安全性，可用于治療各種疾病。例如，治療高血壓的藥物利血平，只有(S)構(gòu)型具有藥理活性。手性藥物的開發(fā)需要深入理解立體化學(xué)原理，并結(jié)合藥物化學(xué)和生物學(xué)知識(shí)。蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸的線性序列，決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。二級(jí)結(jié)構(gòu)由氫鍵形成的局部結(jié)構(gòu)，例如α螺旋和β折疊。三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)多肽鏈的完整三維構(gòu)象，由疏水相互作用、氫鍵和離子鍵等維持。四級(jí)結(jié)構(gòu)多個(gè)蛋白質(zhì)亞基通過非共價(jià)鍵相互作用形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。酶的立體選擇性立體選擇性酶催化反應(yīng)對(duì)底物的手性具有高度選擇性，只識(shí)別并催化特定手性的分子。這種選擇性源于酶的活性位點(diǎn)，該位點(diǎn)具有獨(dú)特的立體結(jié)構(gòu)，可以識(shí)別并結(jié)合特定手性的底物。實(shí)例例如，乳酸脫氫酶只催化L-乳酸的氧化，而不會(huì)催化D-乳酸的氧化。這是因?yàn)槊傅幕钚晕稽c(diǎn)只能與L-乳酸的結(jié)構(gòu)相匹配。手性分子在工業(yè)中的應(yīng)用制藥工業(yè)手性分子在藥物研發(fā)中至關(guān)重要，因?yàn)椴煌氖中援悩?gòu)體可能具有不同的藥理活性。例如，一些藥物的單一手性異構(gòu)體具有治療效果，而另一些則可能產(chǎn)生副作用。農(nóng)藥工業(yè)手性農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的影響更小，因?yàn)樗梢赃x擇性地靶向害蟲，減少了對(duì)有益生物的傷害。材料科學(xué)手性分子可以用來制造具有特定光學(xué)性質(zhì)的材料，例如手性液晶顯示器。食品工業(yè)手性分子用于制造具有特殊香味和風(fēng)味的食品添加劑，例如香料和香精。手性分子的合成方法不對(duì)稱合成使用手性試劑或催化劑控制反應(yīng)的立體化學(xué)，生成特定手性異構(gòu)體。拆分法將外消旋混合物分離成純的對(duì)映體，例如利用酶催化或手性色譜分離。手性池方法利用已知手性分子作為起始原料，通過一系列反應(yīng)步驟構(gòu)建新的手性分子。促進(jìn)劑對(duì)立體選擇性的影響催化劑的作用促進(jìn)劑可以改變反應(yīng)路徑，提高特定立體異構(gòu)體的產(chǎn)率。手性催化劑手性催化劑能夠識(shí)別反應(yīng)物的手性特征，引導(dǎo)反應(yīng)朝特定方向進(jìn)行。酶催化酶作為生物催化劑，具有高度的立體選擇性，可高效合成單一立體異構(gòu)體。分子間的立體因素立體化學(xué)是研究分子在三維空間中的形狀和結(jié)構(gòu)，以及這些形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)分子性質(zhì)和反應(yīng)性的影響。分子間的相互作用是化學(xué)反應(yīng)和生命過程的基礎(chǔ)，而立體化學(xué)因素在分子間的相互作用中扮演著重要的角色。立體化學(xué)因素會(huì)影響分子間的吸引力和排斥力，從而影響分子間的距離和角度，最終影響反應(yīng)速率和產(chǎn)物分布。例如，在藥物開發(fā)中，立體異構(gòu)體的化學(xué)活性、代謝和藥理作用可能存在顯著差異。因此，在藥物研發(fā)過程中，需要考慮立體化學(xué)因素，以設(shè)計(jì)和合成具有最佳療效和安全性藥物。固定環(huán)狀分子的構(gòu)型環(huán)狀分子具有獨(dú)特的構(gòu)型，例如環(huán)己烷的椅式構(gòu)象。椅式構(gòu)象是最穩(wěn)定的構(gòu)象，因?yàn)樗袣湓佣继幱谄椒恢?，沒有空間位阻。環(huán)狀分子構(gòu)型的研究對(duì)于理解其物理化學(xué)性質(zhì)以及在生物化學(xué)反應(yīng)中的作用至關(guān)重要，例如環(huán)狀碳水化合物的構(gòu)象變化。雜環(huán)化合物的構(gòu)象雜環(huán)化合物是指環(huán)狀結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)或多個(gè)非碳原子，例如氮、氧、硫或磷。由于雜原子的存在，環(huán)系中的電子分布發(fā)生變化，影響構(gòu)象穩(wěn)定性和活性。雜環(huán)化合物在藥物、農(nóng)藥、染料和材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，了解其構(gòu)象對(duì)于理解其性質(zhì)和活性至關(guān)重要。糖的衍生物及其構(gòu)象糖的衍生物糖的衍生物是指由糖類衍生而來的一類化合物，它們通常具有重要的生物活性，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。常見糖的衍生物糖醇糖胺糖酸糖苷構(gòu)象的定義構(gòu)象是指由原子繞單鍵旋轉(zhuǎn)形成的不同空間排列，這些排列可以通過各種非共價(jià)鍵相互作用來穩(wěn)定。糖的構(gòu)象糖類分子中，單糖環(huán)上的碳原子可以自由旋轉(zhuǎn)，形成不同的構(gòu)象，例如椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象。氨基酸和肽的立體化學(xué)手性氨基酸除甘氨酸外，所有氨基酸都具有手性中心。L-氨基酸是生命中最常見的氨基酸形式。肽鏈構(gòu)象肽鏈?zhǔn)怯砂被嵬ㄟ^肽鍵連接形成的，具有復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，包括α-螺旋和β-折疊。蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)決定其生物功能，例如催化酶促反應(yīng)、運(yùn)輸物質(zhì)、免疫防御等。核酸的手性和構(gòu)象11.核酸的結(jié)構(gòu)核酸由核苷酸單體組成，每個(gè)核苷酸包含一個(gè)堿基、一個(gè)五碳糖和一個(gè)磷酸基團(tuán)。22.手性中心核酸中的糖類（如脫氧核糖或核糖）具有手性中心，它們的存在導(dǎo)致了核酸分子的手性。33.雙螺旋構(gòu)象DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)由兩條反平行鏈組成，它們通過氫鍵結(jié)合，形成特定的空間結(jié)構(gòu)。44.構(gòu)象變化核酸的構(gòu)象會(huì)受到環(huán)境因素的影響，例如溫度、pH值和離子強(qiáng)度。脂質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)脂肪酸脂肪酸是脂質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，包含一個(gè)長(zhǎng)的碳?xì)滏湥湹囊欢耸囚人峄鶊F(tuán)。脂肪酸可以是飽和的，也可以是不飽和的，飽和脂肪酸的碳鏈中沒有雙鍵，而不飽和脂肪酸的碳鏈中含有雙鍵。磷脂磷脂是構(gòu)成生物膜的主要成分，它們具有極性的頭部和非極性的尾部。磷脂的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分：頭部含有磷酸基團(tuán)和一個(gè)極性基團(tuán)，尾部含有兩個(gè)脂肪酸鏈。生物大分子的手性作用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的手性對(duì)維持其三維結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要。不同的氨基酸異構(gòu)體會(huì)影響蛋白質(zhì)的折疊方式，進(jìn)而影響其活性。DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄DNA中的堿基是手性的，這使得DNA能夠以特定的