《立體化學(xué)光學(xué)異構(gòu)》課件

立體化學(xué)光學(xué)異構(gòu)本講座將探討立體化學(xué)，重點關(guān)注光學(xué)異構(gòu)體的概念和應(yīng)用。光學(xué)異構(gòu)體的概念定義具有相同化學(xué)式和連接方式，但在空間排列上不同的分子稱為光學(xué)異構(gòu)體。特征光學(xué)異構(gòu)體互為鏡像，但不能重合，就像左手和右手一樣。手性中心的的概念定義一個碳原子連接四個不同的原子或基團，稱為手性中心。性質(zhì)手性中心的存在是分子具有手性的必要條件。影響手性中心的數(shù)量決定了分子的立體異構(gòu)體的數(shù)量。鏡像異構(gòu)體的定義1非重疊鏡像異構(gòu)體是兩個互為鏡像，但無法通過旋轉(zhuǎn)或平移完全重疊的分子。2手性中心鏡像異構(gòu)體通常包含一個或多個手性中心，即與四個不同的原子或基團相連的碳原子。3光學(xué)活性鏡像異構(gòu)體具有光學(xué)活性，這意味著它們能夠旋轉(zhuǎn)平面偏振光。分子的手性手性是指一個物體與其鏡像不能重合的性質(zhì)。對于分子來說，手性是指一個分子與其鏡像不能重疊的性質(zhì)。手性分子可以通過觀察其鏡像來判斷。如果一個分子與其鏡像不能重疊，那么該分子就是手性的。手性分子在自然界中很常見，例如氨基酸、糖類和DNA等生物大分子。分子的消旋化1外消旋化手性分子轉(zhuǎn)化為外消旋混合物2對映異構(gòu)體具有相同物理性質(zhì)，但旋光性相反3消旋混合物等量的對映異構(gòu)體的混合物，旋光性相互抵消手性分子的分類對映異構(gòu)體彼此為鏡像關(guān)系，但不可重疊。非對映異構(gòu)體彼此為非鏡像關(guān)系，且不可重疊。順反異構(gòu)體在雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，由于取代基的空間排列不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。R-S標(biāo)記法優(yōu)先級排序根據(jù)原子序數(shù)對連接手性中心的原子進行排序。觀察最低優(yōu)先級原子將最低優(yōu)先級原子指向遠離觀察者的位置。判斷旋轉(zhuǎn)方向從最高到最低優(yōu)先級原子，觀察旋轉(zhuǎn)方向，順時針為R，逆時針為S。光學(xué)活性分子的性質(zhì)旋光性光學(xué)活性分子能使平面偏振光旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向和角度取決于分子的結(jié)構(gòu)化學(xué)性質(zhì)光學(xué)異構(gòu)體在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出不同的反應(yīng)速率和產(chǎn)物生物活性光學(xué)異構(gòu)體在生物體內(nèi)具有不同的生物活性，例如藥物光學(xué)活性分子的確定1旋光儀通過測量物質(zhì)對平面偏振光的旋轉(zhuǎn)角度來判斷2手性試劑利用手性試劑與光學(xué)活性分子反應(yīng)，形成非對映異構(gòu)體，通過分離非對映異構(gòu)體來判斷3光譜分析利用核磁共振、圓二色譜等光譜技術(shù)來判斷手性分子的結(jié)構(gòu)解析法與測定法解析法通過分析分子結(jié)構(gòu)，確定手性中心構(gòu)型。測定法利用旋光儀測量物質(zhì)的旋光度，判斷其光學(xué)活性。旋光性與手性的關(guān)系1手性分子結(jié)構(gòu)不對稱2旋光性旋光異構(gòu)體旋轉(zhuǎn)平面偏振光構(gòu)型與光學(xué)活性的關(guān)系構(gòu)型是指立體異構(gòu)體中原子在空間的排列方式，與光學(xué)活性無關(guān)。光學(xué)活性是指化合物對平面偏振光的旋轉(zhuǎn)能力。消旋混合物的性質(zhì)光學(xué)活性消失消旋混合物是由等量的對映異構(gòu)體組成，因此它們的旋光性相互抵消，導(dǎo)致混合物無光學(xué)活性。物理性質(zhì)相同消旋混合物中的對映異構(gòu)體具有相同的物理性質(zhì)，如熔點、沸點和密度，因此難以用物理方法分離。拆分消旋混合物的方法結(jié)晶法利用光學(xué)異構(gòu)體在溶劑中的溶解度差異，通過反復(fù)結(jié)晶將兩種異構(gòu)體分離。手性色譜法使用手性固定相的色譜方法，根據(jù)光學(xué)異構(gòu)體與固定相之間的手性相互作用差異進行分離。酶法利用酶對光學(xué)異構(gòu)體的選擇性催化作用，將其中一種異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為另一種化合物，從而達到分離的目的。光學(xué)純度的定義光學(xué)純度表示特定對映異構(gòu)體的含量，通常用百分比表示。ee值ee值，代表對映體過量值，是計算光學(xué)純度的常見指標(biāo)。分離與分析手性分離技術(shù)，如手性色譜法，用于測定光學(xué)純度。手性中心的配置確定1確定中心首先，確定分子中存在的手性中心，即連接四個不同基團的碳原子。2優(yōu)先級根據(jù)原子序數(shù)對連接到手性中心的四個基團進行優(yōu)先級排序，原子序數(shù)大的優(yōu)先級高。3排序?qū)⒆畹蛢?yōu)先級的基團指向后方，觀察其他三個基團的順序，順時針為R構(gòu)型，逆時針為S構(gòu)型。手性碳原子的易位反應(yīng)1定義手性碳原子上的取代基發(fā)生位置互換的反應(yīng)2類型SN1反應(yīng)、SN2反應(yīng)、消除反應(yīng)3影響改變手性碳原子的構(gòu)型，可能導(dǎo)致光學(xué)活性的變化手性選擇性反應(yīng)1立體選擇性形成特定立體異構(gòu)體2非對映選擇性生成非對映異構(gòu)體的比例不同3對映選擇性生成對映異構(gòu)體的比例不同光學(xué)分辨的應(yīng)用1藥物開發(fā)光學(xué)分辨在藥物開發(fā)中至關(guān)重要，可以確定藥物的有效成分并消除副作用。2食品工業(yè)光學(xué)分辨可用于檢測和分析食品中的手性分子，例如香料和添加劑。3環(huán)境監(jiān)測光學(xué)分辨可用于分析環(huán)境樣本中的手性污染物，例如農(nóng)藥和殺蟲劑。生物分子的手性氨基酸大多數(shù)氨基酸都具有手性，除了甘氨酸。自然界中常見的氨基酸都是L-型，而D-型氨基酸在自然界中比較少見。糖類糖類也具有手性，例如葡萄糖、果糖等。自然界中常見的糖類都是D-型，而L-型糖類則比較少見。核酸核酸中的核苷酸也具有手性，例如腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶等。自然界中常見的核苷酸都是D-型，而L-型核苷酸則比較少見。生物分子的手性識別酶的立體選擇性酶的活性部位具有特定的三維結(jié)構(gòu),只能識別并催化特定手性的底物,這是生物體內(nèi)手性選擇性的基礎(chǔ).受體識別藥物分子與受體的結(jié)合,通常需要特定的手性構(gòu)型,才能發(fā)揮藥理作用.生物大分子的手性蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子都是手性的,它們的立體結(jié)構(gòu)對其功能至關(guān)重要.藥物分子的手性手性藥物分子在人體內(nèi)會與不同的靶點結(jié)合，產(chǎn)生不同的藥理作用。不同的手性異構(gòu)體對人體可能具有不同的藥效或毒性。手性藥物的開發(fā)需要考慮手性異構(gòu)體的分離、純化和合成。藥物分子的手性效應(yīng)藥效差異手性藥物的不同異構(gòu)體可能具有不同的藥理活性，甚至可能產(chǎn)生相反的效應(yīng)。代謝差異不同異構(gòu)體在體內(nèi)代謝速率、途徑和代謝產(chǎn)物方面可能存在顯著差異。手性分子的分離與純化手性色譜手性色譜法利用手性固定相分離手性分子。手性固定相能夠識別并選擇性地保留特定的手性異構(gòu)體，從而實現(xiàn)分離。結(jié)晶法利用手性分子的晶體結(jié)構(gòu)差異進行分離。手性分子在溶液中形成兩種不同的晶體，可以利用結(jié)晶法將它們分離。酶法利用酶的立體選擇性催化反應(yīng)，將特定的手性異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，從而實現(xiàn)分離。手性分子合成的策略1不對稱合成利用手性試劑或催化劑，直接合成所需手性分子。2手性拆分將消旋混合物拆分為兩種對映異構(gòu)體。3動力學(xué)拆分利用酶或手性催化劑選擇性地催化一種對映異構(gòu)體的反應(yīng)。不對稱合成的概念手性催化劑不對稱合成利用手性催化劑控制反應(yīng)的立體選擇性。立體選擇性通過手性催化劑，反應(yīng)生成單一或主要手性異構(gòu)體。不對稱催化的原理手性催化劑不對稱催化反應(yīng)的核心是使用手性催化劑，該催化劑本身具有手性，可以識別并優(yōu)先與特定手性的反應(yīng)物相互作用。過渡態(tài)手性催化劑與反應(yīng)物形成的過渡態(tài)也具有手性，導(dǎo)致生成特定手性產(chǎn)物的比例更高。立體選擇性不對稱催化過程表現(xiàn)出立體選擇性，即優(yōu)先生成一個特定的手性異構(gòu)體，而不是另一個異構(gòu)體。光學(xué)活性化合物的合成實例合成手性藥物是現(xiàn)代藥物化學(xué)的重要領(lǐng)域，例如：*左旋多巴用于治療帕金森病*