有机化学02立体化学.ppt

第二章第二章 立体化学立体化学2.1 立体异构立体异构 2.2 对称性与手性对称性与手性 2.4 对映异构与非对映异构对映异构与非对映异构 2.3 手性与对映异构手性与对映异构 2.5 构象与构象分析构象与构象分析1立体异构：立体异构：分子中原子或基团在空间的分布分子中原子或基团在空间的分布不同，包括构型异构与构象异构。不同，包括构型异构与构象异构。构型异构：构型异构：分子中原子或基团在空间的排列分子中原子或基团在空间的排列是刚性的，相互转化需要很高的能量，包括是刚性的，相互转化需要很高的能量，包括顺反异构与对映异构。顺反异构与对映异构。2.1 立体异构立体异构 构象异构：构象异构：单键旋转导致分子中原子或基团单键旋转导致分子中原子或基团在空间不同的排列，是柔性的，之间转化仅在空间不同的排列，是柔性的，之间转化仅需很低的能量，包括对映与非对映构象异构。需很低的能量，包括对映与非对映构象异构。2构型异构：构型异构：构象异构：构象异构：顺反异构顺反异构对映异构对映异构3双键、环导致的构型异构，以前叫几何异构。双键、环导致的构型异构，以前叫几何异构。这是一种非对映异构，即没有对映关系的立这是一种非对映异构，即没有对映关系的立体异构。体异构。一、顺反异构一、顺反异构C=C双键：双键：C=NN=N环：环：4顺反异构的构型表达：顺顺反异构的构型表达：顺/反、反、Z/E 一般构型表达一般构型表达：通常用顺：通常用顺/反表示，即双键碳上反表示，即双键碳上两相同、相似或相近的基团在同一侧即为顺式，两相同、相似或相近的基团在同一侧即为顺式，否则为反式。否则为反式。如顺式烯烃：如顺式烯烃：命名：命名：顺顺/反、反、Z/E双键碳上两相同基团在同一侧即为顺式，否则为反式双键碳上两相同基团在同一侧即为顺式，否则为反式.顺顺-2-丁烯丁烯 反反-2-丁烯丁烯 5二、顺反异构体的性质二、顺反异构体的性质1、稳定性、稳定性一般，反式体较顺式体稳定。一般，反式体较顺式体稳定。but62、物理性质、物理性质 一般，顺式体有较大的偶极矩。一般，顺式体有较大的偶极矩。1.89 D0 Dbut 1.71 D1.97 D(1)极性极性7一般，反式体有较高的熔点、较低的溶解度。一般，反式体有较高的熔点、较低的溶解度。mp130 C300 Csol0.7 g/100 mL(2)熔点与溶解度性熔点与溶解度性8(3)沸点与密度、折光率沸点与密度、折光率一般，具有较大偶极矩的异构体有较高的一般，具有较大偶极矩的异构体有较高的沸点、密度与折光率。沸点、密度与折光率。bp60 C48 C9(4)机械性能机械性能顺、反异构体的机械性能不同。顺、反异构体的机械性能不同。如天然橡胶是全顺式聚异戊二烯，具有良如天然橡胶是全顺式聚异戊二烯，具有良好的弹性，而反式体杜仲胶好的弹性，而反式体杜仲胶(gutta rubber)硬度大、无弹性。硬度大、无弹性。103、化学、生理活性、化学、生理活性顺、反异构体有不同的化学与生理生化性能。顺、反异构体有不同的化学与生理生化性能。如油脂中的不饱和脂肪酸全是顺式的，如油脂中的不饱和脂肪酸全是顺式的，vitamin A 侧链中的双键全是反式的。侧链中的双键全是反式的。linoleic acidlinolenic acidarachidonic acidoleic acid11Vitamin A12一、对称性一、对称性 对称性与手性对称性与手性 分子的对称性是由其对称性元素决定的。分子的对称性是由其对称性元素决定的。对称面对称面对称中心对称中心1、对称元素、对称元素对称轴对称轴13l 对称面对称面 m操作：反映操作：反映m有对称面的分子可与其镜像重叠。有对称面的分子可与其镜像重叠。14l 对称中心对称中心 i操作：反延操作：反延.有对称中心的分子可与其镜像重叠。有对称中心的分子可与其镜像重叠。.15l 对称轴对称轴 Cn操作：旋转操作：旋转Cn n=2/通过其一直线为轴旋转通过其一直线为轴旋转 2/n 或其倍数重叠或复原。或其倍数重叠或复原。C3C21617C4C6C仅有对称轴的分子不能与其镜像重叠。仅有对称轴的分子不能与其镜像重叠。182、对称性、对称性 第二类对称元素第二类对称元素,i reflection symmetry 具有第二类对称元素的分子可与其具有第二类对称元素的分子可与其 mirror image 重叠重叠,是对称的是对称的(symmetric).第一类对称元素第一类对称元素 Cn rotational symmetry 仅具有第一类对称元素的分子不可与其仅具有第一类对称元素的分子不可与其 mirror image 重叠重叠,是是非对称非对称的的(dissymmetric).不具有任何对称元素的分子是不具有任何对称元素的分子是不对称不对称的的 (asymmetric),不可与其不可与其 mirror image 重叠。重叠。19对称分子对称分子:与其镜像可以重叠，是同一种分子。与其镜像可以重叠，是同一种分子。甘氨酸甘氨酸NH2CH2CO2H20互为对映异构体互为对映异构体同一种分子同一种分子mm1,2-二甲基环丁烷，有三个立体异构体：二甲基环丁烷，有三个立体异构体：21二、手性二、手性(Chirality)不对称与非对称的分子统称为分子的手性不对称与非对称的分子统称为分子的手性(chirality,handedness)。就像人的左右手互为实物和镜影的关系，就像人的左右手互为实物和镜影的关系，但二者不能完全重叠。但二者不能完全重叠。分子这种实物与其镜影不能完全重叠的特分子这种实物与其镜影不能完全重叠的特殊性质叫做分子的手性。殊性质叫做分子的手性。22l 手性分子的判据：手性分子的判据：一般，若分子既没有对称面一般，若分子既没有对称面 m 也无对称中心也无对称中心 i,就是手性分子就是手性分子,不能与其镜像重叠。不能与其镜像重叠。A chiral molecule is one that is not superimposable on its mirror image.Non-superimposability on the mirror image is a necessary and sufficient condition for chirality 具有手性的分子是手性分子。具有手性的分子是手性分子。23判断下列分子的对称性，有无手性？判断下列分子的对称性，有无手性？2425 手性与对映异构手性与对映异构 一、手性与对映异构一、手性与对映异构 手性分子与其镜像不能完全重叠。手性分子与其镜像不能完全重叠。手性分子与其镜像互为对映异构体。手性分子与其镜像互为对映异构体。对映异构体对映异构体(enantiomers)：互为镜像，但不可重叠的立体异构体，即互为镜像，但不可重叠的立体异构体，即呈对映关系，但不能重叠的立体异构体。呈对映关系，但不能重叠的立体异构体。26手性分子与其镜像互相对映，但不能完全重叠。手性分子与其镜像互相对映，但不能完全重叠。手性是对映异构的必要、充分条件。手性是对映异构的必要、充分条件。27L-丙氨酸的镜像是丙氨酸的镜像是 D-丙氨酸，二者不能重叠，丙氨酸，二者不能重叠，是不同的分子，属于对映异构体。是不同的分子，属于对映异构体。L-丙氨酸丙氨酸D-丙氨酸丙氨酸2829二、手性因素二、手性因素 手性因素有手性中心、手性轴与手性面。手性因素有手性中心、手性轴与手性面。1、手性中心、手性中心常见的是手性碳原子，常见的是手性碳原子，也叫不对称碳原子也叫不对称碳原子(asymmetric carbon)。连接四个不同的原子或基团的碳原子，连接四个不同的原子或基团的碳原子，是为手性碳原子，常用是为手性碳原子，常用*Cabcd 标注。标注。*30问题：问题：有无手性碳原子？有无手性碳原子？31:NR1R2R3Other chiral atoms:rapid inversion翻转能垒翻转能垒 E=18 25 kJ/molThis interconversion is a room temperature process because the energy barrier(18 KJ/mole)is relatively small.非手性氮非手性氮32刚性手性氮刚性手性氮 Rigid Chiral Nitrogen :NR1R2R3Trger basePrelog(1956):first observed N inversion restricted33+NR1R2R3R4;O=NR1R2R3 34:PR1R2R3 chiral 膦膦;+PR1R2R3R4 chiral 鏻盐；鏻盐；O=PR1R2R3 chiral 氧化膦及其硫的衍生物氧化膦及其硫的衍生物;O=P(OR)R1R2 chiral 亚膦酸酯亚膦酸酯35+SR1R2R3 chiral sulfonium ion;O=SR1R2 chiral sulfoxides;O=S(OR)R chiral 亚磺酸酯亚磺酸酯 Also,Si,As,Se,Te,Sn,Ge,B etc.;Metals:Co,Cu,Zn,Pd,Pt etc.362、手性轴、手性轴 丙二烯型丙二烯型 Allenes(1935)37first resolved in 190938 联苯型联苯型 Biphenyls 393、手性面、手性面(S)-(-)-10paracyclophane-2-carboxylic acid可拆分，可拆分，200 C 仍稳定仍稳定404、螺旋性、螺旋性 HelicityHelices(cylindrical,conical)are chiral objects.ConicalCylindrical41hexahelicene-a spiral molecule42三、构型表达三、构型表达 1、楔形（透视）式、楔形（透视）式 2、锯架（透视）式、锯架（透视）式 433、Fischer(投影投影)式式 以十字表示中心碳碳原子，横线前指，以十字表示中心碳碳原子，横线前指，竖线后指。一般主碳链竖向放置，编竖线后指。一般主碳链竖向放置，编号自上而下。号自上而下。44Fischer 式的特点与应用注意：式的特点与应用注意：(1)不能转动不能转动90，不能离开平面反，不能离开平面反转转，只可平移或只可平移或180转动转动。(2)任意两基互换，转变为其对映体任意两基互换，转变为其对映体。(3)任意三基依次轮换，构型不变任意三基依次轮换，构型不变。454、Newman(投影投影)式式 46相互转化相互转化 475、D/LL-(-)-GlyceraldehydeD-(+)-GlyceraldehydeD-(+)-甘油醛甘油醛L-(-)-甘油醛甘油醛指定右旋甘油醛指定右旋甘油醛Fischer式中羟基在右侧，规式中羟基在右侧，规定为定为D型型,左旋甘油醛羟基在左侧，为左旋甘油醛羟基在左侧，为L型。型。48DD-(+)-葡萄糖葡萄糖D-(+)-GlucoseL-丙氨酸丙氨酸天然氨基酸天然氨基酸L天然的糖大都是天然的糖大都是 D-型的，而氨基酸则是型的，而氨基酸则是L-型的。型的。496、赤式赤式/苏式苏式 (erythro/threo)D-(-)-Erythrose 赤藓糖赤藓糖Erythro form 赤式赤式50D-(-)-Throse 苏阿糖苏阿糖Threo form苏式苏式51取代基的排列取代基的排列双键的双键的 Z/E 构型构型手性碳的手性碳的 R/S 构型构型适用于适用于7、R/S次序规则次序规则 Sequence Rule原子或基团的优先顺序。原子或基团的优先顺序。Cohn-Ingold-Prelog Cohn-Ingold-Prelog 次序规则次序规则次序规则次序规则52以元素的原子序数为序，同位素以质量为序：以元素的原子序数为序，同位素以质量为序：H D C N O F Si P S Cl Br I(1)元素次序元素次序53首先以一级原子为序，然后以二级原子为序，首先以一级原子为序，然后以二级原子为序，再以三级原子为序再以三级原子为序，直到出现差异为止。，直到出现差异为止。(2)饱和基团的次序饱和基团的次序正丁基正丁基 异丁基异丁基 仲丁基仲丁基 叔丁基叔丁基 54-CH3 -CH2CH3 -CH2CH2CH3 -CH(CH3)2 -C(CH3)3-NH2 -NHCH3 -N(CH3)2 -OH -OCH3 -OCH2CH3-F -Si(CH3)3 -P(CH3)2 -SH -SCH3 -Cl -Br -CH(CH3)2打开重键，连接虚原子，再比较。打开重键，连接虚原子，再比较。56-CCH57-CCH-CHCH2不饱和基团的次序不饱和基团的次序58部分取代基优先顺序部分取代基优先顺序-CH2CH=CH2 -CH2CCH -CH2C6H5-CH2C6H5 -CH(CH3)2 -CH=CH2-CH=CHCH3 -C(CH3)3 -C(CH3)=CH2-C(CH3)=CH2 -CCH ER S62置最次基置最次基 d 远处，观察余三基远处，观察余三基 abc,顺时针排列为顺时针排列为 R,逆时针排列为逆时针排列为 S。S(Sinister)R(Rectus)abc 顺时针顺时针 abc 逆时针逆时针R/S 构型确定构型确定Cabcd优先次序：优先次序：abcd63RRRR64RS(R)-IbuprofenSR65(R)-2,3-二羟基丙醛二羟基丙醛D-(+)-甘油醛甘油醛(S)-(-)-2-羟基丁二酸羟基丁二酸66在在 Fischer 式上判断式上判断 R/S 要注意最小基的方向：要注意最小基的方向：最小基处于竖向时，书面构型与实际相同。最小基处于竖向时，书面构型与实际相同。最小基处于横向时，书面构型与实际相反。最小基处于横向时，书面构型与实际相反。67SSSR68(2S,3R)-(-)-ThreonineL-(-)-苏氨酸苏氨酸(2R,3R)(2S,3R)69RSR分子的绝对构型分子的绝对构型(中心碳原子的空间分布中心碳原子的空间分布)是相同的。是相同的。而而R/S不同是因为基于次序规则。不同是因为基于次序规则。70RS反应前后，构型显然未变，即构型保持，因为没反应前后，构型显然未变，即构型保持，因为没涉及到手性碳原子上的键。但由于基团优先排列涉及到手性碳原子上的键。但由于基团优先排列次序变了，所以次序变了，所以 R-S 也随之变化。也随之变化。71四、手性与旋光性四、手性与旋光性 使偏振光的振动平面发生旋转的性质叫做旋光使偏振光的振动平面发生旋转的性质叫做旋光性，具有旋光性的物质叫做旋光性物质，也称性，具有旋光性的物质叫做旋光性物质，也称光学活性物质。光学活性物质。物质的旋光性是由于其分子的结构决定的。物质的旋光性是由于其分子的结构决定的。对映异构体的旋光度相同，方向相反，即左右旋。对映异构体的旋光度相同，方向相反，即左右旋。手性只能在手性条件下识别。手性只能在手性条件下识别。手性化合物具有旋光性。手性化合物具有旋光性。识别手性的常用方法是测定旋光。识别手性的常用方法是测定旋光。72旋光性旋光性(光学活性光学活性 Optically ActivityOptically Activity）旋光仪旋光仪(polarimeter)起偏器起偏器检偏镜检偏镜73左旋和右旋左旋和右旋右旋：使偏振光向右旋：使偏振光向顺时针顺时针方向偏转，记为方向偏转，记为(+),(d).左旋：使偏振光向左旋：使偏振光向逆时针逆时针方向偏转，记为方向偏转，记为(),(l).左旋左旋左旋左旋a a a aa a a a右旋右旋右旋右旋入射光方向入射光方向入射光方向入射光方向dextrorotatorydextrorotatory(d d)levorotatorylevorotatory(l l)对映异构体又称为旋光异构体对映异构体又称为旋光异构体(光学异构体光学异构体)。74旋光性化合物如天然酒石酸、苹果酸、乳酸、葡萄糖、果旋光性化合物如天然酒石酸、苹果酸、乳酸、葡萄糖、果糖、蔗糖、樟脑等，能使偏振光发生旋转，而水、乙醇、糖、蔗糖、樟脑等，能使偏振光发生旋转，而水、乙醇、丙酮、乙酰苯胺等对称的化合物不使偏振光发生旋转，是丙酮、乙酰苯胺等对称的化合物不使偏振光发生旋转，是非光学活性的。非光学活性的。在旋光性化合物中，有的使偏振光发生右旋，如天然在旋光性化合物中，有的使偏振光发生右旋，如天然L-酒酒石酸、石酸、D-葡萄糖等，以葡萄糖等，以(+)或或(d)表示；有的则使偏振光表示；有的则使偏振光发生左旋，如发生左旋，如D-果糖、樟脑等，以果糖、樟脑等，以(-)或或(l)表示。表示。手性化合物的旋光性是实验测定结果，与其构型没有直接手性化合物的旋光性是实验测定结果，与其构型没有直接的联系。的联系。75t :测定温度测定温度D:光波长光波长,Na D line 589 nm a atD:实验观察到的旋光度实验观察到的旋光度l :样品管长度（样品管长度（dm）c :样品浓度（样品浓度（g/cm3）旋光度旋光度比旋光度比旋光度(specific rotation)(specific rotation)旋光性物质使偏振光旋转的角度。旋光性物质使偏振光旋转的角度。=/c l 旋光度的大小可以用旋光仪来测定。旋光度的大小可以用旋光仪来测定。旋光度和比旋光度旋光度和比旋光度Optical Rotation and Specific Rotation 76式中式中 是由旋光是由旋光仪测仪测得的旋光度，注意是有方向的，即左得的旋光度，注意是有方向的，即左旋或右旋；旋或右旋；D为为所用光源的波所用光源的波长长,一般以一般以钠钠光灯作光源，其光灯作光源，其波波长长是是 589 nm；t 为测为测定定时时的温度，一般采用的温度，一般采用 20C；c 为为溶液的溶液的浓浓度，度，g/mL 即每毫升溶液中所含旋光物即每毫升溶液中所含旋光物质质的克数；的克数；l为为盛液管的盛液管的长长度，以分米（度，以分米（dm）表示。）表示。=-93.0(H2O)D-果糖果糖D-葡萄糖葡萄糖=+52.5(H2O)=+12+12 (H(H2 2O,20%)O,20%)L L-酒石酸酒石酸酒石酸酒石酸比旋光度同熔点、沸点一样，是旋光性物质的物理常数之一比旋光度同熔点、沸点一样，是旋光性物质的物理常数之一.77通过旋光度测定，可以计算比旋光度；根据比旋光度，通过旋光度测定，可以计算比旋光度；根据比旋光度，也可以计算被测物质溶液的浓度；也可以检验样品的纯也可以计算被测物质溶液的浓度；也可以检验样品的纯度，并可用于测定样品含量。度，并可用于测定样品含量。有一化合物的水溶液有一化合物的水溶液(5 g/100 mL)，用，用1 dm长的盛长的盛液管测定，其旋光度是液管测定，其旋光度是。例例 1则其比旋光度为：则其比旋光度为：因此，判断该未知物可能是因此，判断该未知物可能是(D)-果糖。果糖。例例 2 一葡萄糖水溶液，其旋光度是一葡萄糖水溶液，其旋光度是，样样品管品管长长1 dm,求其求其浓浓度度。cg/mL 78外消旋体是左旋体与右旋体的等量混合物，外消旋体是左旋体与右旋体的等量混合物，以以()表示，以前用表示，以前用(dl)。外消旋体外消旋体(racemate)：外消旋体由于左旋体与右旋体的旋光度相等，外消旋体由于左旋体与右旋体的旋光度相等，方向相反，相消而不旋光。方向相反，相消而不旋光。例如发酵得到的乳酸是左旋的，肌肉运动产生的乳酸例如发酵得到的乳酸是左旋的，肌肉运动产生的乳酸则是右旋的，而合成的乳酸却没有旋光性。这是因为则是右旋的，而合成的乳酸却没有旋光性。这是因为由合成得到的乳酸是右旋与左旋乳酸的等量混合物，由合成得到的乳酸是右旋与左旋乳酸的等量混合物，即外消旋体。即外消旋体。79外消旋体是混合物，可以分离开，此即外消旋体的拆分外消旋体是混合物，可以分离开，此即外消旋体的拆分(resolution)。(S)-(+)-乳酸乳酸(R)-(-)-乳酸乳酸-3.8+3.8+0()-乳酸乳酸pK1mp53185380互为对映镜像，但不能完全重叠的立体互为对映镜像，但不能完全重叠的立体异构体，是分子的手性导致的。异构体，是分子的手性导致的。2.4 对映异构与非对映异构对映异构与非对映异构 一、对映异构体与非对映异构体一、对映异构体与非对映异构体1、对映异构体、对映异构体81旋光：等值反向旋光：等值反向 物理性质：物理性质：mp、bp、d、nD 均同；溶解度在非均同；溶解度在非 手性溶剂中相同，在手性溶剂中不同手性溶剂中相同，在手性溶剂中不同.化学性质：相同化学性质：相同(非手性条件非手性条件),不同不同(手性条件手性条件)生理生化：不同。手性化合物两对映异构体的生理生化：不同。手性化合物两对映异构体的 生物活性、药理或生理行为不同。生物活性、药理或生理行为不同。对映异构体的特性对映异构体的特性：82(R)-(-)-Carvone(S)-(+)-Carvone留兰香味留兰香味芫荽香味芫荽香味香芹酮香芹酮Carvone83(+)-Benzopyryldiol(+)-Benzopyryldiol无致癌性无致癌性强致癌性强致癌性(R)-Asparagine(R)-Asparagine天冬酰胺，甜味天冬酰胺，甜味天冬酰胺，苦味天冬酰胺，苦味84foetal abnormalitiestranquiliserD-(-)-ChloromycetinL-(+)-Chloromycetin无抑菌作用无抑菌作用具有抑菌作用具有抑菌作用RS852.非对映异构体非对映异构体 非对映异构体是没有对映关系的立体异构体，非对映异构体是没有对映关系的立体异构体，和手性没有必然的关系。和手性没有必然的关系。非对映异构在任何情况下都有不同的理化、非对映异构在任何情况下都有不同的理化、生化等性质。生化等性质。(diastereoisomers)物理性质不同物理性质不同(熔点、沸点、溶解度等熔点、沸点、溶解度等)。旋光性可能相同也可能不同。旋光性可能相同也可能不同。化学性质相似，但反应活性不同。化学性质相似，但反应活性不同。86二、含两个手性碳的化合物二、含两个手性碳的化合物1、含两个不同手性碳的化合物、含两个不同手性碳的化合物丁醛糖是含两个不同手性碳的化合物的著名例子。丁醛糖是含两个不同手性碳的化合物的著名例子。IIIIIIIVD-(-)-赤藓糖赤藓糖L-(+)-赤藓糖赤藓糖D-(-)-苏阿糖苏阿糖L-(+)-苏阿糖苏阿糖(2R,3R)(2S,3S)(2S,3R)(2R,3S)87其中，其中，I 与与II，III与与IV是对映异构体；而是对映异构体；而I与与III或或IV，II与与III或或IV是非对映异构体。是非对映异构体。非对映异构体有不同的物理性质如熔沸点、密度、非对映异构体有不同的物理性质如熔沸点、密度、折光率、溶解度、吸附等。折光率、溶解度、吸附等。含两个不同手性碳的化合物的立体异构体：含两个不同手性碳的化合物的立体异构体：22=4 即有即有4个对映体异构体，组成两个外消旋体。个对映体异构体，组成两个外消旋体。882、含两个相同手性碳的化合物、含两个相同手性碳的化合物酒石酸是含两个相同手性碳的化合物地位著名例子。酒石酸是含两个相同手性碳的化合物地位著名例子。(2S,3S)-(-)-酒石酸酒石酸(2R,3R)-(+)-酒石酸酒石酸(2R,3S)-酒石酸酒石酸(+)-酒石酸酒石酸(-)-酒石酸酒石酸meso-酒石酸酒石酸IIIIII内消旋体内消旋体(meso)89其中，其中，I 与与II是对映体是对映体,而而I与与III、II与与III 是是非对映异构体。非对映异构体。I 与与II是光活性异构体。是光活性异构体。III虽然含两个手性碳原子，但不旋光。这种虽然含两个手性碳原子，但不旋光。这种虽然含两个或多个手性碳，但由于分子含对虽然含两个或多个手性碳，但由于分子含对称面或对称中心而对称，因而不旋光。这种称面或对称中心而对称，因而不旋光。这种即由于结构内部的对称因素而导致的不旋光即由于结构内部的对称因素而导致的不旋光体称为内消旋体体称为内消旋体(meso)。内消旋体内消旋体(meso)：90虽然含两个或多个手性碳，由于分子内部的结虽然含两个或多个手性碳，由于分子内部的结构因素构因素面或中心对称而不旋光的化合物。面或中心对称而不旋光的化合物。内消旋酒石酸内消旋酒石酸 meso具有两个手性中心的内消旋体一定是具有两个手性中心的内消旋体一定是(RS)构型。构型。外消旋体：是混合物，可拆分开成一对对映体。外消旋体：是混合物，可拆分开成一对对映体。内消旋体：是化合物，不能拆分。内消旋体：是化合物，不能拆分。酒石酸有三个立体异构体酒石酸有三个立体异构体:(+)、(-)与与(meso)酒石酸可以四种形式存在酒石酸可以四种形式存在:(+)、(-)、(meso)与与()91含两个或多个手性碳原子的化合物，不一定含两个或多个手性碳原子的化合物，不一定是手性分子。因此，不能说含手性碳原子的是手性分子。因此，不能说含手性碳原子的分子一定是手性分子，要看分子是否具有对分子一定是手性分子，要看分子是否具有对称面或对称中心。称面或对称中心。92(+)-酒石酸酒石酸(-)-酒石酸酒石酸()-酒石酸酒石酸meso-酒石酸酒石酸mpsolSol:g/100 mL H2OpK1p21+12-1200170170140206139139125:20%H2O酒石酸的部分物理性质酒石酸的部分物理性质93二、含三个手性碳的化合物二、含三个手性碳的化合物三羟基戊二酸是含三个手性碳的化合物的著名例子。三羟基戊二酸是含三个手性碳的化合物的著名例子。IIIIIIIV(2S,4S)(2R,4R)(2R,4S)(2R,4S)mp/C1271271901703s3r94其中，其中，I 与与II是对映体，是对映体，III与与IV是内消旋体。是内消旋体。I与与III或或IV，II与与III或或IV是非对映异构体。是非对映异构体。假手性碳假手性碳(Pseudochiral carbon)前手性碳前手性碳III与与IV中的中的C3是手性碳，但位于分子的对称是手性碳，但位于分子的对称面之上，称为假手性碳面之上，称为假手性碳(pseudochiral carbon).I 与与II中的中的C3不是手性碳，但是潜在的手性碳，不是手性碳，但是潜在的手性碳，(prochiral carbon)。95三、环状化合物系的立体异构三、环状化合物系的立体异构五元环系五元环系环状化合物可能同时存在顺反与对映异构。环状化合物可能同时存在顺反与对映异构。96六元环系六元环系对称的对称的偶数环系的对二取代，不论同还是异，都是面对称的。偶数环系的对二取代，不论同还是异，都是面对称的。97四、立体异构体数四、立体异构体数分子中若含分子中若含 n 个手性碳个手性碳(中心中心)，可能存在，可能存在 2 n 个立体异构体个立体异构体,并有并有 2 n-1 个外消旋体。个外消旋体。2,3,4-三羟基丁醛三羟基丁醛例：例：*4(22)*2,3,4,5,6-五羟基己醛五羟基己醛16(24)98同时含有手性碳和双键的化合物：同时含有手性碳和双键的化合物：8(22+1)蓖麻油酸蓖麻油酸 Ricinoleic acid立体异构体数立体异构体数 2n，n=手性碳数手性碳数+双键数双键数例：例：4(21+1)99菌霉素菌霉素Mycomycin菌霉素菌霉素理论上有多少立体异构体？理论上有多少立体异构体？isolated from the bacterium Nocardia acidophilus 8(23)100问题：有多少个了体异构体？问题：有多少个了体异构体？101PalytoxinSource:Palythoa toxica(coral species)海葵毒素海葵毒素102C131H227N3O53 M被誉为有机合成的珠穆朗玛峰被誉为有机合成的珠穆朗玛峰LD50=0.45 g kg-1(mouse)271=2.36 x 1021 isomers!64 chiral carbon atoms 7 isomeric C=C103结构特殊，立体异构体数可能减少结构特殊，立体异构体数可能减少:存在构造相同的手性碳存在构造相同的手性碳,即构造对称即构造对称酒石酸酒石酸例：例：其立体异构体不是其立体异构体不是 4 而是而是 3 个。个。2,3,4-三羟基戊二酸三羟基戊二酸其立体异构体不是其立体异构体不是 8 而是而是 4 个。个。104 桥环桥环例：例：(两个手性桥头原子只相当于一个手性中心两个手性桥头原子只相当于一个手性中心)手性桥环化合物的手性桥环化合物的立体异构体数小于立体异构体数小于 2n。樟脑樟脑 camphor105冰片冰片 borneol异冰片异冰片2-莰醇莰醇(龙脑龙脑)isoborneol106例：例：只有一对对映体只有一对对映体在稠环体系中，由于刚性与几何空间关系，在稠环体系中，由于刚性与几何空间关系，小环只能顺式稠合，导致立体异构体数减少。小环只能顺式稠合，导致立体异构体数减少。107外消旋体拆分是将外消旋体分离开为纯的外消旋体拆分是将外消旋体分离开为纯的右旋体与左旋体。右旋体与左旋体。五、五、外消旋体拆分外消旋体拆分(Resolution)外消旋体拆分的方法外消旋体拆分的方法 物理法物理法:机械分离法、诱导结晶分离法机械分离法、诱导结晶分离法 化学法化学法:非对映异构体法、分子识别法、动力学法非对映异构体法、分子识别法、动力学法 生物化学法生物化学法 层析法层析法:层色谱法层色谱法*108(1)物理法物理法 晶体机械分离法晶体机械分离法 仅适用于外消旋混合物且结晶良好。最著名的例仅适用于外消旋混合物且结晶良好。最著名的例子是子是L Pasteur 在在1848年完成的第一次外消旋体的年完成的第一次外消旋体的拆分拆分 酒石酸钠铵外消旋体的拆分。酒石酸钠铵外消旋体的拆分。诱导结晶分离法诱导结晶分离法 向一外消旋体过饱和溶液加入其一纯对映体向一外消旋体过饱和溶液加入其一纯对映体(左左旋体或右旋体旋体或右旋体)的晶体作为晶种以诱导此对映体的晶体作为晶种以诱导此对映体结晶析出，结晶析出，preferential seeding。109(2)化学法化学法A.非对映异构体化法非对映异构体化法 此法是将具有相同物理性质此法是将具有相同物理性质(旋光性除外旋光性除外)的一对的一对对映异构体对映异构体(外消旋体外消旋体)转化成为具有不同物理性转化成为具有不同物理性质的非对映异构体而进行分离质的非对映异构体而进行分离:a.转化为非对映异构体；转化为非对映异构体；b.分离非对映异构体并提纯；分离非对映异构体并提纯；c.恢复对映体。恢复对映体。将外消旋体将外消旋体(dl)转化成一对非对映异构体可以通过与一转化成一对非对映异构体可以通过与一手性化合物手性化合物(拆分剂拆分剂 resolving reagent,d*)反应来实现。反应来实现。110(resolving reagent)(dl)racemic modificationa pure enantiomera pure enantiomer111分离非对映异构体最常用的方法是结晶重结晶。分离非对映异构体最常用的方法是结晶重结晶。一个良好的拆分剂应符合以下条件：一个良好的拆分剂应符合以下条件：a.拆分剂必须易于和外消旋体形成非对映异构体，拆分剂必须易于和外消旋体形成非对映异构体，而且又易于恢复到原对映体。而且又易于恢复到原对映体。b.所形成的非对映异构体应结晶良好，而且在适当所形成的非对映异构体应结晶良好，而且在适当 的溶剂中有较大的溶解度差异。的溶剂中有较大的溶解度差异。c.拆分剂应是对映纯的。拆分剂应是对映纯的。外消旋酸类化合物可用碱拆分剂如马钱子碱等外消旋酸类化合物可用碱拆分剂如马钱子碱等 生物碱或生物碱或-苯乙胺等合成碱拆分。苯乙胺等合成碱拆分。外消旋碱类化合物可用酸拆分剂如酒石酸等拆分。外消旋碱类化合物可用酸拆分剂如酒石酸等拆分。112拆分剂有选择性地与外消旋体的一对映体形成分子复合物拆分剂有选择性地与外消旋体的一对映体形成分子复合物(molecular complex)，进而实现与另一对映体的分离拆分。，进而实现与另一对映体的分离拆分。这种复合物这种复合物(包合物包合物,inclusion compound)的形成是源于主的形成是源于主体与客体分子之间的体与客体分子之间的 van der Waals力、氢键等弱相互作用力、氢键等弱相互作用力，易于分解恢复，可能实现分子识别力，易于分解恢复，可能实现分子识别(molecular recognition)，在这里即是手性识别，在这里即是手性识别(chiral recognition)。l尿素尿素：具有螺旋状隧道结构：具有螺旋状隧道结构(六方晶系六方晶系)，可形成隧道包合物。可用于，可形成隧道包合物。可用于正构烃与异构烃的分离正构烃与异构烃的分离,也可用于手性识别也可用于手性识别,如如 2-氯辛烷和氯辛烷和 2-甲基癸甲基癸烷就曾用此法拆分。烷就曾用此法拆分。l环糊精环糊精(Cyclodextrin,CD)：环糊精呈右旋光性，可容纳适当的对：环糊精呈右旋光性，可容纳适当的对映体客体分子并形成包合物，可用于外消旋体拆分。映体客体分子并形成包合物，可用于外消旋体拆分。B.分子识别法分子识别法(Molecular recognition)113C.动力学拆分动力学拆分(Kinetic resolution)利用两个对映异构体与手性试剂的利用两个对映异构体与手性试剂的反应速反应速度的差异度的差异而进行的外消旋体拆分。而进行的外消旋体拆分。例如用不足量的例如用不足量的(-)-金鸡纳酸与金鸡纳酸与()-苯乙胺反应，剩下未反应的苯乙胺反应，剩下未反应的(+)-苯乙胺苯乙胺的旋光的旋光纯纯度度为为10%左右。左右。114(3)层析法层析法(Chromatography)层析法用于外消旋体拆分和对映异构体定量层析法用于外消旋体拆分和对映异构体定量对于手性合成具有重要意义。对于手性合成具有重要意义。柱层析柱层析(CC)、高压液相色谱、高压液相色谱(HPLC)115手性吸附剂如淀粉、蔗糖、乳糖、旋光的石英粉等手性吸附剂如淀粉、蔗糖、乳糖、旋光的石英粉等填柱。如以淀粉为吸附剂，水淋洗拆分消旋丙氨酸，填柱。如以淀粉为吸附剂，水淋洗拆分消旋丙氨酸，(+)-乳糖为吸附剂，石油醚淋洗拆分消旋乳糖为吸附剂，石油醚淋洗拆分消旋 Trger 碱。碱。柱层析法柱层析法(Column chromatography)非手性吸附剂如氧化铝经手性化合物处理亦可用于非手性吸附剂如氧化铝经手性化合物处理亦可用于外消旋体拆分。如以经外消旋体拆分。如以经(+)-酒石酸处理的氧化铝为酒石酸处理的氧化铝为吸附剂拆分消旋的苦杏仁酸。吸附剂拆分消旋的苦杏仁酸。116 纸层析法纸层析法(Paper chromatography)高压液相色谱高压液相色谱(High pressure liquid chromatography,HPLC)层析法层析法 固定相若是非手性的，则需先将外消旋体与光活性对映固定相若是非手性的，则需先将外消旋体与光活性对映纯试剂作用转化成非对映异构体。若固定相是手性的，纯试剂作用转化成非对映异构体。若固定相是手性的，外消旋体则可直接上柱进行拆分。外消旋体则可直接上柱进行拆分。纸层析的载体纤维素是手性的，可用于外消旋体纸层析的载体纤维素是手性的，可用于外消旋体拆分。拆分。L-氨基酸一般有较大的氨基酸一般有较大的 Rf 值。值。117(4)生物化学法生物化学法生物化学拆分法即是利用生物化学拆分法即是利用微生物微生物或或酶酶拆分拆分外消旋体，也是外消旋体，也是L.Pasteur 首先发现的。首先发现的。利用利用酵母酵母直接拆分消旋直接拆分消旋-氨基酸。氨基酸。利用酶促不对称分解制备光活性化合物。利用酶促不对称分解制备光活性化合物。118u光学纯度光学纯度(optical purity，.)op(%)=obs/max x 100%例例 1 此有此有(S)-2-丁醇，丁醇，25。已知其已知