第五章立体化学基础手性分子PPT讲稿.ppt

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1、第五章立体化学基础手性分子第1页，共34页，编辑于2022年，星期三n n 立体化学立体化学立体化学立体化学 以三维空间研究分子结构以三维空间研究分子结构以三维空间研究分子结构以三维空间研究分子结构和性质的科学和性质的科学和性质的科学和性质的科学n n 立体异构立体异构立体异构立体异构原子连接顺序相同但空间原子连接顺序相同但空间原子连接顺序相同但空间原子连接顺序相同但空间排列不同的异构体排列不同的异构体排列不同的异构体排列不同的异构体第2页，共34页，编辑于2022年，星期三连有四个不同基团的连有四个不同基团的连有四个不同基团的连有四个不同基团的碳原子碳原子碳原子碳原子手性碳手性碳手性碳手性碳

2、(chiral carbonchiral carbon)手性中心手性中心手性中心手性中心 (Chiral centerChiral center)手性碳标记手性碳标记手性碳标记手性碳标记*例：例：例：例：*第一节 手性分子和对映体第3页，共34页，编辑于2022年，星期三手性分子手性分子手性分子手性分子（chiral molecules）：）：有手有手性现象的分子性现象的分子两者不两者不两者不两者不能重合能重合能重合能重合手性分子手性分子镜像镜像转转转转 180 180o o手性手性手性手性(chirality)(chirality)：实物和实物和实物和实物和其镜像不能重叠的现象其镜像不能重叠

3、的现象其镜像不能重叠的现象其镜像不能重叠的现象 Chiral Chiral is derived from is derived from the Greek word the Greek word cheiroscheiros,meaning“meaning“handhand”.”.二、手性分子和对映体手性的唯一标准就是实物与其镜像不可重合的性质手性的唯一标准就是实物与其镜像不可重合的性质手性的唯一标准就是实物与其镜像不可重合的性质手性的唯一标准就是实物与其镜像不可重合的性质第4页，共34页，编辑于2022年，星期三l l 手性碳手性碳手性碳手性碳 手性分子的特征手性分子的特征手性分子的特征

4、手性分子的特征第5页，共34页，编辑于2022年，星期三三、对称面和非手性中心对称面的例子：A.甲烷有六个对称面（经过四面体的六条棱各有一个），图中只标出一个个；B.一氯甲烷有三个对称面，图中只标出一个；C.二氯甲烷只有两个；D.氯溴甲烷只有一个；E.氟氯溴没有对称面。手性分子不能有对称面。分子的对称性有助于识别手性与非手性结构分子的对称性有助于识别手性与非手性结构分子的对称性有助于识别手性与非手性结构分子的对称性有助于识别手性与非手性结构1.对称面第6页，共34页，编辑于2022年，星期三2.对称中心设设想想分分子子中中有有一一个个点点,从从分分子子中中任任何何一一个个原原子子出出发发,向向

5、这这个个点点作作一一直直线线,再再从从这这个个点点将将直直线线延延长长出出去去,则则在在与与该该点点前前一一线线段段等等距距离离处处,可可以以遇遇到一个到一个同样的原子同样的原子,这个点就是对称中心这个点就是对称中心.有对称中心的分子有对称中心的分子第7页，共34页，编辑于2022年，星期三第二节 费歇尔投影式Fischer投影式是一种简化了的在两维空间里描述四面体的碳原子和其取代基的方法。例：例：例：例：2 2-丁醇丁醇丁醇丁醇伞形式伞形式伞形式伞形式Fischer Fischer 投影式投影式投影式投影式虚线虚线虚线虚线-楔形线结构楔形线结构楔形线结构楔形线结构式式式式主链放在垂直方向上主

6、链放在垂直方向上,伸向后方伸向后方不是立体结构式不是立体结构式不是立体结构式不是立体结构式第8页，共34页，编辑于2022年，星期三注意事项注意事项（1）Fischer投影式只能在纸面上旋转1800，不能旋转900或2700。第9页，共34页，编辑于2022年，星期三注意事项注意事项（2）Fischer投影式不能离开纸面进行翻转。第10页，共34页，编辑于2022年，星期三注意事项注意事项（3）将手性碳原子上的一个取代基保持不变，另外三个基团按顺时针或逆时针方向旋转时，分子的构型不变。第11页，共34页，编辑于2022年，星期三注意事项注意事项（4）Fischer投影式中的手性碳原子上所连原子

7、或基团，可以两-两交换偶数次，但不能交换奇数次。否则，构型变为其对映体。第12页，共34页，编辑于2022年，星期三第三节 旋光性第13页，共34页，编辑于2022年，星期三用旋光仪测量用旋光仪测量2-溴丁烷的（溴丁烷的（-）对映体的旋光）对映体的旋光物理性质：对物理性质：对物理性质：对物理性质：对偏振光偏振光偏振光偏振光的作用不同的作用不同的作用不同的作用不同有旋光性有旋光性有旋光性有旋光性化学性质：对化学性质：对化学性质：对化学性质：对手性试剂手性试剂手性试剂手性试剂的作用不同的作用不同的作用不同的作用不同l l 手性化合物手性化合物手性化合物手性化合物对对对对偏振光偏振光偏振光偏振光的作

8、用的作用的作用的作用旋光性旋光性旋光性旋光性（或称光学活性）（或称光学活性）（或称光学活性）（或称光学活性）右旋右旋右旋右旋(dextrorotatory)(dextrorotatory)：使偏振光向：使偏振光向：使偏振光向：使偏振光向顺时针顺时针顺时针顺时针方向偏转，表示为方向偏转，表示为方向偏转，表示为方向偏转，表示为(+)(+)(+)(+)左旋左旋左旋左旋(levorotatory)(levorotatory)：使偏振光向：使偏振光向：使偏振光向：使偏振光向逆时针逆时针逆时针逆时针方向偏转，表示为方向偏转，表示为方向偏转，表示为方向偏转，表示为()()()()第14页，共34页，编辑于2

9、022年，星期三l l 手性分子旋光能力的表示方式手性分子旋光能力的表示方式手性分子旋光能力的表示方式手性分子旋光能力的表示方式 比旋光比旋光比旋光比旋光 a a a a t t t t a at =a a t l ca at :实验观察到的选光度实验观察到的选光度l:样品管长度（样品管长度（dm,分米）分米）c:样品浓度（样品浓度（g/cm3）t:测试时温度测试时温度:波长波长例：例：例：例：(R,R)(R,R)-(+)-酒石酸酒石酸酒石酸酒石酸 a a a a 2525D D =+12+12o o(水水水水,20%),20%)(钠光，钠光，钠光，钠光，D D线，线，线，线，=589nm)=

10、589nm)specific rotationspecific rotation第15页，共34页，编辑于2022年，星期三第四节 外消旋体l l外消旋体外消旋体外消旋体外消旋体等量的左旋体和右旋体的混合物等量的左旋体和右旋体的混合物等量的左旋体和右旋体的混合物等量的左旋体和右旋体的混合物 例：例：（旋光性相互抵消（旋光性相互抵消（旋光性相互抵消（旋光性相互抵消消旋）消旋）消旋）消旋）产物无旋光性产物无旋光性产物无旋光性产物无旋光性外消旋体性外消旋体性(racemic mixture)（）()-2 2-溴丁烷溴丁烷溴丁烷溴丁烷外消旋体表示方式外消旋体表示方式外消旋体表示方式外消旋体表示方式第1

11、6页，共34页，编辑于2022年，星期三一对镜像异构体中的任一个被称为对映异构体。就丁烷溴化的例子来说，得到的是1：1对映体混合物。第17页，共34页，编辑于2022年，星期三手性碳与立体异构体数目的关系：手性碳与立体异构体数目的关系：若分子有若分子有 n 个手性碳，个手性碳，理论上理论上有有 2n 个立体异构体（个立体异构体（2n/2对对 对映体。若手性碳组成相同，数目有所减少。对映体。若手性碳组成相同，数目有所减少。2,32,3-丁二醇丁二醇丁二醇丁二醇2,32,3-戊二醇戊二醇戊二醇戊二醇有有有有4 4个立体异构体个立体异构体个立体异构体个立体异构体与理论数目相同与理论数目相同与理论数目

12、相同与理论数目相同例：例：例：例：2,32,3-戊二醇的两对对映体戊二醇的两对对映体戊二醇的两对对映体戊二醇的两对对映体第18页，共34页，编辑于2022年，星期三例：例：例：例：酒石酸酒石酸酒石酸酒石酸(tartaric acid),(tartaric acid),（2,3-2,3-二羟基丁二酸）二羟基丁二酸）二羟基丁二酸）二羟基丁二酸）有有有有2 2个组成相同的手性碳个组成相同的手性碳个组成相同的手性碳个组成相同的手性碳,有有有有3 3个立体异构体个立体异构体个立体异构体个立体异构体(R,R)-酒石酸酒石酸(S,S)-酒石酸酒石酸一对对映体一对对映体一对对映体一对对映体(R,SR,S)-m

13、esomeso-酒石酸酒石酸酒石酸酒石酸l l 内消旋体内消旋体内消旋体内消旋体有手性碳，但分子有对称面有手性碳，但分子有对称面有手性碳，但分子有对称面有手性碳，但分子有对称面分子有对称面，无旋光性。分子有对称面，无旋光性。分子有对称面，无旋光性。分子有对称面，无旋光性。一个手性一个手性碳的旋光性正好被分子内另一构型相反碳的旋光性正好被分子内另一构型相反的手性碳所抵消的手性碳所抵消第五节 非对映体和内消旋化合物第19页，共34页，编辑于2022年，星期三相同相同非对映体之间性质非对映体之间性质非对映体之间性质非对映体之间性质有明显差别有明显差别有明显差别有明显差别l l酒石酸立体异构酒石酸立体

14、异构酒石酸立体异构酒石酸立体异构体性质比较体性质比较体性质比较体性质比较立体异构体之间的一般物理、化学性质比较立体异构体之间的一般物理、化学性质比较立体异构体之间的一般物理、化学性质比较立体异构体之间的一般物理、化学性质比较第20页，共34页，编辑于2022年，星期三一、一、一、一、D D/L L 构型标示法构型标示法构型标示法构型标示法（相对构型）（相对构型）（相对构型）（相对构型）基准物基准物D D-(+)-(+)-(+)-(+)-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛L L-(-)-(-)-(-)-(-)-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛D D-(+)-(+)-(+)-(+)-葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖D D-

15、(-)-(-)-(-)-(-)-乳酸乳酸乳酸乳酸L L-(+)-(+)-(+)-(+)-乳酸乳酸乳酸乳酸第六节 构型标记法第21页，共34页，编辑于2022年，星期三例：例：例：例：2-2-2-2-丁醇丁醇丁醇丁醇 选择优先顺序最选择优先顺序最小的原子或基团远小的原子或基团远离观察者，其余原离观察者，其余原子或基团依优先顺子或基团依优先顺序排列序排列(S)-2-丁醇丁醇(R)-2-丁醇丁醇有一个手性碳有一个手性碳沿沿沿沿 C-H C-H 方向方向方向方向S S型型型型（逆时针方向）（逆时针方向）（逆时针方向）（逆时针方向）R R型型型型（顺时针方向）（顺时针方向）（顺时针方向）（顺时针方向）二

16、、二、二、二、R R/S S 构型标示法构型标示法构型标示法构型标示法（绝对构型）（绝对构型）（绝对构型）（绝对构型）第22页，共34页，编辑于2022年，星期三例例:2,3-丁二醇的三个立体异构体的命名丁二醇的三个立体异构体的命名非手性分子非手性分子非手性分子非手性分子S S型型型型S S型型型型(2S,3S2S,3S)-2,3-)-2,3-丁二醇丁二醇丁二醇丁二醇第23页，共34页，编辑于2022年，星期三R R型型型型R R型型型型S S型型型型S S型型型型(2S,3R2S,3R)-2,3-)-2,3-丁二醇丁二醇丁二醇丁二醇或或或或(2R,3S2R,3S)-2,3-)-2,3-丁二醇

17、丁二醇丁二醇丁二醇(2R,3R2R,3R)-2,3-)-2,3-丁二醇丁二醇丁二醇丁二醇非手性分子非手性分子非手性分子非手性分子第24页，共34页，编辑于2022年，星期三第七节 无手性碳原子的对映体第25页，共34页，编辑于2022年，星期三例例例例:外消旋外消旋外消旋外消旋a-a-a-a-苯乙胺的化学拆分苯乙胺的化学拆分苯乙胺的化学拆分苯乙胺的化学拆分第八节 外消旋体的拆分第26页，共34页，编辑于2022年，星期三常用拆分试剂常用拆分试剂常用拆分试剂常用拆分试剂天然手性生物碱：天然手性生物碱：天然手性生物碱：天然手性生物碱：(-)-(-)-(-)-(-)-马钱子碱、马钱子碱、马钱子碱、马

18、钱子碱、(-)-(-)-(-)-(-)-奎宁、奎宁、奎宁、奎宁、(-)-(-)-(-)-(-)-番木鳖碱、番木鳖碱、番木鳖碱、番木鳖碱、(+)-(+)-(+)-(+)-辛可宁辛可宁辛可宁辛可宁手性酸：手性酸：手性酸：手性酸：酒石酸、樟脑磺酸酒石酸、樟脑磺酸酒石酸、樟脑磺酸酒石酸、樟脑磺酸第27页，共34页，编辑于2022年，星期三n n 外消旋体的拆分（外消旋体的拆分（外消旋体的拆分（外消旋体的拆分（ResolutionResolution）巴斯德，巴斯德，巴斯德，巴斯德，L.L.L.L.Louis Pasteur(18221895)1848年，年，巴斯德借巴斯德借巴斯德借巴斯德借助放大镜拆分

19、助放大镜拆分助放大镜拆分助放大镜拆分外消旋的酒石酸钠铵外消旋的酒石酸钠铵外消旋的酒石酸钠铵外消旋的酒石酸钠铵第28页，共34页，编辑于2022年，星期三HPLCHPLC用手性柱用手性柱用手性柱用手性柱GCGC用手性柱用手性柱用手性柱用手性柱仪器拆分（仪器拆分（仪器拆分（仪器拆分（GC,HPLCGC,HPLC）第29页，共34页，编辑于2022年，星期三2.2.获得手性分子的重要意义获得手性分子的重要意义获得手性分子的重要意义获得手性分子的重要意义药物与人类的关系药物与人类的关系药物与人类的关系药物与人类的关系l l构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式构成生命体系的生物大分

20、子的主要部分大多数是以一种对映体形式构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，l l生物体的酶和细胞表面受体是手性的生物体的酶和细胞表面受体是手性的生物体的酶和细胞表面受体是手性的生物体的酶和细胞表面受体是手性的,故对外消旋药物的故对外消旋药物的故对外消旋药物的故对外消旋药物的识别、消化和降解过程也是不同的。识别、消化和降解过程也是不同的。

21、识别、消化和降解过程也是不同的。识别、消化和降解过程也是不同的。1.1.手性分子的来源手性分子的来源手性分子的来源手性分子的来源l l自然界自然界自然界自然界:糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物l l外消旋体的拆分外消旋体的拆分外消旋体的拆分外消旋体的拆分l l不对称有机合成反应不对称有机合成反应不对称有机合成反应不对称有机合成反应第九节 手性分子的形成和生物作用第30页，共34页，编辑于2022年，星期三(S)(S)-天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺苦味苦味苦味苦味(R)(R

22、)-天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺甜味甜味甜味甜味麻醉剂麻醉剂麻醉剂麻醉剂致痉挛致痉挛致痉挛致痉挛巴比吐酸衍生物巴比吐酸衍生物巴比吐酸衍生物巴比吐酸衍生物第31页，共34页，编辑于2022年，星期三(R)(R)型型型型,有效，不致畸形有效，不致畸形有效，不致畸形有效，不致畸形(S)(S)型型型型，致畸形，致畸形，致畸形，致畸形Thalidomide(Thalidomide(反应停反应停反应停反应停)镇静和止吐药物镇静和止吐药物镇静和止吐药物镇静和止吐药物(-)-L L-DOPADOPA 治疗帕金森氏病治疗帕金森氏病治疗帕金森氏病治疗帕金森氏病(+)-D D-DOPADOPA在体内集聚，不能被代谢在体内集聚，不能被代谢在体内集聚，不能被代谢在体内集聚，不能被代谢第32页，共34页，编辑于2022年，星期三酶的受体点对于对映体识别的示意图酶的受体点对于对映体识别的示意图第33页，共34页，编辑于2022年，星期三小小 结结非手性分子非手性分子非手性分子非手性分子S S型型型型S S型型型型(2S,3S2S,3S)-2,3-)-2,3-丁二醇丁二醇丁二醇丁二醇第34页，共34页，编辑于2022年，星期三