第二章 立体化学精选文档.ppt

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1、第二章 立体化学本讲稿第一页，共八十四页 异构现象的分类异构现象的分类同分异构同分异构构造异构构造异构立体异构立体异构碳架异构碳架异构位置异构位置异构官能团异构官能团异构构象异构构象异构构型异构构型异构顺反异构顺反异构对映异构对映异构旋光异构旋光异构（互变异构）（互变异构）本讲稿第二页，共八十四页构型异构：构型异构：指分子内原子或原子团在空间固定指分子内原子或原子团在空间固定 的的排列关系。排列关系。顺反异构（几何异构）：顺反异构（几何异构）：因因键或其它因素键或其它因素旋转受旋转受阻而产生的立体异构。阻而产生的立体异构。旋光异构：旋光异构：因手性分子而产生的立体异构。因手性分子而产生的立体异

2、构。构象异构：构象异构：分子因单键分子因单键“自由自由”旋转或扭曲而产旋转或扭曲而产生的立体异构。由于单键的旋转是自由的，因此很生的立体异构。由于单键的旋转是自由的，因此很难分离出构象异构体，只能利用光谱分析、热力学难分离出构象异构体，只能利用光谱分析、热力学计算、偶极矩测量以及计算、偶极矩测量以及X-光或电子衍射证明它们的光或电子衍射证明它们的存在。存在。本讲稿第三页，共八十四页 2.1 对称性与分子结构对称性与分子结构凡分子在结构上不具有对称因素的就具有手凡分子在结构上不具有对称因素的就具有手性，它和镜象互为对映异构，具有旋光性。性，它和镜象互为对映异构，具有旋光性。对称因素有：对称面（对

3、称因素有：对称面（）、对称中心）、对称中心（i i）、对称轴（）、对称轴（CnCn）、更替对称轴（）、更替对称轴（SnSn）。）。最常见旋光活性物质是有手性碳的化合物。最常见旋光活性物质是有手性碳的化合物。对称性因素对称性因素对称分子对称分子无旋光性无旋光性本讲稿第四页，共八十四页 a carbon atom with four di-fferent groups attached to it.also called:chiral center，asymmetric center，stereocenter。手性中心手性中心wxyzC2-Butanol is an example：CHCH2 2

4、CHCH3 3CHCH3 3OHOHHHC本讲稿第五页，共八十四页 Examples of molecules with 1 stereogenic centerOH本讲稿第六页，共八十四页手性碳手性碳与手性分子二者关系与手性分子二者关系手性分子并不一定就含有手性分子并不一定就含有手性碳手性碳 右手螺旋右手螺旋 左手螺旋左手螺旋本讲稿第七页，共八十四页 对称元素对称元素1.1.对称面对称面()相对于某一平面左右对称。相对于某一平面左右对称。凡具有对称面的分子是对称分子，其实物和镜凡具有对称面的分子是对称分子，其实物和镜象能够重合，是非手性分子。象能够重合，是非手性分子。本讲稿第八页，共八十四页

5、A plane of symmetry bisects a molecule into two mirror image halves.Chlorodifluoromethane has a plane of symmetry.Plane of symmetry本讲稿第九页，共八十四页A plane of symmetry bisects a molecule into two mirror image halves.1-Bromo-1-chloro-2-fluoroethene has a planeof symmetry.Plane of symmetry本讲稿第十页，共八十四页 对称中心

6、：对称中心：P2.对称中心对称中心（i）围绕某一中心四面对称。围绕某一中心四面对称。具有对称中具有对称中心的化合物和心的化合物和它的镜象是能它的镜象是能重合的，因此重合的，因此它不具有手性。它不具有手性。本讲稿第十一页，共八十四页A point in the center of A point in the center of themolecule is a center of themolecule is a center of themolecule is a center of themolecule is a center of symmetry if a line drawn sy

7、mmetry if a line drawn symmetry if a line drawn symmetry if a line drawn from it to any element,from it to any element,from it to any element,from it to any element,when extended an equal when extended an equal when extended an equal when extended an equal distance in the opposite distance in the op

8、posite distance in the opposite distance in the opposite direction,encounters an direction,encounters an direction,encounters an direction,encounters an identical element.identical element.identical element.identical element.Center of symmetry本讲稿第十二页，共八十四页 对称中心对称中心本讲稿第十三页，共八十四页 3.对称轴对称轴（Cn）分子绕该轴旋转分子

9、绕该轴旋转360/n后，重复出现原化合物，后，重复出现原化合物，则称此轴为该分子的则称此轴为该分子的n重对称轴。重对称轴。本讲稿第十四页，共八十四页 任何分子都有任何分子都有C C1 1对称轴。下例中、还有内消旋和有光学活性的对称轴。下例中、还有内消旋和有光学活性的酒石酸都有酒石酸都有C C2 2对称轴，但也有光学活性，因此，对称轴，但也有光学活性，因此，有无对称轴不能有无对称轴不能作为判断分子有无手性的标准。作为判断分子有无手性的标准。本讲稿第十五页，共八十四页 分子沿某轴旋转分子沿某轴旋转3600/n后，再用一面垂直于该轴后，再用一面垂直于该轴的镜象将其反射，所得镜象如能与原物重合的镜象将

10、其反射，所得镜象如能与原物重合,则此轴则此轴为该分子的为该分子的n重更替对称轴。重更替对称轴。例：旋转的角度为例：旋转的角度为900(3600/4），就称为四重更替），就称为四重更替对称轴（对称轴（S4）：）：4.4.更替对称轴更替对称轴 （SnSn）具有四重更替对称轴的化具有四重更替对称轴的化合物和镜象能够重叠，因此合物和镜象能够重叠，因此不具旋光性。不具旋光性。本讲稿第十六页，共八十四页例：例：该化合物没有该化合物没有、i i，只有，只有S4S4。此螺环化合物是。此螺环化合物是非手性的，它没有对映体、无旋光性。非手性的，它没有对映体、无旋光性。本讲稿第十七页，共八十四页分子具有手性的充分和

11、必要条件：分子具有手性的充分和必要条件：无对称面无对称面；无对称中心；无对称中心i i；无四重更替对称；无四重更替对称轴轴S4S4。但有无。但有无CnCn，不能作为判断根据。，不能作为判断根据。一般情况下，四重更替对称轴往往和对称面或对称中心是一般情况下，四重更替对称轴往往和对称面或对称中心是同时存在的。而分子中无同时存在的。而分子中无、i i，只有，只有S S4 4的化合物极为少见。的化合物极为少见。因此，通常因此，通常只要一个分子既没有对称面，又没有对称中心，只要一个分子既没有对称面，又没有对称中心，就可以判断它是一个手性分子就可以判断它是一个手性分子,有旋光性。有旋光性。不对称分子不对称

12、分子：凡无：凡无CnCn，i i，SnSn诸对称因素的分子。诸对称因素的分子。非对称分子非对称分子：凡无：凡无i i，SnSn，仅有，仅有CnCn的分子。的分子。手性分子手性分子：不对称分子和非对称分子均是手性分子，有：不对称分子和非对称分子均是手性分子，有对映异构现象。对映异构现象。本讲稿第十八页，共八十四页 2.2 旋光化合物的分类旋光化合物的分类1.含手性原子的化合物含手性原子的化合物手性中心可以是手性中心可以是C C，N N，P P，S S等，如铵等，如铵,膦膦,砜等。砜等。2.不含手性原子的化合物（不含手性原子的化合物（有手性轴、手性面和有手性轴、手性面和柄型化合物）柄型化合物）丙二

13、烯型化合物丙二烯型化合物单键旋转受阻碍的联苯型化合物单键旋转受阻碍的联苯型化合物螺环类化合物螺环类化合物环外双键型环外双键型螺旋型化合物螺旋型化合物本讲稿第十九页，共八十四页 胺胺 季铵盐季铵盐 五价磷化合物五价磷化合物 锍盐锍盐 手性轴手性轴单键旋转受阻碍的单键旋转受阻碍的联苯型化合物联苯型化合物本讲稿第二十页，共八十四页2,3-戊二烯的对映异戊二烯的对映异构体构体(丙二烯型丙二烯型)手性轴手性轴本讲稿第二十一页，共八十四页柄型化合物柄型化合物单键旋转受单键旋转受阻的化阻的化合物合物本讲稿第二十二页，共八十四页螺环类化合物螺环类化合物 有手性环外双键型环外双键型 螺旋型化合物螺旋型化合物多个

14、苯环组成的螺芳烃由于多个苯环组成的螺芳烃由于环的拥挤导致环的拥挤导致A环和环和B环不环不能共平面，其中之一必然能共平面，其中之一必然向外跷起来，向外跷起来，本讲稿第二十三页，共八十四页轴手性化合物的绝对构型的判定轴手性化合物的绝对构型的判定从手性轴的一端向另一端看，视线先碰到的一对取代基规定优先从手性轴的一端向另一端看，视线先碰到的一对取代基规定优先于后看到的一对取代基。并按次序规则将这两个基团排序，如于后看到的一对取代基。并按次序规则将这两个基团排序，如a a b b；将后看到的一对取代基也按次序规则排序，如将后看到的一对取代基也按次序规则排序，如c dc d，并，并将将d d置于背后；置于

15、背后；将优先的前三个基团按将优先的前三个基团按abcabc顺序观察，如果按顺时针方向排顺序观察，如果按顺时针方向排列，则该化合物是列，则该化合物是R-R-构型；按逆时针方向排列的为构型；按逆时针方向排列的为S-S-构型。构型。本讲稿第二十四页，共八十四页 R/S R/S 构型标记构型标记 次序规则次序规则.原子序数大的基团大于原子序数小的基团。原子序数大的基团大于原子序数小的基团。.如果两个原子是同一元素的同位素，则质量数较如果两个原子是同一元素的同位素，则质量数较高的原子优先。高的原子优先。.Z E.Z E，cistranscistrans，RSRS，RRRR、SS RSSS RS、SRSR

16、。2.3 含含n22个手性碳的旋光异构个手性碳的旋光异构例：例：本讲稿第二十五页，共八十四页非对映异构体非对映异构体互为非对映异构关系的两个立体异构体互为非对映异构关系的两个立体异构体内消旋体内消旋体分子中有两个相同手性碳时，恰又存在一对称面，分子中有两个相同手性碳时，恰又存在一对称面，分子不具旋光性，则此异构体称为内消旋体。）分子不具旋光性，则此异构体称为内消旋体。）赤式和苏式构型赤式和苏式构型例：例：赤藓糖赤藓糖苏阿糖苏阿糖本讲稿第二十六页，共八十四页 HOHOCOCO2 2H HCHCH3 3H HOHOHH HRRCOCO2 2H HCHCH3 3H HH HHOHOOHOHSS对映异

17、构体对映异构体对映异构体对映异构体COCO2 2H HH HCHCH3 3HOHOH HHOHORS非对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映异构体COCO2 2H HCHCH3 3H HOHOHOHOHH HRS对映异构体对映异构体对映异构体对映异构体 a a a a=-9.5=-9.5 a a a a=+9.5=+9.5 a a a a=-17.8=-17.8 a a a a=+17.8=+17.8本讲稿第二十七页，共八十四页Three stereoisomers of 2,3-butanediolThree stereoisomers of 2,3-butanediol2 2R R,3R

18、2S,3,3S S2R R,3SchiralchiralAchiralAchiral（miso）CH3CH3OHHHHOHOHCH3CH3HHOHCH3CH3OHOHH本讲稿第二十八页，共八十四页Three stereoisomers of 2,3-butanediol2R R,3R R2S,3,3Schiralchiralchiralthese two arethese two areenantiomersenantiomers2 2R,3Sachiralachiralmeso form本讲稿第二十九页，共八十四页 when carbon chain is vertical,same(or

19、when carbon chain is vertical,same(or analogous)substituents on analogous)substituents on same sidesame sidesame sidesame side of of Fischer projectionFischer projectionFischer projectionFischer projectionCO2HCH3OHOHHHCOCO2H HCHCH3 3H HH HHOHOHOErythro(Erythro(赤式赤式)：相同基团在同一侧相同基团在同一侧本讲稿第三十页，共八十四页赤式为全

20、交叉赤式为全交叉 CO2HCH3OHOHHH本讲稿第三十一页，共八十四页 when carbon chain is vertical,same(or when carbon chain is vertical,same(or analogous)substituents on analogous)substituents on opposite sidesopposite sidesopposite sidesopposite sides of of of of Fischer projectionFischer projectionOHCO2HCH3HHHOCO2HCH3OHHHHOThre

21、o(Threo(苏式苏式)：相同基团在反侧相同基团在反侧本讲稿第三十二页，共八十四页苏式为部分交叉苏式为部分交叉=本讲稿第三十三页，共八十四页2.4 构型保持与构型反转构型保持与构型反转一一.构型保持构型保持醇与氯化亚砜在乙醚中的反应醇与氯化亚砜在乙醚中的反应 氯化亚砜在乙醚中以紧密离子对形式存在，氯化亚砜在乙醚中以紧密离子对形式存在，ClCl从有从有利的位置，即与即将离去的利的位置，即与即将离去的SOSO2 2同侧进攻中心碳原子同侧进攻中心碳原子,该机理称为该机理称为分子内亲核取代反应，分子内亲核取代反应，并以并以“SNi”表表示。示。本讲稿第三十四页，共八十四页 同一分子内，一个基团参与并

22、制约和反应中心相连同一分子内，一个基团参与并制约和反应中心相连的另一个基团所发生的反应，称为的另一个基团所发生的反应，称为邻基参与。邻基参与。邻基参入引起的构型保持邻基参入引起的构型保持 -溴丙酸负离子中心碳原子上的羧基负离子，象亲核试剂一样，从溴丙酸负离子中心碳原子上的羧基负离子，象亲核试剂一样，从离去基团离去基团BrBr的背面进攻中心碳原子，进行分子内的的背面进攻中心碳原子，进行分子内的S SN N2 2反应，第一次构反应，第一次构型转化，形成不稳定型转化，形成不稳定-内酯；由于酯环的空阻，亲核试剂只能从内酯；由于酯环的空阻，亲核试剂只能从BrBr离去离去的一侧进攻中心碳，中心碳原子的构型

23、再一次发生转化，两次构型的一侧进攻中心碳，中心碳原子的构型再一次发生转化，两次构型转化的结果，即构型保持。转化的结果，即构型保持。本讲稿第三十五页，共八十四页不涉及反应中心碳的反应不涉及反应中心碳的反应即未发生即未发生C C-C-C、C C-H-H、C C-O-O键断裂键断裂底物和产物的构型相同底物和产物的构型相同构型保持构型保持本讲稿第三十六页，共八十四页二二.构型反转构型反转SN2机理：机理：OH 从背面进攻，产物构型反转（从背面进攻，产物构型反转（Walden 转化）转化）本讲稿第三十七页，共八十四页CHCH3BrCH3(CH2)5CHCH3HO(CH2 2)5CHCH3NaOHNaOH

24、(S)-(+)-2-Bromooctane(R)-()-2-Octanol)-()-2-OctanolStereospecific Reaction本讲稿第三十八页，共八十四页nucleophile attacks carbonfrom side opposite bondto the leaving groupthree-dimensionalarrangement of bonds inproduct is opposite to that of reactantSN2S SN N2 2：构型反转：构型反转本讲稿第三十九页，共八十四页2.5 外消旋化外消旋化自动消旋化自动消旋化由于反应过程

25、中发生烯醇化的消旋化（由于反应过程中发生烯醇化的消旋化（p25例）例）SN1反应反应的的外消旋化外消旋化本讲稿第四十页，共八十四页+rearrangementsare possible.本讲稿第四十一页，共八十四页并不是完全外消旋化。并不是完全外消旋化。一种合理的解释一种合理的解释紧密离子对机理（后述）紧密离子对机理（后述）。例：（R）-（）-2溴辛烷水解外消旋物质为外消旋物质为3434 ；构型反转物质为；构型反转物质为6666 。本讲稿第四十二页，共八十四页 2.6 外消旋体的拆分外消旋体的拆分常用的拆分方法：晶体机械分离法形成和分离非对映立体异构体微生物或酶作用拆分法色谱分离法 等等本讲稿

26、第四十三页，共八十四页接种结晶拆分法（接种结晶拆分法（诱导结晶法）诱导结晶法）：原理：原理：在外消旋混合物的饱和溶液中，加入两个对映体之在外消旋混合物的饱和溶液中，加入两个对映体之一的纯晶体小心接种并适当冷却，则其中一种对映体的晶一的纯晶体小心接种并适当冷却，则其中一种对映体的晶体便会优先结晶析出。体便会优先结晶析出。例：例：DLDL氯霉素的母体氨基醇的拆分氯霉素的母体氨基醇的拆分 10g DL10g DL氨基醇和氨基醇和1g D1g D氨基醇溶解于氨基醇溶解于100ml 80100ml 800 0C C水水中，冷却至中，冷却至2020后析出后析出D D氨基醇氨基醇1.9g1.9g，然后，将母

27、液在加热，然后，将母液在加热至至8080，并加少量水让体积保持，并加少量水让体积保持100ml100ml，再溶解，再溶解2g DL2g DL氨基醇于氨基醇于其中，冷却至其中，冷却至2020C C，析出氨基醇，析出氨基醇2.1g2.1g，分批连续地溶解，分批连续地溶解DLDL氨氨基醇，可交替地分离出基醇，可交替地分离出 D D氨基醇和氨基醇和L L氨基醇。氨基醇。本讲稿第四十四页，共八十四页化学分离法化学分离法 与光活胺成盐、或与光活醇成酯使之转化为物理性质不同与光活胺成盐、或与光活醇成酯使之转化为物理性质不同的非对映异构体的非对映异构体非外消旋体非外消旋体 外消旋体外消旋体 （+）A （-）A

28、 拆分剂拆分剂本讲稿第四十五页，共八十四页关于拆分剂：关于拆分剂：拆分剂和被拆分物质须易形成，又易被分解。拆分剂和被拆分物质须易形成，又易被分解。形成的非对映异构体，至少其中之一能形成好的晶体，且两个非形成的非对映异构体，至少其中之一能形成好的晶体，且两个非对映异构体溶解度的差别大。对映异构体溶解度的差别大。拆分剂应尽量达到旋光纯态拆分剂应尽量达到旋光纯态拆分剂须是廉价或易制备的，或在拆分完成之后，能够回收。拆分剂须是廉价或易制备的，或在拆分完成之后，能够回收。外消旋酸的拆分可用旋光性的碱：如吗啡、奎宁、士的宁等。外消旋酸的拆分可用旋光性的碱：如吗啡、奎宁、士的宁等。拆分外消旋碱时，则需用具有

29、旋光性的酸：常用的是酒石酸、苹果酸拆分外消旋碱时，则需用具有旋光性的酸：常用的是酒石酸、苹果酸和樟脑和樟脑-磺酸等。磺酸等。本讲稿第四十六页，共八十四页例：外消旋例：外消旋2-2-丁醇的拆分：丁醇的拆分：本讲稿第四十七页，共八十四页例：外消旋乳酸的拆分：例：外消旋乳酸的拆分：wDL-DL-乳酸吗啡碱（摩尔比乳酸吗啡碱（摩尔比 1 1:1:1）H H2 2O O 加热，溶解，冷却加热，溶解，冷却 D-D-吗啡碱吗啡碱()-)-乳酸盐乳酸盐 L-L-吗啡碱吗啡碱（）（）-乳酸盐乳酸盐 （晶体，滤出）（晶体，滤出）（母液）（母液）1.重结晶重结晶 2.氨水氨水 氨水氨水 吗啡碱吗啡碱 D D乳酸铵乳

30、酸铵 吗啡碱吗啡碱 L L乳酸铵乳酸铵 （回收（回收）1.脱色脱色 2.CaCl2（回收）回收）D D乳酸钙乳酸钙 草酸草酸 L-L-（）（）-乳酸锌乳酸锌 D-D-（）（）-乳酸乳酸 本讲稿第四十八页，共八十四页生物化学法生物化学法原理原理:利用酶是专一的手性催化剂来使其中一个对映利用酶是专一的手性催化剂来使其中一个对映体分解另一个异构体不分解，体分解另一个异构体不分解，利用二者在溶剂中的溶利用二者在溶剂中的溶解度区别等，解度区别等，达到分离的目的达到分离的目的。本讲稿第四十九页，共八十四页例：例：（N N乙酰乙酰DLDL丙氨酸丙氨酸 ）猪肾酰化酶猪肾酰化酶I I（在母液中，用离（在母液中，

31、用离子交换法分离提纯）子交换法分离提纯）1.1.乙酸乙酯提取乙酸乙酯提取2.2.非酶促的酸水解非酶促的酸水解（D）-丙氨酸丙氨酸（L）-丙氨酸丙氨酸本讲稿第五十页，共八十四页手性色谱拆分法手性色谱拆分法柱色谱拆分法柱色谱拆分法 ：固定相：手性的吸附剂，如淀粉、乳糖粉等。固定相：手性的吸附剂，如淀粉、乳糖粉等。手性的吸附剂与被拆分的外消旋体中的其中之一被吸附得较牢固，而另一个比较松弛，手性的吸附剂与被拆分的外消旋体中的其中之一被吸附得较牢固，而另一个比较松弛，因此在洗提的过程中，后者比较容易通过吸附剂柱而先被洗脱，从而达到拆分外消旋体因此在洗提的过程中，后者比较容易通过吸附剂柱而先被洗脱，从而达

32、到拆分外消旋体的目的。的目的。纸色谱拆分法：纸色谱拆分法：纤维素具有手性的结构，因此纸色谱分离法也可以被用于外消旋体的拆分。纤维素具有手性的结构，因此纸色谱分离法也可以被用于外消旋体的拆分。气相色谱拆分法：气相色谱拆分法：和柱色谱拆分法的原理相似，其主要不同是：在气相色谱法中，用气体和柱色谱拆分法的原理相似，其主要不同是：在气相色谱法中，用气体（氢气、氦气等）作为携带体，对气化的被拆分物进行扩散和洗脱。而在（氢气、氦气等）作为携带体，对气化的被拆分物进行扩散和洗脱。而在一般的色谱法中，用液体（各种溶剂）作为被拆分物的携带体。一般的色谱法中，用液体（各种溶剂）作为被拆分物的携带体。本讲稿第五十一

33、页，共八十四页 柱柱 色色 谱谱 拆拆 分分本讲稿第五十二页，共八十四页2.7立体专一反应和立体选择反应立体专一反应和立体选择反应一一.立体专一反应立体专一反应（stereospecific reaction）构型不同的反应底物在同一反应条件中生成不同的构型不同的反应底物在同一反应条件中生成不同的立体异构产物。即每一种立体异构底物只给出相应的立体立体异构产物。即每一种立体异构底物只给出相应的立体异构产物，称为立体专一性，这种反应称为立体专一反应。异构产物，称为立体专一性，这种反应称为立体专一反应。在碳碳双键的加成、消除、亲核取代等反应中都存在。在碳碳双键的加成、消除、亲核取代等反应中都存在。本

34、讲稿第五十三页，共八十四页例例.顺顺2丁烯与溴加成得到丁烯与溴加成得到2，3二溴二溴 丁烷丁烷的一对对映体的一对对映体（苏型）（苏型）本讲稿第五十四页，共八十四页 内消旋的内消旋的1,2-1,2-二苯基二苯基-1,2-1,2-二溴丁烷脱溴化氢的产物是顺二溴丁烷脱溴化氢的产物是顺-1,2-1,2-二二苯基苯基-1-1-溴乙烯；而溴乙烯；而(+)-(+)-或（或（-）-异构体则生成反异构体则生成反-1,2-1,2-二苯基二苯基-1-1-溴乙烯：溴乙烯：本讲稿第五十五页，共八十四页 例：例：CH3CHCH2H3COCH2CH过氧酸过氧酸水解水解CH3CHCH2OHOH本讲稿第五十六页，共八十四页ep

35、oxidation from this direction gives R epoxideepoxidation from this direction gives S epoxideRS50%50%50%本讲稿第五十七页，共八十四页二二.立体选择反应立体选择反应（stereoselective reaction）一种底物在特定的反应一种底物在特定的反应中可能生成两个或两个中可能生成两个或两个以上的立体异构产物时，以上的立体异构产物时，只有其中一种立体异构只有其中一种立体异构体占优势，称为体占优势，称为立体选立体选择性择性，这种反应称为这种反应称为立立体选择反应。体选择反应。加成反应中立体化学

36、规律加成反应中立体化学规律(1)(1)顺式加成顺式加成:B:B2 2H H6 6;H;H2 2/Pd;/Pd;冷稀的冷稀的KMnOKMnO4 4;顺式烯烃顺式烯烃内消旋化合物内消旋化合物反式烯烃反式烯烃-外消旋混合物外消旋混合物(2)(2)反式加成反式加成:Br:Br2 2;HOX;HX;H;HOX;HX;H2 2SOSO4 4顺式烯烃顺式烯烃外消旋混合物外消旋混合物反式烯烃反式烯烃-内消旋化合物内消旋化合物本讲稿第五十八页，共八十四页 下列反应中，炔绝大部分是下列反应中，炔绝大部分是反式加成反式加成；酮；酮的还原醇绝大部分是的还原醇绝大部分是平伏键平伏键的羟基。的羟基。本讲稿第五十九页，共八

37、十四页2.8 潜手性分子潜手性分子潜手性碳原子潜手性碳原子 在非手性分子在非手性分子CXCX2 2YZYZ中，当其中一个中，当其中一个X X被其它原子或基团被其它原子或基团W W取代后，碳原子成为手性碳，将这种通过反应可以转变为取代后，碳原子成为手性碳，将这种通过反应可以转变为手性碳的中心称为手性碳的中心称为潜手性碳原子潜手性碳原子，分子分子CXCX2 2YZYZ为为潜手性分子。潜手性分子。本讲稿第六十页，共八十四页潜（前）手性面潜（前）手性面含含 结构的化合物，结构的化合物，双键处的碳原子是平面型具非手性。但当双键发生加双键处的碳原子是平面型具非手性。但当双键发生加成反应，碳原子由成反应，碳

38、原子由spsp2 2变成变成spsp3 3，此碳原子有可能成为手此碳原子有可能成为手性碳，因此双键处的分子平面称为潜（前）手性面。以性碳，因此双键处的分子平面称为潜（前）手性面。以乙醛分子为例：乙醛分子为例：本讲稿第六十一页，共八十四页从分子平面的前方观察乙醛分子，碳原子上连接的三个基团按顺序规从分子平面的前方观察乙醛分子，碳原子上连接的三个基团按顺序规则排列则排列（即（即OCH3H）是顺时针方向，故朝前的面称为是顺时针方向，故朝前的面称为Pro-R(Pro-R(前前R)R)面，也称面，也称“Re”“Re”面；面；从后面观察乙醛分子，则碳原子上的三个基团按顺序规则排列从后面观察乙醛分子，则碳原

39、子上的三个基团按顺序规则排列为逆时针方向，称为为逆时针方向，称为Pro-S(Pro-S(前前S)S)面，或称面，或称“Si”“Si”面。面。但这并不是说，任何基团从但这并不是说，任何基团从ReRe面进攻羰基，加成产物都是面进攻羰基，加成产物都是R R构型，构型，加成产物的构型既与亲核基团从那一面进攻有关，也与亲核基团在加成产物的构型既与亲核基团从那一面进攻有关，也与亲核基团在基团的优先顺序上的相对位置有关。基团的优先顺序上的相对位置有关。本讲稿第六十二页，共八十四页 一般基团从羰基的上下进攻机会是相等的，但在特殊条一般基团从羰基的上下进攻机会是相等的，但在特殊条件下件下,可以一种异构体为主可以

40、一种异构体为主,如酶的作用。如酶的作用。-氯代乙酰乙酸辛酯经上反应可得到氯代乙酰乙酸辛酯经上反应可得到L-L-肉碱，肉碱，它是一种健康的食品添加剂。它是一种健康的食品添加剂。本讲稿第六十三页，共八十四页2.9 不对称合成不对称合成不对称合成是这样一个过程，它将潜手性分子转化为手性不对称合成是这样一个过程，它将潜手性分子转化为手性分子，并产生不等量的立体异构产物。分子，并产生不等量的立体异构产物。一般情况下，在原非手性分子中，引入一个不对称的中心，一般情况下，在原非手性分子中，引入一个不对称的中心，如手性碳，产物总是外消旋的，例如，丙酮酸的甲酯或乙如手性碳，产物总是外消旋的，例如，丙酮酸的甲酯或

41、乙酯还原时，产物为外消旋乳酸。但是把丙酮酸用光活性的酯还原时，产物为外消旋乳酸。但是把丙酮酸用光活性的天然薄荷醇酯化，然后还原、水解把光活性的薄荷醇除去天然薄荷醇酯化，然后还原、水解把光活性的薄荷醇除去后，则产物中含有过量的左旋乳酸。后，则产物中含有过量的左旋乳酸。本讲稿第六十四页，共八十四页本讲稿第六十五页，共八十四页一个成功的不对称合成的标准之一一个成功的不对称合成的标准之一:高的对映体过量（高的对映体过量（e.e.e.e.）或）或光学纯度光学纯度光学纯度（光学纯度（optical purityoptical purity）是衡量旋光性样品中一个对映体超）是衡量旋光性样品中一个对映体超过另

42、一个对映体的量的量度。也称对映体过量百分数，用过另一个对映体的量的量度。也称对映体过量百分数，用e.e%e.e%表表示。示。（enantiomeric excess）对映体过量：在二个对映体的混合物中，一个对映体过量的百分数。对映体过量：在二个对映体的混合物中，一个对映体过量的百分数。e.e.=(e.e.=(R R-S S)/()/(R RS S)100)100R R-S-S光学纯度也可用比旋光度进行计算：光学纯度也可用比旋光度进行计算：光学纯度光学纯度 100 100本讲稿第六十六页，共八十四页本讲稿第六十七页，共八十四页例：测得样品例：测得样品S-(+)-S-(+)-丁醇的丁醇的=+6.7

43、5=+6.75（温度（温度25250 0C C，钠光源），纯品的，钠光源），纯品的+13.52+13.52，求该样品的光，求该样品的光学纯度。学纯度。解：光学纯度解：光学纯度 100 1005050 由此可知样品中含有多余由此可知样品中含有多余5050的的S-S-异构体，即样品中的异构体，即样品中的S-S-异异构体占构体占7575，R-R-异构体占异构体占2525。若一个纯的光学活性物质是若一个纯的光学活性物质是100100的一种对映异构体，那么一个的一种对映异构体，那么一个外消旋体的光学纯度则为外消旋体的光学纯度则为0 0。如某旋光性样品是由一个对映体。如某旋光性样品是由一个对映体R R 和

44、和S S -异构体组成，异构体组成，R R-异构体含量为异构体含量为2020，S S-异构体的含量为异构体的含量为8080，其光学纯度则为其光学纯度则为6060。样品中有多余。样品中有多余6060的的S S-异构体，而样品中异构体，而样品中有有4040是外消旋体。是外消旋体。本讲稿第六十八页，共八十四页2.10 构象分析构象分析内容：研究分子中优势构象以及构象对化合物的物理和化学性质的影响。分子由单键旋转所能达到的各种几何形状称为构象分子由单键旋转所能达到的各种几何形状称为构象。一般分子采取能量最低的几何形状，一般分子采取能量最低的几何形状，许许多多分分子子之之所所以以呈呈现现张张力力，是是由

45、由于于非非理理想想几几何何形形状状造造成成的的。这这种种分分子子由由于于张张力力降降低低的的稳稳定定性性称称为为张张力能。力能。张力包括角张力、范式张力、扭转张力等。张力包括角张力、范式张力、扭转张力等。一.开链体系的构象本讲稿第六十九页，共八十四页本讲稿第七十页，共八十四页 氯代正丙烷达成平衡时，邻位交叉式构象略比对位氯代正丙烷达成平衡时，邻位交叉式构象略比对位交叉式构象占优势。交叉式构象占优势。解解释释：在在邻邻位位交交叉叉式式构构象象中中，甲甲基基和和氯氯之之间间的的距距离离接接近近于于它它们们的的范范德德华华半半径径之之和和，它它们们之之间间有有着着起起稳稳定定作作用的伦敦力（即色散力

46、）。用的伦敦力（即色散力）。本讲稿第七十一页，共八十四页有些构象邻位交叉式比对位交叉式稳定可能由于有些构象邻位交叉式比对位交叉式稳定可能由于分子分子的内氢键的内氢键；但也得考虑较大取代基的空阻。；但也得考虑较大取代基的空阻。稳定性稳定性abca，b中有氢键，中有氢键，而而c无。无。b的前一个碳原子上的甲的前一个碳原子上的甲基和后一碳原子上的乙基和后一碳原子上的乙基相邻，范式斥力大，基相邻，范式斥力大，稳定性不如稳定性不如a。本讲稿第七十二页，共八十四页 但若将前化合物两个但若将前化合物两个乙基乙基换成体积较大的换成体积较大的苯基苯基，则稳定性以对位交叉式为主。则稳定性以对位交叉式为主。本讲稿第

47、七十三页，共八十四页 不饱和化合物不饱和化合物烯的烯的sp2-sp3键的键的重叠式构象占优势重叠式构象占优势是一个普遍现象，是一个普遍现象，如如1-1-丁烯：丁烯：构象构象A和和B为重叠式，为重叠式，C和和D为交叉式。重叠式构象为交叉式。重叠式构象A和和B更稳定。更稳定。B（氢重叠式）比（氢重叠式）比A（甲基重叠式）更稳定（甲基重叠式）更稳定一些。焓差大约为一些。焓差大约为0.15千卡千卡/摩尔。摩尔。本讲稿第七十四页，共八十四页在在1,3-1,3-丁二烯的构象中，两个双键是共平面的，以便使丁二烯的构象中，两个双键是共平面的，以便使电子离域时作有效的轨道重叠。电子离域时作有效的轨道重叠。1,3

48、-1,3-丁二烯的两种共平面构象称为丁二烯的两种共平面构象称为S-S-反式和反式和S-S-顺式。顺式。S-S-反式是反式是1,3-1,3-丁二烯的最稳定的构象。丁二烯的最稳定的构象。本讲稿第七十五页，共八十四页 羰基化合物的优势构象也是重叠式而不是交叉式，羰基化合物的优势构象也是重叠式而不是交叉式，羰基化合物的优势构象也是重叠式而不是交叉式，羰基化合物的优势构象也是重叠式而不是交叉式，与羰基重叠与羰基重叠的是烷基而不是氢。的是烷基而不是氢。但当取代基具有异常的空间要求时：但当取代基具有异常的空间要求时：但当取代基具有异常的空间要求时：但当取代基具有异常的空间要求时：本讲稿第七十六页，共八十四页

49、环己烷最稳定的构象是椅式，环己烷最稳定的构象是椅式，另外两个构象是扭式和船式。由于重叠式相互作用使扭式和船另外两个构象是扭式和船式。由于重叠式相互作用使扭式和船式的扭转张力增加而变得不稳定，此外，船式由于两个式的扭转张力增加而变得不稳定，此外，船式由于两个“船头船头桅杆桅杆”氢之间的范德华排斥作用而变得更加不稳定了。这两个氢之间的范德华排斥作用而变得更加不稳定了。这两个氢彼此相距约氢彼此相距约1.831.83，（比它们的范德华半径之和，（比它们的范德华半径之和2.42.4小）。小）。二二.环己烷衍生物的构象环己烷衍生物的构象 稳定性：椅式扭船式船式稳定性：椅式扭船式船式本讲稿第七十七页，共八十

50、四页环己酮衍生物的构象环己酮衍生物的构象 环己酮环己酮C(2)C(2)和和C(3)C(3)上的烷基以上的烷基以e e键稳定，可看成键稳定，可看成e e键是与羰基重叠，故相当于开链醛酮的较稳定的键是与羰基重叠，故相当于开链醛酮的较稳定的构象。构象。本讲稿第七十八页，共八十四页异头效应异头效应 当吸电子取代基（如当吸电子取代基（如 卤素、烷氧基）在吡卤素、烷氧基）在吡 喃糖的喃糖的C(1)C(1)位时，其位时，其 取代基为直立式定向取代基为直立式定向 时更稳定。这种现象时更稳定。这种现象 称为称为异头效应异头效应。随介质极性增加而减少。随介质极性增加而减少。由于平伏式异构体的偶极矩较大，它在高介电