药物基础有机化学立体化学精品文稿.ppt

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1、药物基础有机化学立体化学第1页，本讲稿共26页2立体化学：立体化学：研究分子空间形象及其的物理、化学性质的学科。研究分子空间形象及其的物理、化学性质的学科。碳链异构碳链异构(如如:丁烷丁烷/异丁烷异丁烷)官能团异构官能团异构(如如:醚醚/醇醇)官能团位置异构官能团位置异构(如如:辛醇辛醇/仲辛醇仲辛醇)构象构象conformational顺反异构顺反异构(烯烃、脂环烃）烯烃、脂环烃）对映异构对映异构非对映异构非对映异构构造异构构造异构constitutional构型异构构型异构configurational同分异构同分异构isomerism立体问题立体问题Stereoisomerism互变异构

2、互变异构(如如:烯醇烯醇/酮酮)第2页，本讲稿共26页36.1 对称性与手性对称性与手性6.2 对映异构体及其表达对映异构体及其表达 6.4 构型和构型和标记法标记法6.3 对映异构体与旋光性对映异构体与旋光性6.6 化学反应中的立体选择性问题化学反应中的立体选择性问题6.5 立体异构表达之间的相互转换立体异构表达之间的相互转换第3页，本讲稿共26页46.1 对称性与手性对称性与手性一、对称性分子的对称要素一、对称性分子的对称要素对称中心：各基团（原子）与之连线并延长等对称中心：各基团（原子）与之连线并延长等 距离处可遇到相同的基团（原子）距离处可遇到相同的基团（原子）对称性分子：对称性分子：

3、具备对称要素其中之一者的分子具备对称要素其中之一者的分子对称面对称面分子的所有原子共平面所形成的平面分子的所有原子共平面所形成的平面能把分子分成互为镜像的两半的平面能把分子分成互为镜像的两半的平面对称要素对称要素对称面：对称面：对称面对称面对称中心对称中心对称性分子的特点：对称性分子的特点：分子的镜像可以与实物重合分子的镜像可以与实物重合第4页，本讲稿共26页5练习练习判断下列分子是否有对称面、对称中心？若有有几个？判断下列分子是否有对称面、对称中心？若有有几个？一氯乙烯一氯乙烯 环丁烷环丁烷 甲醇甲醇 二氯环丁烷的各异构体二氯环丁烷的各异构体3个对称面个对称面5个对称面个对称面1个对称中心个

4、对称中心1个对称面个对称面2个对称面个对称面1个对称面个对称面无对称面无对称面无对称中心无对称中心2个对称面个对称面1个对称面个对称面1个对称中心个对称中心注意注意:脂环烃环脂环烃环C一般不共平面一般不共平面,但讨论立体异构时可但讨论立体异构时可 示意为共平面示意为共平面,不影响结果，不影响结果，-这一问题留待后面再详细解说这一问题留待后面再详细解说第5页，本讲稿共26页6二、对映异构体的表达二、对映异构体的表达Fischer投影式投影式规定：垂直线所连基团伸向纸后规定：垂直线所连基团伸向纸后 水平线所连基团伸向纸前水平线所连基团伸向纸前十字交叉点代表十字交叉点代表C*习惯让主链位于垂线习惯让

5、主链位于垂线Fischer投影式：投影式：用平面投影式表示用平面投影式表示C*上基团在空间的立体排列上基团在空间的立体排列楔形式楔形式Fischer投影式投影式1、具有一个手性中心的对映异构、具有一个手性中心的对映异构第6页，本讲稿共26页7R/S-构型标记法构型标记法1 1、立体观察、立体观察将将C*上的四个基团按取代基的优先排序上的四个基团按取代基的优先排序:（优先秩序由基团的原子序数决定）（优先秩序由基团的原子序数决定）将最小者将最小者置于离观察者最远处置于离观察者最远处,观察另三个基团的排列观察另三个基团的排列:顺时针排列顺时针排列 R型型逆时针排列逆时针排列 S型型RS(S)-2-丁

6、醇丁醇(R)-2-丁醇丁醇第7页，本讲稿共26页实用快速判断R，S构型方法首先观察三个大基团的排列顺序，然后根据小基团的位置判断构型8第8页，本讲稿共26页9R第9页，本讲稿共26页Fisher投影式的RS构型判断10ABCDRS第10页，本讲稿共26页11(1)不能离开纸面翻转，只能沿纸面平移或旋转不能离开纸面翻转，只能沿纸面平移或旋转180，否，否则得不到原分子模型。则得不到原分子模型。(2)Fischer式中同一式中同一C*所连基团交换偶数次得所连基团交换偶数次得原分子原分子模型，模型，交换奇数次得到其对映体。交换奇数次得到其对映体。Fischer 投影式的转变投影式的转变：沿纸面旋转沿

7、纸面旋转180 离开纸面翻转离开纸面翻转180 沿纸面旋转沿纸面旋转90 原分子原分子(基团交换基团交换2次次)对映体对映体(基团交换基团交换1次次)对映体对映体(基团交换基团交换3次次)原分子原分子用判断RS构型的方法快速判断第11页，本讲稿共26页12含手性轴的的手性化合物含手性轴的的手性化合物1.丙二烯型化合物丙二烯型化合物两双键所在平面互相垂直，无对两双键所在平面互相垂直，无对称因素，为手性分子。称因素，为手性分子。2.2.螺环化合物螺环化合物（类似于丙二烯型化合物）（类似于丙二烯型化合物）注意：注意：累积双键中两端的两个累积双键中两端的两个C中任一个中任一个 连有相同的取代基时，分子

8、无手性。连有相同的取代基时，分子无手性。两环所在平面互相垂直，两环所在平面互相垂直，a b 且且c d时为手性分子。时为手性分子。对映体对映体第12页，本讲稿共26页132、具有多个手性中心的对映异构、具有多个手性中心的对映异构含有含有n个个C*的化合物最多有的化合物最多有2n个立体异构体。个立体异构体。对映体对映体对映体对映体非对映体非对映体具有两个手性具有两个手性C的分子的分子例如：例如：2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸第13页，本讲稿共26页14注意注意:内消旋体与外消旋体均无旋光性，但它们的本质不同，内消旋体与外消旋体均无旋光性，但它们的本质不同，外消旋体是混合物，内消旋体为纯物质外

9、消旋体是混合物，内消旋体为纯物质 。1 1、外消旋体：、外消旋体：一对对映异构体二者等量混合，一对对映异构体二者等量混合，构成的无旋光性（构成的无旋光性（=0）的体系，以（的体系，以（）表示，通过一定手段可拆分二个化合物。）表示，通过一定手段可拆分二个化合物。2 2、内消旋体：、内消旋体：分子内含分子内含C*，因具有对称性因素而没有旋光性，因具有对称性因素而没有旋光性 的物质，以的物质，以“m”表示。表示。（）-甘油醛甘油醛m-酒石酸酒石酸（）-酒石酸酒石酸（分子中有（分子中有C*但分子无手性）但分子无手性）第14页，本讲稿共26页15四、外消旋体与内消旋光体四、外消旋体与内消旋光体例例:酒石

10、酸酒石酸(2,3-二羟基丁二酸二羟基丁二酸)中有中有2个个C*,应有应有4个立体异构体个立体异构体,但实验证明但实验证明 只有只有1个左旋体、个左旋体、1个右旋体、个右旋体、1个非旋光体，为什么？个非旋光体，为什么？()()()()()()与与()()互为镜像、互为对映异构体，分别为左、右旋体，互为镜像、互为对映异构体，分别为左、右旋体，可构成可构成外消旋体外消旋体；()、()是同物质，有对称面、无手性（是同物质，有对称面、无手性（=0），为），为内消旋体内消旋体；()与与()、()与与()为非对映体；为非对映体；含多个含多个C*的分子内若存在对称因素，则立体异构体的数目减少。的分子内若存在对

11、称因素，则立体异构体的数目减少。第15页，本讲稿共26页环状化合物的手性问题16构象翻转观察方向第16页，本讲稿共26页反式17第17页，本讲稿共26页环状分子平面化处理18第18页，本讲稿共26页环状分子手性中心R，S标记方法19第19页，本讲稿共26页206.3 对映异构体与旋光性对映异构体与旋光性一、旋光性一、旋光性旋光性物质：具有旋光性的物质（手性分子）旋光性物质：具有旋光性的物质（手性分子）,为左旋体或右旋体。为左旋体或右旋体。非旋光性物质：不具有旋光性的物质（非手性分子）。非旋光性物质：不具有旋光性的物质（非手性分子）。手征性分子能使偏振光振动面发生旋转的性质手征性分子能使偏振光振

12、动面发生旋转的性质二、实验依据二、实验依据普通光普通光平面偏振光平面偏振光 普通光：普通光：一种电磁波，光波有多个振动方向，但都与光的前进方向垂直。一种电磁波，光波有多个振动方向，但都与光的前进方向垂直。平面偏振光：平面偏振光：只在一个平面上振动的光（简称偏振光或偏光）。只在一个平面上振动的光（简称偏振光或偏光）。Nicol 棱镜棱镜(起偏镜起偏镜)第20页，本讲稿共26页21对观察者：对观察者：平面向右旋为右旋体，以平面向右旋为右旋体，以“d”或或“+”表示表示 平面向左旋为左旋体，以平面向左旋为左旋体，以“l”或或“-”表示表示旋光仪旋光仪(polarimeter)起偏镜起偏镜检偏镜检偏镜

13、物质为右旋体还是左旋体必须由实验确定物质为右旋体还是左旋体必须由实验确定旋光度旋光度-偏振光旋转的角度，用偏振光旋转的角度，用“”表示。表示。与与样品管长度、溶液浓度、样品管长度、溶液浓度、光源波长、测定温度、溶光源波长、测定温度、溶剂均有关。剂均有关。定义比旋光度定义比旋光度第21页，本讲稿共26页22 l:l:样品管长度样品管长度(dm)(dm):旋光度旋光度B B:质量浓度质量浓度(g/ml)(g/ml)t:t:测定温度测定温度:光源波长光源波长三、比旋光度三、比旋光度 表示物质旋光属性的物理量表示物质旋光属性的物理量说明说明:当溶剂、当溶剂、t、确定时确定时,纯物质的纯物质的为其特性参

14、数为其特性参数,可查。可查。互为对映异构体的一对物质，其互为对映异构体的一对物质，其值相等，符号相反。值相等，符号相反。已知已知、l时，可求算时，可求算B。旋光仪不能分辨旋光仪不能分辨n180的度数。的度数。30=+30还可能是还可能是+210、+390、-150、-330如何判定如何判定的实际值？的实际值？问题：问题：第22页，本讲稿共26页233 3、外消旋体的拆分、外消旋体的拆分微生物拆分法：微生物拆分法：利用某些微生物或其所产生的酶，对对映体中的利用某些微生物或其所产生的酶，对对映体中的 一种异构体有选择的分解作用。一种异构体有选择的分解作用。构成外消旋体的一对对映体除旋光方向外其它物

15、理性质均相同构成外消旋体的一对对映体除旋光方向外其它物理性质均相同用一般的物理方法（分馏、分步结晶等）不能拆分一对对映体用一般的物理方法（分馏、分步结晶等）不能拆分一对对映体拆分拆分将外消旋体分离成旋光体的过程将外消旋体分离成旋光体的过程常见拆分方法：常见拆分方法：选择吸附拆分法：选择吸附拆分法：用某种旋光性物质选择性地吸附外消旋体中的用某种旋光性物质选择性地吸附外消旋体中的 一种异构体（形成两个非对映的吸附物）。一种异构体（形成两个非对映的吸附物）。诱导结晶拆分法：诱导结晶拆分法：在外消旋体的过饱和溶液中加入一种旋光体的纯晶体在外消旋体的过饱和溶液中加入一种旋光体的纯晶体 作为晶种，在晶种的

16、诱导下该旋光体优先结晶析出。作为晶种，在晶种的诱导下该旋光体优先结晶析出。第23页，本讲稿共26页24化学拆分法：化学拆分法：将外消旋体与旋光性物质作用得到非对映体的混合物，根据将外消旋体与旋光性物质作用得到非对映体的混合物，根据 非对映体不同的物理性质用一般的分离方法将它们分离。非对映体不同的物理性质用一般的分离方法将它们分离。拆分酸时拆分酸时，常用的旋光性碱主要是生物碱，如：（，常用的旋光性碱主要是生物碱，如：（-）-奎宁、奎宁、（-）-马钱子碱、（马钱子碱、（-）-番木鳖碱；番木鳖碱；拆分碱时拆分碱时，常用的旋光性酸是酒石酸、樟脑，常用的旋光性酸是酒石酸、樟脑-磺酸等。磺酸等。例如例如:拆分酸的步骤可用下列通式表示拆分酸的步骤可用下列通式表示第24页，本讲稿共26页有机反应中的立体化学问题251，亲核取代-SN1，SN2SN1SN2第25页，本讲稿共26页互为镜像对称结构两个进攻方向产物不样！第26页，本讲稿共26页