有机化学第06章对映异构.pptx

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1、本章提纲本章提纲立体化学、立体异构体的定义和分类立体化学、立体异构体的定义和分类旋光性和手性旋光性和手性分子的手性和对称性分子的手性和对称性含手性碳原子的手性分子含手性碳原子的手性分子消旋体、拆分和不对称合成消旋体、拆分和不对称合成第1页/共113页 立体异构体的定义：分子中的原子或原子团互相连接的次立体异构体的定义：分子中的原子或原子团互相连接的次序相同，但在空间的序相同，但在空间的排列方向不同排列方向不同而引起的异构体。而引起的异构体。立立体体化化学学是是有有机机化化学学的的重重要要组组成成部部分分.它它的的主主要要内内容容是是研研究究有有机机化化合合物物分分子子的的三三维空间结构维空间结

2、构(立体结构立体结构),),及其对化合物的物理性质和化学反应的影响及其对化合物的物理性质和化学反应的影响.立体化学、立体异构体的定义和分类立体化学、立体异构体的定义和分类几何异构体几何异构体旋光异构体旋光异构体立体异构体立体异构体stereomers构型异构体构型异构体configurational构象异构体构象异构体conformational 分分类类 第2页/共113页第3页/共113页由双键引起的顺反异构由双键引起的顺反异构第4页/共113页环引起的顺反异构环引起的顺反异构第5页/共113页 构构 造造 异异 构构、构构 型型 异异 构构和和 构构 象象 异异 构构 是是不不 同同 层

3、层 次次上上的的异异构构。其其中中构构造造异异构构属属于于较较低低层层次次的的异异构构形形式式，其其次次为为构构型型异异构构，而而构构象象异异构构是是较较高高层层次次的的异异构构形形式式。其其中中低低层层次次异异构构形形式式通通常常包包含含较较高高层层次次的的异异构构形形式式。对映异构体对映异构体 enantiomerism 第6页/共113页旋光性和手性旋光性和手性1 1 旋光性旋光性 (optical activityoptical activity)偏振光偏振光 （Plane-polarized lightPlane-polarized light）普通光通过普通光通过尼科尔尼科尔棱镜形

4、成的只在一个方向上传播的平面光棱镜形成的只在一个方向上传播的平面光第7页/共113页旋光物质：具有光学活性旋光物质：具有光学活性(旋光性旋光性)的物质。的物质。2.2.旋光性（光学活性旋光性（光学活性 optical activity）物质能使偏振光发生偏转的性质物质能使偏振光发生偏转的性质 第8页/共113页3.3.旋光仪旋光仪 polarmeter：定量测量液体或溶液的旋光程度的仪器定量测量液体或溶液的旋光程度的仪器第9页/共113页4.4.旋光度（旋光度（observed rotation）旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，用用“”表示表示左

5、旋：使偏振光平面向左旋称左旋，用左旋：使偏振光平面向左旋称左旋，用 “l l”或或“”右旋：使偏振光平右旋：使偏振光平面向右旋称右旋，用面向右旋称右旋，用“d d”“”“”影响旋光度的因素影响旋光度的因素:(a)(a)被测物质被测物质;(b);(b)溶液的浓度溶液的浓度;(c);(c)盛液管长度盛液管长度;(d)(d)测定温度测定温度;(e);(e)所用光的波长所用光的波长对对映映体体是是一一对对相相互互对对映映的的手手性性分分子子,它它们们都都有有旋旋光光性性,两两者者的的旋旋光光方方向向相相反反,但但旋光能力是相同的旋光能力是相同的.第10页/共113页5.5.比旋光度比旋光度 （spec

6、ific rotation）在一定温度和波长条件下，样品管长度为在一定温度和波长条件下，样品管长度为1dm,样品浓度为样品浓度为1gml-1时测得的旋光度。时测得的旋光度。比旋光度只决定于物质的结构比旋光度只决定于物质的结构.各种化合物的各种化合物的比旋光度是它们各自特有的物理常数比旋光度是它们各自特有的物理常数.D-钠光源，波长为钠光源，波长为589nmT-测定温度，单位为测定温度，单位为-实测的旋光度实测的旋光度l-样品池的长度，单位为样品池的长度，单位为dmc-为样品的浓度，单位为为样品的浓度，单位为gml-1第11页/共113页对映体和手性对映体和手性Louis Pasteur(182

7、2-1895.9.25)法国微生物学家、化学家，近代微生物学的奠基人。1848年得到的酒石酸盐晶体第12页/共113页生活中的生活中的对映体对映体 镜象镜象井冈山风景桂林风情左右手互为镜象左右手互为镜象第13页/共113页在立体化学中在立体化学中,不能与镜象叠合的分子叫不能与镜象叠合的分子叫手性分子手性分子,而能叠合的叫而能叠合的叫非手非手性分子性分子.镜象与手性的概念镜象与手性的概念 一个物体若与自身镜象不能叠合一个物体若与自身镜象不能叠合,叫具有叫具有手性手性.左手和右手不能叠合左手和右手不能叠合 左右手互为镜象左右手互为镜象在有机化学中在有机化学中,凡是手性分子都具有旋光性凡是手性分子都

8、具有旋光性(有些手有些手性分子旋光度很小性分子旋光度很小););而非手性分子则没有旋光性而非手性分子则没有旋光性.第14页/共113页不对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子:(asymmetric carbon atom)与与四个互不相同四个互不相同的基的基团相连的碳原子叫不团相连的碳原子叫不对称碳原子对称碳原子.不对称碳原子是一种手性中心不对称碳原子是一种手性中心,但手性中心不一定是不对称碳原子但手性中心不一定是不对称碳原子.有不对称碳的分子不一定是手性分子有不对称碳的分子不一定是手性分子.C*C*第15页/共113页 饱和碳原子具有四面体结构饱和碳原子具有四面体结构.(sp3杂化

9、杂化)例例:乳酸乳酸(2-羟基丙酸羟基丙酸CH3-CHOH-COOH)的立体结构：的立体结构：乳酸的分子模型图乳酸的分子模型图两个乳酸模型不能叠合两个乳酸模型不能叠合 乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样,它们不能相互叠合它们不能相互叠合,但却互为但却互为镜镜象象.第16页/共113页1 1 对称性和对称元素对称性和对称元素分子的手性与对称性因素分子的手性与对称性因素第17页/共113页设设想想分分子子中中有有一一条条直直线线,当当分分子子以以此此直直线线为为轴轴旋旋转转360360/n/n后后,(n=,(n=正正整整数数),),得得到到的的分分子子与与原原

10、来来的分子相同的分子相同,这条直线就是这条直线就是n n重对称轴重对称轴.有有2 2重对称轴的重对称轴的(2-(2-丁烯丁烯)1 对称轴对称轴(旋转轴旋转轴)Cn线型分子有线型分子有CC对称轴对称轴第18页/共113页找出下列化合物的对称轴找出下列化合物的对称轴.第19页/共113页设设想想分分子子中中有有一一平平面面,它它可可以以把把分分子子分分成成互互为镜象的两半为镜象的两半,这个平面就是对称面这个平面就是对称面.如如:2 2 对称面对称面(镜面镜面)不在对称面上的原子数一定为偶数。不在对称面上的原子数一定为偶数。第20页/共113页下列化合物有几个对称面下列化合物有几个对称面?第21页/

11、共113页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,可可以以遇遇到到一一个个同同样样的的原原子子,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3 对称中心对称中心 i第22页/共113页找出下列化合物的对称中心找出下列化合物的对称中心第23页/共113页设设想想分分子子中中有有一一条条直直线线,当当分分子子以以此此直直线线为为轴轴旋旋转转360/n后后,再再用用一一个个与与此此直直线线垂

12、垂直直的的平平面面进进行行反反映映(即即作作出出镜镜象象),如如果果得得到到的的镜镜象象与与原原来来的的分分子子完完全全相相同同,这条直线就是交替对称轴这条直线就是交替对称轴.4 交替对称轴交替对称轴(旋转反映轴旋转反映轴Sn)Cn+有有4 4重交替对称轴的分子重交替对称轴的分子第24页/共113页5 5 甲烷及其衍生物的对称性甲烷及其衍生物的对称性4个C33个C26个 第25页/共113页甲烷衍生物的对称性甲烷衍生物的对称性C(aaab)型型1C3+3 C(aabb)型型1C2+2 C(aabc)型型1 C(abcd)型型无对称因素无对称因素第26页/共113页A:A:非手性分子非手性分子凡

13、具有凡具有对称面、对称中心对称面、对称中心或或交替交替对称轴的分子对称轴的分子.B:B:手手性性分分子子既既没没有有对对称称面面,又又没没有有对对称称中中心心,也也没没有有4 4重重交交替替对对称称轴轴的的分分子子,都都不不能能与与其其镜镜象象叠叠合合,都都是是手手性分子性分子.C:C:对称轴对称轴的有无对分子是否具有手性没有决定作用的有无对分子是否具有手性没有决定作用.在在有有机机化化学学中中,绝绝大大多多数数非非手手性性分分子子都都具具有有对对称称面面或或对对称称中中心心,或或者同时还具有者同时还具有4 4重对称轴重对称轴.没没有有对对称称面面或或对对称称中中心心,只只有有4 4重重交交替

14、替对对称称轴轴的的非非手手性性分分子子是是个个别别的的.判别手性分子的依据判别手性分子的依据第27页/共113页含手性碳原子的手性分子含手性碳原子的手性分子含一个手性碳原子的化合物含一个手性碳原子的化合物含两个或多个不对称碳原子的化合物含两个或多个不对称碳原子的化合物含两个或多个相同（相象）手性碳原子的化合物含两个或多个相同（相象）手性碳原子的化合物含手性碳原子的单环化合物含手性碳原子的单环化合物第28页/共113页含一个手性碳原子的化合物含一个手性碳原子的化合物1.1.手性碳原子手性碳原子:与四个互不相同一价基团与四个互不相同一价基团(chiral chiral carbon atomcar

15、bon atom)连接的碳原子连接的碳原子C*C*第29页/共113页具有镜像与实物关系的一对旋光异构体。具有镜像与实物关系的一对旋光异构体。2.2.对映异构体对映异构体 (S S)-(+)-)-(+)-乳酸乳酸 (R R)-(-)-)-(-)-乳酸乳酸 ()-)-乳酸乳酸 mp 53mp 53o oC mp 53C mp 53o oC mp 18C mp 18o oC C D D=+3.82 =+3.82 D D=-3.82 =-3.82 D D=0=0 p pK Ka=3.79(25a=3.79(25o oC)pC)pK Ka=3.83(25a=3.83(25o oC)pC)pK Ka=3

16、.86(25a=3.86(25o oC)C)151515外消旋乳酸第30页/共113页特特 点点 结构：镜影与实物关系结构：镜影与实物关系内能：内能相同。内能：内能相同。物理性质和化学性质在非手性环境中相同，在手性环境中有区别。物理性质和化学性质在非手性环境中相同，在手性环境中有区别。旋光能力相同，旋光方向相反。旋光能力相同，旋光方向相反。对映体的生理性质不同。对映体的生理性质不同。第31页/共113页 外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光必然外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光必然为零。为零。外消旋外消旋体体一对一对对映体对映体等量混合，得到外消旋体。等量混合，得到外消旋体。第32页/共

17、113页立体结构立体结构锲形式锲形式投影式投影式Fischer投影式投影式4.4.对映体的表达式对映体的表达式 透视式和透视式和 FischerFischer投影式投影式第33页/共113页两个竖立的键两个竖立的键向纸面背后伸去的键向纸面背后伸去的键;两个横在两边的键两个横在两边的键向纸面前方伸出的键向纸面前方伸出的键.书写费歇尔投影式的规则书写费歇尔投影式的规则第34页/共113页 注意事项：注意事项：不能不能在纸面上在纸面上旋转旋转9090o o,或或9090o o的奇数倍的奇数倍.不能不能离开纸面离开纸面翻转翻转180180o o（不能翻身不能翻身）基团基团两两交换两两交换次数不能为奇数

18、次，但可以是次数不能为奇数次，但可以是偶数次偶数次。保持一个基团不变，顺时针或逆时针保持一个基团不变，顺时针或逆时针交换三个基团交换三个基团构构 型不变型不变第35页/共113页对映体的命名对映体的命名 RSRS命名原则命名原则（1）按次序规则排出各取代基的顺序）按次序规则排出各取代基的顺序ABCDa.原子序数大小规则原子序数大小规则序数大的原子优先序数大的原子优先b.同位素规则同位素规则原子量大优先原子量大优先c.外推规则外推规则层层外推，先比较最大的层层外推，先比较最大的d.相当规则相当规则重键看作多个单键如：重键看作多个单键如：C=C2 等等（2）方向盘法）方向盘法 最小基团最小基团D放

19、在操作杆上，放在操作杆上，从从D的对面看，顺时针为的对面看，顺时针为R,反时针为反时针为S.第36页/共113页第37页/共113页 R-S标记法标记法RS顺时针顺时针反时针反时针基团次序为：基团次序为：abcd第38页/共113页（3）三角形法）三角形法 按大小顺序画三角按大小顺序画三角 形，形，最小基团在竖线上，顺最小基团在竖线上，顺R反反S 最小基团在横线上，顺最小基团在横线上，顺S反反R 第39页/共113页(右旋右旋):S-(+)-乳酸乳酸(左旋左旋):R-(-)-乳酸乳酸例如：乳酸手性碳原子的四个基团排队：例如：乳酸手性碳原子的四个基团排队：OH COOH CH3 H.因此乳酸的两

20、种构型可分别如下识别和标记：因此乳酸的两种构型可分别如下识别和标记：R、S只表示构型，而不表示旋光方向。只表示构型，而不表示旋光方向。旋光方向以旋光方向以“+”(右旋右旋)、“-”(左旋左旋)表示。表示。第40页/共113页判断下列化合物的构型是判断下列化合物的构型是R还是还是S.第41页/共113页D D-(+)-(+)-甘油醛甘油醛L L-(-)-(-)-甘油醛甘油醛D D-(-)-(-)-乳酸乳酸相对构型（相对构型（D,LD,L标记法）和绝对标记法）和绝对构型（法）构型（法）绝绝对对构构型型能能真实真实代表某一光活代表某一光活性化合物的构型（性化合物的构型（R R、S S）与与假定的假定

21、的D D、L L甘油醛相关甘油醛相关联而确定的构型。联而确定的构型。相相对对构构型型H O以甘油醛这种人为的构型为标准，以甘油醛这种人为的构型为标准，再确定其他化合物的相对构型再确定其他化合物的相对构型关联比较法。关联比较法。第42页/共113页潜非对称性和潜不对称碳原子潜非对称性和潜不对称碳原子如果一个对称分子经一个基团被取代后失去了其对称性，而变成了一个如果一个对称分子经一个基团被取代后失去了其对称性，而变成了一个非对称分子，那么原来的对称分子称为非对称分子，那么原来的对称分子称为“潜非对称分子潜非对称分子”，或称为，或称为“原原手性分子手性分子”。而分子所具有的这种性质称为。而分子所具有

22、的这种性质称为“潜非对称性潜非对称性”或或“原手性原手性”，而发生变化的碳原子称为，而发生变化的碳原子称为“潜不对称碳原子潜不对称碳原子”或或“原手性碳原子原手性碳原子”。第43页/共113页被OH取代orS-(+)-乳酸R-(-)-乳酸潜不对称碳原子（原手性碳原子）潜非对称分子（原手性分子）第44页/共113页含两个或多个不对称碳原子的手性分子含两个或多个不对称碳原子的手性分子（1 1）旋光异构体的数目）旋光异构体的数目 （2 2）非对映异构体）非对映异构体 （3 3）赤式和苏式）赤式和苏式 第45页/共113页2nn个个C*16D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-D+D-D+D

23、-四个四个C*8C+C-C+C-C+C-C+C-三个三个C*4B+B-B+B-两个两个C*2A-A+一个一个C*(1)旋光异构体的数目旋光异构体的数目例如例如:一个一个C*二个二个C*三个三个C*RSRRSS RSSRRRRSSS RRSSRRRSRSRS RSSRRS第46页/共113页第47页/共113页(i)(i)(ii)(ii)(iii)(iii)(iv)(iv)(2(2R R,3,3R R)-(-)-(-)-赤藓糖赤藓糖(2(2S S,3,3S S)-)-(+)(+)-赤藓糖赤藓糖(2(2S S,3,3R R)-(+)-(+)-苏阿糖苏阿糖(2(2R R,3,3S S)-(-)-(-

24、)-苏阿糖苏阿糖HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO2,3,4-三羟基丁醛三羟基丁醛(i)(ii)(i)(ii)对映体，对映体，(iii)(iv)(iii)(iv)对映体。对映体。(i)(iii),(i)(iv),(ii)(iii),(ii)(iv)(i)(iii),(i)(iv),(ii)(iii),(ii)(iv)为非对映体。为非对映体。第48页/共113页不呈镜影关系的不呈镜影关系的旋光异构体旋光异构体为为非对映异构体非对映异构体。非对映体具有不同的旋光。非对映体具有不同的旋光能力，不同的物理性质和不同的化学性质。能力，不同的物理性质和不同的化学性质。含两个不对称碳的分子，若在

25、含两个不对称碳的分子，若在FischerFischer投影式中，两个投影式中，两个H H在同一侧，称为在同一侧，称为赤式赤式，在不同侧，称为，在不同侧，称为苏式苏式。（3 3）赤式和苏式）赤式和苏式（2 2）非对映体）非对映体第49页/共113页内消旋体内消旋体分子内含有平面对称性因素的没有旋光性的立体异构体称为内消旋分子内含有平面对称性因素的没有旋光性的立体异构体称为内消旋体。是非手性分子。体。是非手性分子。含两个或多个相同（相象）手性碳原子的化合物含两个或多个相同（相象）手性碳原子的化合物第50页/共113页 mp D(水)溶解度(g/100ml)pKa1 pKa(+)-酒石酸 170oc

26、 +12.0 139 2.98 4.23(-)-酒石酸 170oc -12.0 139 2.98 4.23()-酒石酸(dl)206oc 0 20.6 2.96 4.24meso-酒石酸 140oc 0 125 3.11 4.80(I)(I)(2)(3)(+)-酒石酸(-)-酒石酸(R)(R)(R)(R)(S)(S)(S)(S)酒石酸的情况分析酒石酸的情况分析第51页/共113页 化合物的化合物的旋光性旋光性与熔点、沸点一样，是许多分子所组成与熔点、沸点一样，是许多分子所组成 的集体的集体性质。性质。只要分子中只要分子中任何一种构象有对称面或对称中心任何一种构象有对称面或对称中心，其他有手性的

27、构象，其他有手性的构象都会成对地出现。由于有手性的构象对旋光的影响相互抵消，所以分子没都会成对地出现。由于有手性的构象对旋光的影响相互抵消，所以分子没有旋光性。有旋光性。内消旋酒石酸的对称性分析内消旋酒石酸的对称性分析旋光性与构象旋光性与构象第52页/共113页 差差向向异异构构体体在在立立体体化化学学中中，含含有有多多个个手手性性碳碳原原子子的的立立体体异异构构体体中中，只只有有一一个个手手性性碳碳原原子子的的构构型型不不相相同同，其其余的构型都相同的非对映体，又叫差向异构体。余的构型都相同的非对映体，又叫差向异构体。例例：内内消消旋旋酒酒石石酸酸与与有有旋旋光光性性的的酒酒石石酸酸只只有有

28、一一个个碳碳原原子子的的构型相同，所以它们是差向异构体：构型相同，所以它们是差向异构体：I II III IV (2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)内消旋第53页/共113页有内消旋体时旋光异构体的计算有内消旋体时旋光异构体的计算研究表明：一个含有研究表明：一个含有n n个不对称碳原子的直链化合物，个不对称碳原子的直链化合物，如果它有可能出现内消如果它有可能出现内消旋型的旋光异构体，那么它的旋光异构体的数目将少于旋型的旋光异构体，那么它的旋光异构体的数目将少于2 2n n个。个。如果如果n n为偶数，为偶数，将可能存在将可能存在2 2n-1n-1个旋光异构体和个旋光异构体和

29、 个内消旋型的异构体。如果个内消旋型的异构体。如果n n为奇数，则为奇数，则可以存在总共个可以存在总共个2 2n-1n-1立体异构体，其中立体异构体，其中 个为内消旋型异构体。个为内消旋型异构体。第54页/共113页含手性碳原子的单环化合物含手性碳原子的单环化合物 判别单环化合物旋光性的方法判别单环化合物旋光性的方法实验证明：单环化合物有否旋光性可以通过其实验证明：单环化合物有否旋光性可以通过其平面式的平面式的对称性对称性来判别，凡是有对称中心和对称平面的单环化合物无来判别，凡是有对称中心和对称平面的单环化合物无旋光性，反之则有旋光性。旋光性，反之则有旋光性。无旋光（对称面）无旋光（对称面）有

30、旋光有旋光顺式和反式互为非对映异构体顺式和反式互为非对映异构体第55页/共113页无旋光（对称面）有旋光无旋光（对称面）有旋光1 1 奇数环奇数环第56页/共113页当当ABAB不同时，顺式和反式都有手性。不同时，顺式和反式都有手性。第57页/共113页无旋光（对称中心）无旋光（对称中心）有旋光有旋光无旋光无旋光(对称面对称面)无旋光（对称面）无旋光（对称面）2 2 偶数环偶数环第58页/共113页思考：当思考：当ABAB相同和不同时有什么区别？相同和不同时有什么区别？第59页/共113页H HC C H H 3 3H HC C H H 3 3112233445566H HC C H H 3

31、3C C H H 3 3H HH HC C H H3 3H HC C H H3 311233445566H HC C H H3 3C C H H3 311233445566H HH HC C H H 3 3C C H H 3 3112233445566H HC C H H 3 3C C H H3 3C C H H3 3C C H H 3 3顺 式 ：反 式 ：a a、e e 键a a、e e 键a a、a a 键e e、e e 键第60页/共113页取代环己烷旋光性的情况分取代环己烷旋光性的情况分析析例一：顺例一：顺-1,2-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷旋转120o(1)(2)(1)(1)

32、的构象转换体的构象转换体(1)(1)和和(2)(2)既是既是构象转换体，构象转换体，又是对映体。又是对映体。能量相等，所能量相等，所以构象分布为以构象分布为(1):(2)=1:1(1):(2)=1:1。结论：用平面式分析，化合物是内消旋体。结论：用平面式分析，化合物是内消旋体。用构象式分析，化合物是外消旋体。用构象式分析，化合物是外消旋体。是非手性分子。是非手性分子。第61页/共113页S SS S结论：用平面式分析，结论：用平面式分析，(1(1R R,2,2R R)-1,2-)-1,2-二甲基环己烷或二甲基环己烷或(1(1S S,2,2S S)-1,2-)-1,2-二甲基二甲基 环己烷是一种

33、有旋光的化合物。环己烷是一种有旋光的化合物。用构象式分析，用构象式分析，(1(1R R,2,2R R)-1,2-)-1,2-二甲基环己烷或二甲基环己烷或(1(1S S,2,2S S)-1,2-)-1,2-二甲基二甲基 环己烷是无数种有旋光的构象式环己烷是无数种有旋光的构象式 组合而成的混合物。组合而成的混合物。例三例三:（1 1S S，2 2S S）反）反-1,2-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷例二：（例二：（1 1R R，2 2R R）反）反-1,2-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷R RR R第62页/共113页不含手性碳原子的手性分子不含手性碳原子的手性分子1.1.有有手性中心手性中心

34、的旋光异构体的旋光异构体2.2.有有手性轴手性轴的旋光异构体的旋光异构体3.3.有有手性面手性面的旋光异构体的旋光异构体第63页/共113页1.1.有手性中心的旋光异构体有手性中心的旋光异构体一对对映体已拆分C6H5H3CNCH2C6H5C H2CHCH2+未拆分出光活异构体（未共用电子对起不到一个 键的作用。）除除C C外，外，N N、S S、P P、As As 等也能作等也能作 手性中心手性中心第64页/共113页2.2.有手性轴的旋光异构体有手性轴的旋光异构体（1 1）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体（2 2）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体（3 3）把手化合物）把手化合

35、物第65页/共113页（1 1）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体（A A）两个双键相连）两个双键相连Vont Hoff（荷兰）（荷兰）Bel（法）（法）（1901年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）实例：实例：a=苯基，苯基，b=萘基，萘基，1935年拆分。年拆分。第66页/共113页（B）一个双键与一个环相连（）一个双键与一个环相连（1909年拆分）年拆分）（C C）螺环形）螺环形 D=81.4o (乙醇)25第67页/共113页C C原子与原子与X X1 1（或（或X X3 3）的中心距离和）的中心距离和C C原子原子与与X X2 2（或（或X X4 4）的中心距离之和超过）的中心距离之和超

36、过290pm290pm，那么在室温（，那么在室温（2525o oC C）以下，这）以下，这个化合物就有可能拆分成旋光异构体。个化合物就有可能拆分成旋光异构体。（2 2）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体第68页/共113页n=8n=8，可析解，光活体稳定。，可析解，光活体稳定。n=9n=9，可析解，可析解，95.5 95.5o oC C时，半衰期为时，半衰期为444444分。分。n=10n=10，不可析解。，不可析解。（3 3）把手化合物）把手化合物第69页/共113页蒄（无手性）六螺并苯（有手性）3.3.有手性面的旋光异构体有手性面的旋光异构体第70页/共113页第71页/共113页消旋

37、、拆分和不对称合成消旋、拆分和不对称合成外消旋化外消旋化 外消旋体的拆分外消旋体的拆分 不对称合成不对称合成第72页/共113页消旋化消旋化 一个纯的光活性物质，如果体系中的一半量发生构型转化，就一个纯的光活性物质，如果体系中的一半量发生构型转化，就得外消旋体，这种由得外消旋体，这种由纯的光活性物质纯的光活性物质转变为转变为外消旋体外消旋体的过程称为的过程称为外消旋外消旋化化。如果构型转化未达到半量，。如果构型转化未达到半量，就叫就叫部分外消旋化。部分外消旋化。D-(-)-乳酸L-(+)-乳酸经烯醇化发生经烯醇化发生外消旋化。外消旋化。含手性碳含手性碳的化合物，若手的化合物，若手性碳上的氢在酸

38、性碳上的氢在酸或碱的催化作用或碱的催化作用下，易发生烯醇下，易发生烯醇化，在烯醇化的化，在烯醇化的过程中常会发生过程中常会发生外消旋化。外消旋化。第73页/共113页D-(-)-D-(-)-麻黄素有生麻黄素有生理活性，易结晶理活性，易结晶L-(+)-假麻黄素生理活性只有麻黄素的1/5。碳正离子经形成正碳离子、负碳离子、经形成正碳离子、负碳离子、自由基等中间体发生外消旋化。自由基等中间体发生外消旋化。含有手性碳原子的化合物，若含有手性碳原子的化合物，若手性碳很容易形成正碳离子、负碳手性碳很容易形成正碳离子、负碳离子、自由基等中间体时，常会发离子、自由基等中间体时，常会发生外消旋化。生外消旋化。第

39、74页/共113页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，巴斯德巴斯德巴斯德巴斯德借助放大镜拆分借助放大镜拆分借助放大镜拆分借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75页/共113页l l仪器拆分（仪器拆分（仪器拆分（仪器拆分（GC,HPLCGC,HPLC）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第76页/共113页外

40、消旋的拆外消旋的拆分分 外外消消旋旋体体是是由由一一对对对对映映体体等等量量混混合合而而成成，对对映映体体除除旋旋光光方方向向外外，其其它它物物理理性性质均相同。质均相同。用用一一般般的的物物理理方方法法（分分馏馏、分分步步结结晶晶等等）不不能能把把一一对对对对映映体体分分离离开开来来。必必须须用特殊方法。用特殊方法。拆分拆分将外消旋体分离成旋光体的过程叫将外消旋体分离成旋光体的过程叫“拆分拆分”。拆分的方法一般有以下几种：拆分的方法一般有以下几种：（1 1）机机械械拆拆分分法法：利利用用外外消消旋旋体体中中对对映映体体的的结结晶晶形形态态上上的的差差异异，借借肉肉眼眼直直接接辨辨认，或通过放

41、大镜进行辨认，而把两种结晶体挑捡分开。认，或通过放大镜进行辨认，而把两种结晶体挑捡分开。(目前很少用目前很少用)（2 2）微微生生物物拆拆分分法法：利利用用某某些些微微生生物物或或它它们们所所产产生生的的酶酶，对对对对映映体体中中的的一一种种异异构体有选择的分解作用。构体有选择的分解作用。第77页/共113页（3 3）选选择择吸吸附附拆拆分分法法：用用某某种种旋旋光光性性物物质质作作为为吸吸附附剂剂，使使之之选选择择性性地地吸吸附附外外消消旋旋体体中中的的一一种种异异构构体体（形形成成两两个个非非对对映映的的吸吸附物）。附物）。（4 4）诱诱导导结结晶晶拆拆分分法法（晶晶种种结结晶晶法法）：在

42、在外外消消旋旋体体的的过过饱饱和和溶溶液液中中，加加入入一一定定量量的的一一种种旋旋光光体体的的纯纯晶晶体体作作为为晶晶种种，于于是是溶溶液中该旋光体含量多，在晶种的诱导下优先结晶析出。液中该旋光体含量多，在晶种的诱导下优先结晶析出。（5 5）化化学学拆拆分分法法：将将外外消消旋旋体体与与旋旋光光性性物物质质作作用用，得得到到非非对对映映体体的的混混合合物物，根根据据非非对对映映体体不不同同的的物物理理性性质质，用用一一般般的的分分离离方法将它们分离。如酸：方法将它们分离。如酸：第78页/共113页l l 化学法拆分化学法拆分化学法拆分化学法拆分常用拆分试剂常用拆分试剂常用拆分试剂常用拆分试剂

43、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79页/共113页例例例例: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接下页接下页在甲醇中溶解性差在甲醇中溶解性差在甲醇

44、中溶解性差在甲醇中溶解性差第80页/共113页接上页接上页第81页/共113页l l 酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）例例例例:DLDL-丙氨酸的酶解拆分丙氨酸的酶解拆分丙氨酸的酶解拆分丙氨酸的酶解拆分选择性去乙酰基选择性去乙酰基第82页/共113页1g R 氨基醇氨基醇5g S+5g R 氨基氨基醇饱和液（醇饱和液（80，100ml）析出析出2g R 氨基醇氨基醇（余（余下下4g R,5g S）分去晶体，剩下母液分去晶体，剩下母液过过滤滤加水至加水至100ml冷却至

45、冷却至2080加加2g消旋体消旋体冷却至冷却至202g S 氨基醇氨基醇析析出出接种结晶析解法接种结晶析解法第83页/共113页不对称合成不对称合成对称的反应（选向率为对称的反应（选向率为0 0）不对称的不对称的反应反应立体选向性反应立体选向性反应00选向选向率率100%(S)若若(R)(S)关于不对称合成的几个基本概念关于不对称合成的几个基本概念第85页/共113页若产物是一对对映体，当若产物是一对对映体，当R构型的产物大于构型的产物大于S构型构型的产物时，的产物时，%ee 为为 当当S构型的产物大于构型的产物大于R构型的产物时，构型的产物时，%ee 为为（2）对映体过量百分率）对映体过量百

46、分率(%ee);简称简称ee值值第86页/共113页手性分子的获得手性分子的获得手性分子的获得手性分子的获得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构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种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对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式对映体形式存在的。故药物与其作用也是以

47、手性的方式对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，进行的，进行的，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,故对外消旋药物故对外消旋药物故对外消旋药物故对外消旋药物的识别、消化和降解过程也是不同的。的识别、消化和降解过程也是不同的。的识别、消化和降解过程也是不同的。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

48、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87页/共113页(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)-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88页/共113页(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

49、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89页/共113页反应物反应物 +试剂试剂*1.*1.手性反应物手性反应物 *2.2.手性试剂手性试剂 *3.3.手性溶剂手性溶剂 *4.4.手性催化剂手性催化剂 *5.5.在反应物中引入手性在反应物中引入手性产物产物催化剂催化剂溶剂溶剂不对称合成常采用

50、的方法不对称合成常采用的方法第90页/共113页非手性分子非手性分子有一个有一个手性中心手性中心外消旋体外消旋体第91页/共113页（少）（少）（多）（多）反应物有一个手性反应物有一个手性中心中心产物有二个手性中心，非对产物有二个手性中心，非对映体。映体。大量的实验事实证明：大量的实验事实证明：一个非手性分子在反应过程一个非手性分子在反应过程中产生中产生一个手性中心一个手性中心时，产时，产物为外消旋体；但一个手性物为外消旋体；但一个手性分子在反应过程中产生分子在反应过程中产生第二第二个手性中心个手性中心时，将会产生二时，将会产生二个个不等量的非对映体。不等量的非对映体。第92页/共113页n