有机化学 立体化学基础.pptx

《有机化学 立体化学基础.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机化学 立体化学基础.pptx（41页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、构造构造异构异构：分子组成相同而原子（团）相互连接方式和顺序不同：分子组成相同而原子（团）相互连接方式和顺序不同立体异构立体异构：分子中原子（团）在空间排列方式不同：分子中原子（团）在空间排列方式不同第1页/共41页第一节第一节 手性、手性分子和对映体手性、手性分子和对映体左右手互为镜象第2页/共41页第3页/共41页(一一 )手性手性互为实物与镜像对映关系互为实物与镜像对映关系,彼此又不能重叠的现象。彼此又不能重叠的现象。(二二)手性分子和对映体手性分子和对映体第4页/共41页1 1 手性分子手性分子(chiral molecule):(chiral molecule):不能与其镜像重合的分

2、子不能与其镜像重合的分子3 3 对映体对映体(enantiomers):互为实物与镜像对映关系互为实物与镜像对映关系,而又不能重叠的两个化合物而又不能重叠的两个化合物,互称互称对映异构体对映异构体,简称简称对映体对映体*C手性碳手性碳：连接着四个不同原子（团）：连接着四个不同原子（团）的碳原子。的碳原子。表示方法表示方法：C C*第5页/共41页1、对称面、对称面（planes of symmetry)：假想有一个平面它可以把分子分割成互为镜像与实物的两假想有一个平面它可以把分子分割成互为镜像与实物的两半，这个平面就叫对称面半，这个平面就叫对称面()凡是有对称面的分子一定无手性。无对称面不一定

3、具有手性。凡是有对称面的分子一定无手性。无对称面不一定具有手性。三三、分子的手性与对称性、分子的手性与对称性（一）对称因素（一）对称因素第6页/共41页 在分子中取一点在分子中取一点P P，画通过，画通过P P点的任一直线，若在与点的任一直线，若在与P P点等距点等距离的两端为相同原子（团），则离的两端为相同原子（团），则P P点即为该分子的对称中心点即为该分子的对称中心2、对称中心（、对称中心（symmetriccentre）凡是有对称中心的分子一定是无手性。凡是有对称中心的分子一定是无手性。第7页/共41页方法二方法二，寻找分子中，寻找分子中有无对称面有无对称面？方方法法三三，寻寻找找手手

4、性性碳碳原原子子（手手性性中中心心）。含含一一个个手手性性碳原子的分子，一定为手性分子，存在一对对映体。碳原子的分子，一定为手性分子，存在一对对映体。有对称面的分子为非手性分子。有对称面的分子为非手性分子。注意！注意！含两个或两个以上手性碳原子的分子，大多含两个或两个以上手性碳原子的分子，大多数为手性分子，存在对映体；个别的可能无手性不数为手性分子，存在对映体；个别的可能无手性不存在对映体。存在对映体。三、判断对映体的方法三、判断对映体的方法方法一方法一，用模型，用模型考察分子与其镜像是否重合？考察分子与其镜像是否重合？不重合则为手性分子，存在对映体。不重合则为手性分子，存在对映体。第8页/共

5、41页有手性碳，无手性有手性碳，无手性无手性碳，有手性无手性碳，有手性第9页/共41页*试指出下列分子的手性碳原子想一想想一想想一想第10页/共41页第二节第二节 费歇尔投影式费歇尔投影式（一）对映异构体的表示方法（一）对映异构体的表示方法（1）画一十字线。编号小的基团放）画一十字线。编号小的基团放在上端，编号大的基团放在下端在上端，编号大的基团放在下端（2）十字交叉点代表手性碳原子）十字交叉点代表手性碳原子（3）横前，竖后）横前，竖后1 透视式（三维结构）透视式（三维结构）2 费歇尔（费歇尔（Fischer）投影式）投影式1）费歇尔投影式的书写方法）费歇尔投影式的书写方法第11页/共41页如

6、：乳酸2）使用费歇尔投影式时应注意的事项：）使用费歇尔投影式时应注意的事项：（1）在纸面上旋转）在纸面上旋转180，构型不变，离开纸面翻转，构型不变，离开纸面翻转180，变，变成其对映体。成其对映体。第12页/共41页（2）在纸面上转动）在纸面上转动90或其奇数倍，变成其对映体。旋或其奇数倍，变成其对映体。旋转转90的偶数倍，则保持原构型。的偶数倍，则保持原构型。（3）任意两个基团调换偶数次，构型不变；调换奇数）任意两个基团调换偶数次，构型不变；调换奇数次，构型改变。次，构型改变。第13页/共41页（4）若固定某一基团，而使其余三个基团按顺时针或若固定某一基团，而使其余三个基团按顺时针或反时针

7、方向依次调位次，将保持原构型不变。反时针方向依次调位次，将保持原构型不变。第14页/共41页一、偏振光与一、偏振光与旋光性物质旋光性物质第三节第三节 物质的旋光性物质的旋光性4 旋光性物质（光学活性物质）：旋光性物质（光学活性物质）：具有旋光性的物质具有旋光性的物质尼克尔棱镜尼克尔棱镜1 平面偏振光平面偏振光：只在一个平面振动的光，简称偏振光或偏光只在一个平面振动的光，简称偏振光或偏光3 旋光性旋光性：物质能够使偏振光振动平面旋转的性质：物质能够使偏振光振动平面旋转的性质2 偏振面偏振面：平面平面偏振光所在的振动平面偏振光所在的振动平面非旋光性物质非旋光性物质旋光性物质旋光性物质第15页/共4

8、1页旋光仪的构造旋光仪的构造1、旋光度、旋光度(observed rotation)：旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度。用旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度。用表示表示2 2、旋光方向：、旋光方向：左旋：偏振面逆时针方向旋转。用左旋：偏振面逆时针方向旋转。用l或（或（-）表示。）表示。右旋：偏振面顺时针方向旋转。用右旋：偏振面顺时针方向旋转。用d或（或（+）表示。）表示。二、二、旋光度与比旋光度旋光度与比旋光度第16页/共41页3 3、影响旋光度的因素、影响旋光度的因素浓度、温度、测定管的长度、波长、溶剂等。浓度、温度、测定管的长度、波长、溶剂等。4.比旋光度（比旋光度（specif

9、ic rotation）一定温度下，测定管的长度为一定温度下，测定管的长度为1dm，待测物质的浓度为，待测物质的浓度为1g/ml，以钠光灯作光源（，以钠光灯作光源（589.3nm）时测得的旋光度。）时测得的旋光度。用用 表示。表示。第17页/共41页为波长，一般用钠光为波长，一般用钠光D D表示（表示（589nm589nm）C C 为浓度（为浓度（g gmLmL-1-1，纯液体则为密度），纯液体则为密度）l l为盛液管长度（为盛液管长度（dmdm）为为旋光度旋光度（）为为比旋光度比旋光度（mlmlg g-1-1dmdm-1-1）比旋光度是物理常数比旋光度是物理常数,反映了旋光性物质的本性。反映

10、了旋光性物质的本性。比旋光度的表示方法比旋光度的表示方法：氯霉素：氯霉素：=-25.5（乙酸乙酯）（乙酸乙酯）第18页/共41页例如1、测得一个葡萄糖溶液的旋光角为+3.4，而葡萄糖的比旋光本领为+52.7()mlg-1dm-1，若盛液管长度为1dm，计算出葡萄糖的浓度为同样也可通过已知旋光度物质的浓度而求得该物质的比旋光度。第19页/共41页第四节第四节 外消旋体外消旋体 (S)-(+)-乳酸 (R)-(-)-乳酸 mp 53C mp 53C D=+3.82 D=-3.82 pKa=3.79(25C)pKa=3.79(25C)相同点相同点：熔点、沸点、溶解度等物理性质；无手性试剂参：熔点、沸

11、点、溶解度等物理性质；无手性试剂参与的化学性质。与的化学性质。（一）对映体的理化性质（一）对映体的理化性质不同点不同点：旋光能力相同，旋光方向相反；与手性试剂的反：旋光能力相同，旋光方向相反；与手性试剂的反应不同；生理活性有别。应不同；生理活性有别。第20页/共41页（二）外消旋体（二）外消旋体（racemate）等量左旋体和右旋体的混合物。用（等量左旋体和右旋体的混合物。用（）或（）或（dl）表示）表示混合物，无旋光，熔点、密度、溶解度等物理性质与左混合物，无旋光，熔点、密度、溶解度等物理性质与左旋体和右旋体不同，化学性质在非手性条件下相同。旋体和右旋体不同，化学性质在非手性条件下相同。外消

12、旋体的性质：外消旋体的性质：第21页/共41页（三）对映异构体构型的命名（三）对映异构体构型的命名1D/L命名法命名法目前该标记法多用于氨基酸和糖类化合物的构型中目前该标记法多用于氨基酸和糖类化合物的构型中D-(+)-甘油醛D-(-)-乳酸H OD、L构型和旋光方向没有必然的联系。构型和旋光方向没有必然的联系。第22页/共41页2R，S命名法命名法（1）命名规则）命名规则1）按照次序规则将与手性碳原子相连的）按照次序规则将与手性碳原子相连的4个原子或基团排个原子或基团排序（序（ab c d）3)三个基团由大到小的顺序为顺时针标为三个基团由大到小的顺序为顺时针标为R；反之，为；反之，为S。2)把

13、小的基团放在最远，其余三个基团朝向自己把小的基团放在最远，其余三个基团朝向自己第23页/共41页（2 2）次序法则）次序法则 原子序数较大的原子为优先基团原子序数较大的原子为优先基团(也就是大基团也就是大基团)；例如：例如：I Br Cl F O N C H 若有同位素，则以质量数大的为优先基团若有同位素，则以质量数大的为优先基团D H18O 16O 当第一个原子相同时，比较下一个原子，直至当第一个原子相同时，比较下一个原子，直至 出现大小差别；出现大小差别；HCC HHC HHC HHH HHCHHH第24页/共41页当取代基为不饱和基团时，则把双键、三键原子看当取代基为不饱和基团时，则把双

14、键、三键原子看成是它以两个或三个单键与相同的原子相连。成是它以两个或三个单键与相同的原子相连。比较比较比较比较CHOCHO、COOHCOOH与与与与CHCH2 2SHSH的次序的次序的次序的次序第25页/共41页（3）由费歇尔投影式确定）由费歇尔投影式确定R/S构型的方法构型的方法1、首先将与手性碳原子相连的、首先将与手性碳原子相连的4 4个原子或基团排序个原子或基团排序(abcd)abcd)3、若最小基、若最小基d在横键上，在横键上，abc顺时针时为顺时针时为S构型；反之，构型；反之，为为R构型构型RRSS2、若最小的基团在竖键上，、若最小的基团在竖键上，abc顺时针时为顺时针时为R 构型；

15、反构型；反 之，为之，为S构型构型第26页/共41页R-构型构型S-构型构型SSSS乳酸乳酸第27页/共41页练习：下列化合物构型为S构型的是 A.B.C.D.第28页/共41页练习：下列那一对是相同的化合物 A.B.C.D.第29页/共41页第五节非对映体和内消旋化合物第五节非对映体和内消旋化合物（一）非对映体（一）非对映体如：如：2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸第30页/共41页1非对映体非对映体(diastereomers)不呈镜象对映关系的旋光异构体为非对映体。不呈镜象对映关系的旋光异构体为非对映体。2S,3S-2R,3R-2S,3R-2R,3S-非对映体具有不同的旋光能力；不同的物

16、理性质非对映体具有不同的旋光能力；不同的物理性质-7.1+7.1-9.3+9.32光学异构体的数目：最光学异构体的数目：最2n；2n-1对对映体对对映体第31页/共41页3 赤式（赤式（Erythro-）和苏式）和苏式(Threo-)含两个手性碳的分子，若两个相同原子或基团在含两个手性碳的分子，若两个相同原子或基团在Fischer投影式中处于投影式中处于同一侧同一侧，称为，称为赤式赤式(如如和和)，在，在不同不同侧侧，称为，称为苏式苏式(如如和和)。D-(-)-赤藓糖L-(+)-赤藓糖D-(+)-苏阿糖L-(-)-苏阿糖第32页/共41页1内消旋体（内消旋体（mesocompound）含手性含

17、手性(碳碳)原子的非手性分子原子的非手性分子2R,3R-2S,3S-2R,3S-2内消旋体和外消旋体的异同点：内消旋体和外消旋体的异同点：不同点：内消旋体为纯净物；外消旋体为混合物。不同点：内消旋体为纯净物；外消旋体为混合物。相同点：无旋光相同点：无旋光(二二)内消旋化合物内消旋化合物酒石酸（酒石酸（2，3-二羟基丁二酸）二羟基丁二酸）第33页/共41页手性分子与医学的关系手性分子与医学的关系绝大多数的药物由手性分子构成，绝大多数的药物由手性分子构成，两种手性分子可能具有明显不同的生两种手性分子可能具有明显不同的生物活性。药物分子必须与受体（起反物活性。药物分子必须与受体（起反应的物质）分子几

18、何结构匹配，才能应的物质）分子几何结构匹配，才能起到应有的药效。起到应有的药效。因此，往往两种异构体中仅有一种因此，往往两种异构体中仅有一种是有效的，另一种无效甚至有害。是有效的，另一种无效甚至有害。第34页/共41页手性与药物手性与药物1.1.一对对映体中一种有活性，另一种无活性一对对映体中一种有活性，另一种无活性的例子是沙丁醇胺的例子是沙丁醇胺（albuterolalbuterol）和特布他林）和特布他林(terbutaline)(terbutaline)。这两种药是支气管。这两种药是支气管扩张药，它们的扩张药，它们的R-R-构型药效分别比构型药效分别比S-S-构型强构型强80802002

19、00倍。倍。第35页/共41页2.2.丙氧吩丙氧吩（propoxyphenepropoxyphene）的两个对映体中，左旋丙氧吩是一种止）的两个对映体中，左旋丙氧吩是一种止咳剂，右旋丙氧吩则是一种镇痛剂咳剂，右旋丙氧吩则是一种镇痛剂 3.3.镇静药镇静药肽胺哌啶酮肽胺哌啶酮最初是以消旋体形式作用为缓解妊娠反应的最初是以消旋体形式作用为缓解妊娠反应的药物。临床应用证实：这两个对映体中只有药物。临床应用证实：这两个对映体中只有R R构型的对映体有构型的对映体有镇静作用，镇静作用，S S构型的对映体是一种强烈致畸剂。构型的对映体是一种强烈致畸剂。第36页/共41页在在20世纪世纪60年代，镇静药年代

20、，镇静药沙利度胺沙利度胺(thalidomide，又名，又名“反应停反应停”)是以两个对映体的混合物是以两个对映体的混合物(消旋体消旋体)用作缓解妊娠反应的药物。用作缓解妊娠反应的药物。后来发现，在欧洲服用过此药的孕妇中有不少产下后来发现，在欧洲服用过此药的孕妇中有不少产下海豚状畸形儿，成为震惊国际医药界的悲惨事件。海豚状畸形儿，成为震惊国际医药界的悲惨事件。随后的研究表明：沙利度胺的两个对映体中只有随后的研究表明：沙利度胺的两个对映体中只有(R)对映体具有缓解妊娠反应作用，而对映体具有缓解妊娠反应作用，而(S)对映体对映体是一种强力致畸剂，在妊娠第是一种强力致畸剂，在妊娠第12个月内服用会导

21、致个月内服用会导致胎儿畸形。这是两个对映体具有不同的药理或生理活胎儿畸形。这是两个对映体具有不同的药理或生理活性的突出例子。性的突出例子。第37页/共41页在药理学上，服用单一对映体的手性药物可减少剂在药理学上，服用单一对映体的手性药物可减少剂量和代谢负担，提高剂量的幅度并拓宽用途，对药物量和代谢负担，提高剂量的幅度并拓宽用途，对药物动力学及剂量能有更好的控制。在剂量设定时幅度更动力学及剂量能有更好的控制。在剂量设定时幅度更宽反应较小：在剂量选择时更有信心。单一对映体宽反应较小：在剂量选择时更有信心。单一对映体的手性药物可减少与其他药物的相互作用提高活性的手性药物可减少与其他药物的相互作用提高

22、活性并减少剂量，提高专一性并降低由某对映体引起的可并减少剂量，提高专一性并降低由某对映体引起的可能的副作用。能的副作用。对制药企业而言，生产手性药物可以节省资源，减对制药企业而言，生产手性药物可以节省资源，减少废料排放，降低对环境的污染。少废料排放，降低对环境的污染。第38页/共41页在手性药物中，来自天然产物或由天然产物衍生在手性药物中，来自天然产物或由天然产物衍生的手性药物占到很大的比例，例如奎宁、紫杉醇、的手性药物占到很大的比例，例如奎宁、紫杉醇、喜树碱、青蒿素、长春西汀、石杉碱甲和许多通过喜树碱、青蒿素、长春西汀、石杉碱甲和许多通过发酵产生的药物如红霉素、青霉索等。天然产物药发酵产生的

23、药物如红霉素、青霉索等。天然产物药物是人类最早得益的手性药物重要资源，也是现代物是人类最早得益的手性药物重要资源，也是现代合成药物的基础。合成药物的基础。二十一世纪的宠儿二十一世纪的宠儿手性药物手性药物第39页/共41页要求要求1、平面偏振光，旋光度，比旋光度，手性，对映体，、平面偏振光，旋光度，比旋光度，手性，对映体，非对映体，手性原子，外消旋体，内消旋体，对称面，非对映体，手性原子，外消旋体，内消旋体，对称面，对称中心对称中心2、掌握、掌握 D/L和和R/S构型命名法构型命名法3、掌握次序法则掌握次序法则4、掌握掌握Fisher投影式及其使用规则投影式及其使用规则第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页