第八章 立体化学（stereochemistry）

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1 第八章 立体化学（stereochemistry）
讨论分子的立体形象及与物理性 质的关系等。 讨论分子的立体形象对化学反应 的影响及产物分子和反应物分 子在立体结构上的关系等。 原子在分子内的空间位置； 在反应中，分子内或分子间的原子重新组合，在空间上的 要求条件和变化过程如何？及由此如何决定产物分子中各 原子的空间向位？

2 立体异构 构造相同,分子中原子或基团在空间的排列方式不同。

3 d- 异构体 有强兴奋作用 l- 异构体 抗兴奋作用 D-(-) 有杀菌作用 L-(+) 无药效 Z-R（有生理活性）

4 8. 1 手性和对映体 1. 手性(Chirality) 实物与其镜影不能重叠的现象。 2. 对称因素 1）平面对称因素() 具有平面对称因素的分子是对称分子。非手性分子。 2）中心对称因素 (i) 具有中心对称因素 的分子是对称分子。 非手性分子。

5 3）对称轴（旋转轴）对称因素 (Cn) 只含旋转轴对称因素的分子是非对称分子。手性分子。 4）反射对称因素(Sn) 具有反射对称因素的分子是对称分子。非手性分子。

6  一般情况下，不具有对称面和对称中心的分子，其实物  手性分子具有光学活性。
 一般情况下，不具有对称面和对称中心的分子，其实物 与镜影不能重叠，该分子称为不对称分子或手性分子。  手性分子具有光学活性。 8. 2 旋光性、比旋光度 1. 旋光性 光波振动方向与光束前进方向关系示意图 普通光

7 平面偏振光： 通过Nicol棱镜，仅在 一个平面上振动的光。 2. 旋光仪、旋光度、比旋光度

8 如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是-300o的左旋体？
旋光性：使偏振光偏振面旋转的能力。 旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用表示。 旋光方向：右旋（+）、d- ; 左旋（-）、l- 如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是-300o的左旋体？ 比旋光度 []t = (物理常数) 例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于20ml 氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。求其比 旋光度。

9 8. 3 含手性碳原子的分子的立体化学 1. 含一个手性碳原子的分子 1）手性碳原子的概念 与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。 含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。 互为实物与镜 影关系，不能 相互重叠的两 个立体异构体。 对 映 体 []D20= +3.8o(水) []D20= -3.8o(水)

10 2）左旋体、右旋体及外消旋体 一对对映体中： 使平面偏振光向左旋的为左旋体，用“（–）”或“ l”表示。 使平面偏振光向右旋的为右旋体，用“（+）”或“d”表示。 左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。 外消旋体：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。 外消旋体用 (±) 或 (RS) 或 (dl) 或 DL表示。 外消旋体可分离成左旋体与右旋体。

11 8.4 构型的表示、构型的确定、构型的标记 构型的表示 菲舍尔投影式 楔形式

12 手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同基团的空间排列。
R、S 标记 S R R

13 动画演示 [规定 ] 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个 键向后，交叉点为手性碳。
[规定 ] 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个 键向后，交叉点为手性碳。 将下列化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。 动画演示

14 S S S S  顺序最小的原子(或基团)在竖线上, 顺时针排列为R构型, 逆时 针排列为S构型。
 如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置，则分子 构型不变。 S S S S 试判断下列Fischer投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对映关系的有哪 几个？

15  将投影式在纸平面上旋转90o,则成它的对映体。
R S

16  将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调, 对调一次
（或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。 D、L标记法

17 8.5. 含多个手性碳原子化合物的立体异构 1) 含两个不同手性碳原子的分子 对映关系： Ⅰ与Ⅱ； Ⅲ与Ⅳ 非对映关系： Ⅰ与Ⅲ、Ⅰ与Ⅳ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅱ与Ⅳ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

18 非对映体：构造相同, 构型不同, 相互间不是实物与镜影关系
的立体异构体。 非对映异构体其旋光性不同, 物理性质不同。 光活异构体数目 = 2n ; (n=不同手性碳原子数) 外消旋体数目= 2n-1 2）含两个相同手性碳原子的分子 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

19 内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面
对称因数)。 具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RS）构型。 内消旋体无旋光性 (两个相同取代、构型相 反的手性碳原子，处于同一分子中，旋光性 抵消)。  内消旋体不能分离成光活性化合物。 R S 指出下列(A)与(B)、(A)与(C)的关系(即对映体或非对映体关系)。

20 差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手
3）.含三个不同手性碳原子的分子 八个旋光异构体、组成四对对映体。 C-2差向异构体 差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手 性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同， 这两个光活异构体称为差向异构体。 C-2差向异构：由C-2引起的差向异构。（C-2构型相反）

21 meso- (S, S)- (R, R)- 动画演示 4）. 含其它不对称原子的光活性分子 8.6 环状化合物的立体异构
8.6 环状化合物的立体异构 meso (S, S) (R, R)- 同时存在顺反异构、对映异构。 动画演示

22 （1R，3S）- 3-溴-1-环己醇

23 8.7. 旋光异构体的性质 在相同的非手性条件下，旋光异构体的物理性质与化学性 质相同。 名称 熔点/oC []25(20%水） 溶解度 pka1 pka2 (+)-酒石酸 o (-)-酒石酸 o

24 旋光异构体在手性条件下(如手性试剂、手性催化剂等) 其反应
速率不同。 生物体内的酶和各种底物具手性。手性分子的对映体进入生物 体内手性环境后, 引起不同的分子识别, 使其生理活性相差很大。 例如：抗妊娠反应的镇静药—(R)-酞胺哌啶酮 (“反应停”) 手性药物的旋光异构与生物活性 1）旋光异构体具有不同的生物活性强度

25 非麻醉性的消炎镇痛药— (S)-酮咯酸 2) 旋光异构体具有完全相反的生物活性。 利尿药：(S)-(-)-依托唑啉 3) 旋光异构体的毒性或严重副作用 减肥药— (S)-(+)-氟苯丙胺

26 8.8 不对称合成 非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。 为什么总得外消旋体

27 一个分子在对称环境下反应, 不可能有选择性。(左旋体与
右旋体过渡态能量相同, 反应活化能相同, 反应速率相同) 。

28 1. 由手性化合物进行不对称合成 [构象分析] 中间体自由基构象能

29 结果：产物为不等量的非对映体，且meso-占优势。

30 2. 非手性分子通过引入手性基团进行不对称合成
一个分子的构象决定了某一试剂接近分子的方向。

31 3. 选择性生物催化不对称合成 条件温和、高效、立体专一 4. 立体选择性反应与立体专一性反应

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33 6. 对映体过量百分率、立体选向百分率与光学纯度百分率
8.9 外消旋体的拆分 1. 化学分离法

34 2. 生物分离法 拆分的理论收率 50% L-(+)-丙氨酸 消旋化的动态拆分

35 3. 晶种法 4. 色谱分离法 1）柱色谱法 2）配位竞争法 3）纸色谱法 4）气相色谱法

36 作 业 P178 9、 10