有機化學第6章手性分析

1、2021-10-221第第6章章 手性分析手性分析光學活性、立體異構(gòu)、對映體、非對映體光學活性、立體異構(gòu)、對映體、非對映體手性中心手性中心 絕對構(gòu)型（絕對構(gòu)型（r、s）赤式和蘇式赤式和蘇式拆分拆分2021-10-222異構(gòu)現(xiàn)象異構(gòu)現(xiàn)象 構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu) 立體異構(gòu)立體異構(gòu) 骨架異構(gòu)骨架異構(gòu) 官能團異構(gòu)官能團異構(gòu) 官能團位置異構(gòu)官能團位置異構(gòu) 構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu) 構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu) 順反異構(gòu)順反異構(gòu) 對映異構(gòu)對映異構(gòu)2021-10-223( 一）一） 對映異構(gòu)體和手性對映異構(gòu)體和手性 :1. 對映異構(gòu)體對映異構(gòu)體 (enantiomers):如兩個分子具有對映，而不能如兩個分子具有對映，而不能重疊的關(guān)

2、系，為對映異構(gòu)體。重疊的關(guān)系，為對映異構(gòu)體。一一. . 對映異構(gòu)現(xiàn)象對映異構(gòu)現(xiàn)象(enantiomerisms):2021-10-2242. 有對映異構(gòu)體的分子被稱為手性分子有對映異構(gòu)體的分子被稱為手性分子 (chiral molecular)ciclhbrcihclbr手性分子(chiral molecule)cclhch3ch3hcclch3ch3非手性分子(achiral molecule)不重合不重合重合重合mirror2021-10-225 3. 如何判斷分子是否是對映異構(gòu)體如何判斷分子是否是對映異構(gòu)體:a. 手性碳（手性碳（chiral center）czxyw*b. 分子中是否分

3、子中是否 含有對稱因素含有對稱因素：1。 對稱面：對稱面：2。 對稱軸：對稱軸：3。對稱中心：。對稱中心：一個分子如具有對稱面一個分子如具有對稱面, , 或?qū)ΨQ中心或?qū)ΨQ中心, , 或?qū)ΨQ軸或?qū)ΨQ軸, , 則這個分子無則這個分子無手性手性-非手性分子非手性分子(achiral molecule)2021-10-226判別手性分子的依據(jù)判別手性分子的依據(jù)有有反軸反軸無無手性手性旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)+ +反映（射）反映（射）反軸反軸( (s sn n) )（或更迭（或更迭對稱軸，或旋轉(zhuǎn)對稱軸，或旋轉(zhuǎn)反射軸）反射軸）有有對稱中心對稱中心無無手性手性反演反演對稱中心對稱中心( (i i) )（或反演中心）（或反演

4、中心）不能作為區(qū)別手性的不能作為區(qū)別手性的依據(jù)依據(jù)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)對稱軸對稱軸( (c cn n）有有對稱面對稱面無無手性手性反映（射）反映（射）對稱面（對稱面（ ）判別手性的依據(jù)判別手性的依據(jù)對稱操作對稱操作對稱元素對稱元素n2n2s s1 1 = = s s2 2 = = i i2021-10-227許多許多含有手性中心的分子不是手性的含有手性中心的分子不是手性的.(.(例外例外: meso)許多許多手性分子不含有手性中心手性分子不含有手性中心.(.(例外例外: : 聯(lián)苯型聯(lián)苯型, , 丙二烯型丙二烯型) ) 手性中心的存在與否不是手性中心的存在與否不是唯一唯一判斷手性分子的標準判斷手性分子的標準

5、2021-10-228(二）二） 對映異構(gòu)體的表示法：對映異構(gòu)體的表示法：fischer projection： 把立體的結(jié)構(gòu)式用平面表示出來把立體的結(jié)構(gòu)式用平面表示出來向前向前-橫向橫向向后向后-縱向縱向2021-10-229r/s標記法（標記法（designation of r/s）：）：將與手性碳相連的四個原子或基團按將與手性碳相連的四個原子或基團按次序規(guī)則次序規(guī)則排列出排列出基團的大小基團的大小abcd，將最小的基團，將最小的基團d離觀察者最遠。離觀察者最遠。其它三個基團按其它三個基團按abcbc的順序。如果是順時針，稱的順序。如果是順時針，稱為為r（rectus拉丁文拉丁文“右右”字

6、的字首）構(gòu)型；逆時針，字的字首）構(gòu)型；逆時針，稱為稱為s（sinister拉丁文拉丁文“左左”字的字首）構(gòu)型。字的字首）構(gòu)型。 bcdabcdabcdaabdcccr構(gòu)型 s構(gòu)型2021-10-2210sequence rules1. higher atomic mass receives higher priority2. what if two substituents have the same rank when we consider the atoms directly attached to the stereocenter? in such a case, we proceed

7、 along the two respective substituent chains until we reach a point of difference.3.double and trip bondch2ch2ch3hch2shch2ch2ch3hch2sch3hhrrohoohhhrccccrccc oo chc oo coh2021-10-22114. 取代基互為對映異構(gòu)體時，取代基互為對映異構(gòu)體時， r 構(gòu)型優(yōu)先于構(gòu)型優(yōu)先于s 構(gòu)型構(gòu)型 取代基對幾何異構(gòu)體時，順式取代基對幾何異構(gòu)體時，順式 （z) 優(yōu)先于反式優(yōu)先于反式 (e)確定確定r, s 構(gòu)型的方法：右手法法則構(gòu)型的方法：

8、右手法法則伸開右手伸開右手,大拇指和其余四指垂直大拇指和其余四指垂直,且在同一平面內(nèi)且在同一平面內(nèi),讓大拇指指向最小基團讓大拇指指向最小基團, 四指所指彎曲方向如果是四指所指彎曲方向如果是其余三基團從大到小排列的方向，則分子的對映異其余三基團從大到小排列的方向，則分子的對映異構(gòu)體構(gòu)型為構(gòu)體構(gòu)型為r型，反之，為型，反之，為s型型. 2021-10-2212問題問題 3-3 用r/s法標示下列各化合物的構(gòu)型：(1)(2)clch2clch3ch(ch3)2ch2=chhbrch2ch3(h3c)2hc c ch2ch2ohclbr(3)2021-10-2213含有兩個相同手性碳原子的化合物含有兩個

9、相同手性碳原子的化合物 molecule containing two equivalent chiral centers 如果分子內(nèi)有如果分子內(nèi)有n個不同的手性碳，立體異構(gòu)體的數(shù)目個不同的手性碳，立體異構(gòu)體的數(shù)目應(yīng)是應(yīng)是2 n（n為正整數(shù)）。為正整數(shù)）。 含有兩個相同手性碳的分子都只有三個立體異構(gòu)體含有兩個相同手性碳的分子都只有三個立體異構(gòu)體: :一對對映體和一個內(nèi)消旋體一對對映體和一個內(nèi)消旋體（meso） 。 hohcoohhohcoohnumber of stereoisomers = 3 ？2021-10-2214含有兩個手性碳原子的化合物h3cch3clhhbrch3ch3clhh3

10、cch3hclhbrch3ch3hclhbrhbr23ss(2s,3s)-2-bromo-3-chlorobutane(2s,3r)-2-bromo-3-chlorobutanebrhch3ch3hclbrhch3ch3clhhbrh3cch3hclhbrh3cch3clh23(2r,3r)-2-bromo-3-chlorobutane(2r,3s)-2-bromo-3-chlorobutaneenantiomersenantiomersdiastereomers2021-10-22152021-10-2216coohhohcoohhohcoohhohcoohhohcoohhohcoohhoh

11、coohhohcoohhohi ii iii iv(2r,3r)-(+)- (2s,3s)-(-)- (2r,3s)- (2s,3r)- 2021-10-2217(i)(ii)(iii)(iv)(2r,3r)-(-)-赤蘚糖赤蘚糖 (2s,3s)-(+)-赤蘚糖赤蘚糖 (2s,3r)-(+)-蘇阿糖蘇阿糖 (2r,3s)-(-)-蘇阿糖蘇阿糖hoch2-ch(oh)-ch(oh)-cho(i)(ii) 對映體，對映體，(iii)(iv) 對映體。對映體。(i)(iii), (i)(v), (ii)(iii), (ii)(v)為非對映體。為非對映體。choch2ohohohhhrrchoch2o

12、hhhhohosschoch2ohhhoohhsrchoch2ohohhhhosr2021-10-2218分析烯烴的親電加成（與br2）h3chhch3br2ccl4brbrh3chhch3brbrh3cch3hh(2r, 3r)-2,3-dibromobutane(2s, 3s)-2,3-dibromobutane+h3cch3hhbrbrhh3chch3br2ccl4+brbrhch3hh3cmeso-2,3-dibromobutanebrbrsn22021-10-2219問題:下列各組化合物是什么關(guān)系（相同的，對映體、非對映體） (2)(1)coohhch3ohhohhohhohcooh

13、ch3ch3brhch3hbrbrhbrhch3ch3和和和和clch3hclhc2h5ch3c2h5hclhcl(3)(4)ch3hohhch3ohohch3hohhch32021-10-2220環(huán)狀化合物的立體異構(gòu)環(huán)狀化合物的立體異構(gòu) 順反異構(gòu)順反異構(gòu)對映異構(gòu)對映異構(gòu)h3cch3ch3ch3ch3ch3c2c2rrssrs2021-10-2221clclclclcl clssrr2021-10-2222不含手性碳原子的化合物的立體異構(gòu)不含手性碳原子的化合物的立體異構(gòu) v 丙二烯丙二烯( (聯(lián)烯聯(lián)烯) )型化合物型化合物v 聯(lián)苯型化合物聯(lián)苯型化合物v 環(huán)外雙鍵型化合物環(huán)外雙鍵型化合物v 螺環(huán)

14、螺環(huán)v 含含c2c2軸（軸（binapbinap）h2021-10-2223ccchhhhccchch3ch3hcccch3ch3ch3hh3chch3ch32021-10-2224as a rule, an activation energy barrier of 16 to 19 kcal/mole is required to prevent spontaneous room temperature racemization of substituted biphenyls 2021-10-2225x1x2x3x4c原子與原子與x1（或（或x3）的中心）的中心距離和距離和c原子與原子與x

15、2 （或（或x4）的中心距離之和超過的中心距離之和超過290pm，那么在室溫，那么在室溫（25oc）以下，這個化合）以下，這個化合物就有可能拆分成旋光異物就有可能拆分成旋光異構(gòu)體。構(gòu)體。單位：單位：pmc-h （104） c-ch3（150） c-cooh（156） c-no2（192） c-nh2 （156） c-oh （145） c-f （139） c-cl （163) c-br （183） c-i （200）聯(lián)苯型的旋光異構(gòu)體聯(lián)苯型的旋光異構(gòu)體2021-10-2226no2coohno2coohcoohno2no2cooh2021-10-2227no2no2ch3c-no2 與與 c-n

16、o2 384pm c-no2 與與 c-ch3 365pm由于位阻太大引起的旋光異由于位阻太大引起的旋光異構(gòu)體稱為構(gòu)體稱為位阻異構(gòu)體。位阻異構(gòu)體。2021-10-22282021-10-2229一個雙鍵與一個環(huán)相連（一個雙鍵與一個環(huán)相連（1909年拆分）年拆分）螺環(huán)形螺環(huán)形hh3chcoohhh3chcooh d = 81.4o ( 乙醇乙醇 )252021-10-2230n=8，可析解，光活體穩(wěn)定。，可析解，光活體穩(wěn)定。n=9，可析解，可析解， 95.5oc時，半衰期為時，半衰期為444min。n=10，不可析解。，不可析解。把手化合物把手化合物(ch2)nhooc2021-10-2231n

17、=4m=4可析解可析解43ocn=8半衰期半衰期170min。(ch2)n(ch2)mcoohcoohhooc(ch2)noo2021-10-2232ch3ch3h3cch2cooh蒄（無手性）蒄（無手性）六螺并苯（有手性）六螺并苯（有手性）有手性面的旋光異構(gòu)體有手性面的旋光異構(gòu)體2021-10-2233methods for obtaining chiral non-racemic compounds1) chiral pool2) chiral resolution technique3) chiral auxiliary methodology4) asymmetric catalysisa) enzymatic catalysisb) chemocatalysismetal-mediated catalysismetal-free catalysis (organocatalysis)2021-10-2234resolution 的依據(jù):(1). diastereomers 之間physical propert