第四章對映異構(2010)

1、1.掌握分子對稱因素與旋光性的關系。由結構特掌握分子對稱因素與旋光性的關系。由結構特征判斷分子是否具有旋光性。征判斷分子是否具有旋光性。2.掌握以下基本概念掌握以下基本概念:手性、手性分子、對映體、手性、手性分子、對映體、非對映體、內消旋體、外消旋體等。非對映體、內消旋體、外消旋體等。3.掌握掌握Fischer投影式的寫法及構型的標記法投影式的寫法及構型的標記法(R/S,D/L法法)。第四章第四章 對映異構對映異構(Enantiomers)作業(yè):P115 2(單),4,9.CCCCClHHClClHHClCOOHCCH3COHHH3CCOOHHOH 碳架異構碳架異構 構造異構構造異構 位置異構

2、位置異構 官能團異構官能團異構同分異構同分異構 構象異構構象異構 立體異構立體異構 構型異構構型異構對映異構對映異構互為實物與鏡像關系，但互為實物與鏡像關系，但彼此不能重疊彼此不能重疊的兩的兩 種異構體稱為種異構體稱為對映異構體對映異構體。實物與鏡象不能重疊的特性稱為手征性或實物與鏡象不能重疊的特性稱為手征性或手性手性。 具有手性的分子稱為具有手性的分子稱為手性分子手性分子。mirrorCOOHCCH3COHHH3CHOHHOOC4.1 對映異構的基本概念對映異構的基本概念4.1.1 對映異構與手性對映異構與手性手性分子具有旋光性。手性分子具有旋光性。 手性碳原子與手性手性碳原子與手性含有一個

3、手性碳的分子一定是手性分子，含有一個手性碳的分子一定是手性分子，含有多個手性碳的分子不一定是手性分子含有多個手性碳的分子不一定是手性分子。能引起分子具有手性的一個特定原子稱為能引起分子具有手性的一個特定原子稱為手性中心手性中心；手性碳原子手性碳原子是指連有四個不同的原子或基是指連有四個不同的原子或基團的碳原子。團的碳原子。1. 對稱面對稱面（symmetrical plane, ）CBrClHHCHHClClCClFHBr有對稱面的分子為非手性分子有對稱面的分子為非手性分子。4.1.2 對稱因素與手性對稱因素與手性i2. 對稱中心對稱中心（symmetrical center, i）CCOOH

4、COHHCOOHHHO有對稱中心的分子為非手性分子有對稱中心的分子為非手性分子。1.1.平面偏振光平面偏振光（plane-polarized light）4.1.3 平面偏振光與比旋光度平面偏振光與比旋光度偏振光通過手性分子溶液時，偏振面發(fā)生旋轉偏振光通過手性分子溶液時，偏振面發(fā)生旋轉旋光性旋光性( (optical activity) )具有旋光性的物質稱為具有旋光性的物質稱為光學活性物質光學活性物質. .偏振光通過非手性分子溶液時，偏振面不發(fā)生旋轉偏振光通過非手性分子溶液時，偏振面不發(fā)生旋轉 旋光儀示意圖旋光儀示意圖旋光方向：右旋旋光方向：右旋(+)d(dextrotatory) 左旋左旋

5、(-)l(levorotatory)旋光度旋光度2.比旋光度比旋光度: :旋光性物質的一個物理常數(shù)旋光性物質的一個物理常數(shù) n在一定溫度下在一定溫度下,1mL含含1g旋光物質的溶液旋光物質的溶液,在在1dm的的盛液管中盛液管中,光源波長光源波長()為為589nm(鈉光鈉光)時時,測得的旋測得的旋光度即為光度即為比旋光度比旋光度?？捎孟铝泄接嬎悖??？捎孟铝泄接嬎悖?式中式中:被測溶液的旋光度；被測溶液的旋光度；L是盛液管的長度是盛液管的長度(dm)；d溶液的濃度溶液的濃度(g/mL到到),如果所測的物質如果所測的物質為純液體為純液體,d為該物質的密度；為該物質的密度；t測定時的溫度測定時的溫

6、度()D鈉光的波長鈉光的波長(589nm)D Dt t= =L Ld d（S）-thalidomider 致畸劑致畸劑（R）-thalidomider 鎮(zhèn)靜劑鎮(zhèn)靜劑D-(-)氯霉素氯霉素L-(+)氯霉素氯霉素氯霉素氯霉素CH2OHCHCCH2OHCHCOHHOAcHNNHAcHH反應停反應停NHOONOONOONHOO 20世紀世紀50年代年代,德德國一家制藥公司開發(fā)出國一家制藥公司開發(fā)出一種鎮(zhèn)靜催眠藥反應停一種鎮(zhèn)靜催眠藥反應停(沙利度胺沙利度胺),對于消除孕對于消除孕婦妊娠反應效果很好婦妊娠反應效果很好,但造成了但造成了6000多名多名“海海豹兒豹兒”出生的災難性后出生的災難性后果。果。Wh

7、y？R體有鎮(zhèn)靜作用，而體有鎮(zhèn)靜作用，而S體對胚胎有很強的致畸作用體對胚胎有很強的致畸作用反應停事件的受害者反應停事件的受害者 美國的一個美國的一個“反應停反應?！笔芎εⅲ芎ε?，已經(jīng)學會用她僅有的一只手繪畫。已經(jīng)學會用她僅有的一只手繪畫。 馬丁馬丁施奈德斯是荷蘭第一個施奈德斯是荷蘭第一個“反應停兒童反應停兒童”。很小的時候，他就已學著以殘疾之身生活下去，很小的時候，他就已學著以殘疾之身生活下去，并逐漸掌握了一系列技能，包括彈奏電風琴。并逐漸掌握了一系列技能，包括彈奏電風琴。 手性手性 手性分子手性分子 對映異構體對映異構體 （光學異構（光學異構）光活性物質光活性物質旋光性旋光性性質性質對稱

8、因素對稱因素判據(jù)判據(jù)對稱面、對稱中心對稱面、對稱中心4.1.4 對映體的表示方法對映體的表示方法 1.立體式立體式(楔前、虛后、實平面楔前、虛后、實平面) )2. Fischer投影式投影式(橫前豎后橫前豎后) )乳酸對映體的乳酸對映體的Fischer投影式投影式 注意注意: Fischer投影式是用投影式是用平面式平面式表示三表示三維空間的維空間的立體立體結構。使用時注意結構。使用時注意以下幾點：以下幾點：(1)Fischer投影式在紙面旋轉投影式在紙面旋轉180或其偶數(shù)倍或其偶數(shù)倍,構型保持構型保持.(2)Fischer投影式在紙面旋轉投影式在紙面旋轉90或或270, 則構型發(fā)生變化。則構

9、型發(fā)生變化。 (3) 將將Fischer投影式投影式脫離紙面翻轉脫離紙面翻轉180,則構型則構型發(fā)生變化發(fā)生變化(4) 取代基互換位置取代基互換位置奇數(shù)次奇數(shù)次,構型構型轉變轉變.(5) 取代基互換位置取代基互換位置偶數(shù)偶數(shù)次次,構型不變。構型不變。注意模型、透視式和注意模型、透視式和Fischer投影式之投影式之間可進行下列轉換：間可進行下列轉換： 模型模型 透視式透視式 Fischer 投影式投影式 （楔前、虛后、實平面）（楔前、虛后、實平面） （橫前、豎后）（橫前、豎后）abedCadbeCdeba4.2 對映異構體的標記對映異構體的標記4.2.1 D/L相對構型標記法相對構型標記法D-

10、(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛 CH2OHCHOOHHCH2OHCHOHHOHCH3HOCOOHHCH3OHCOOH D-乳酸乳酸 L-乳酸乳酸 4.2.2 R/S絕對構型標記法絕對構型標記法(1)將手性碳原子上相連的四個不同原子或基團將手性碳原子上相連的四個不同原子或基團(a, b, c, d)按次序規(guī)則從大到小排列成序按次序規(guī)則從大到小排列成序(假定假定ab cd ) 。(2)將最低次序的原子或基團將最低次序的原子或基團(d)遠離觀察者遠離觀察者, 其余三個原子或基團面向觀察者其余三個原子或基團面向觀察者,觀察三個原觀察三個原 子或基團由大到小的順序子或基團由大到小的順序,

11、若由若由abc為順為順 時針方向旋轉的為時針方向旋轉的為R構型構型(R為拉丁文為拉丁文Rectus的的 縮寫縮寫,表示右表示右),若是逆時針方向旋轉的為若是逆時針方向旋轉的為S構構 型型(S為拉丁文為拉丁文Sinister的縮寫的縮寫,表示左表示左)。優(yōu)先順序：優(yōu)先順序：abcd觀察方向觀察方向abc，順時針，其構型為順時針，其構型為R-型型ClCH3HC2H5NH2COOHHCH3R-2-氯丁烷氯丁烷S-2-氨基丙酸氨基丙酸 R-甘油醛甘油醛 S-甘油醛甘油醛 CH2OHCHOOHHCH2OHCHOHHOCHOHCH3OHHHOCOOHHOHCOOHHCH2ClHCH3BrBrR-2-羥基丙

12、醛羥基丙醛(2R,3R)-二羥基丁二酸二羥基丁二酸（2S,3R)-1-氯氯-2,3-二溴丁烷二溴丁烷4.3.1 具有一個手性中心的分子的光學異構體具有一個手性中心的分子的光學異構體4.3 具有手性中心的分子具有手性中心的分子CH3COOHOHHCH3COOHHHOR-乳酸乳酸S-乳酸乳酸乳酸的物理性質乳酸的物理性質(+)-乳酸乳酸 53.0 +3.82。 3.79(-)-乳酸乳酸 53.0 -3.82。 3.79 物質物質 mp D20 Pka(25)()-乳酸乳酸 18.0 / 3.79 外消旋體外消旋體（racemate）將等量對映異構體的混合物稱為將等量對映異構體的混合物稱為外消旋體。外

13、消旋體。 （5）2,6-二甲基二環(huán)二甲基二環(huán) 2.2.2辛烷辛烷 （6）1,6-二甲基螺二甲基螺3.4辛烷辛烷 （6）(5)1234561. 命名下列化合物命名下列化合物 123456CH3CH3CH(CH3)2(1)3.3.寫出下列化合物的優(yōu)勢構象寫出下列化合物的優(yōu)勢構象 CH(CH3)2CH3CH3CH(CH3)2CH3H3CNO2+ HNO3(2)Br2-600C(4)NO2O2NBrBr5. 寫出下列反應的產(chǎn)物寫出下列反應的產(chǎn)物ABCC3H7CH3C2H5CH3H3CCH311 HNO3/H2SO4NO2無水AlCl3CH3ClNO2CH3KMnO4H+NO2COOHHNO3/H2SO

14、4CH3無水AlCl3CH3ClCOOHKMnO4H+NO2COOHCH3無水AlCl3CH3ClCOOHKMnO4CH3+HNO3NO2H2SO4+NO2以下寫法有何不妥？以下寫法有何不妥？4.3.2 含有兩個手性中心的含有兩個手性中心的分子的光學異構體分子的光學異構體 ( (2R,3R） （2S,3S） （2S,3R)（2R,3S)-2-羥基羥基-3-氯丁二酸氯丁二酸 對映體對映體對映體對映體非對映體非對映體OHHHClCOOHCOOHHOHHClCOOHCOOHOHHHClCOOHCOOHHOHHClCOOHCOOH1.含有兩個含有兩個不相同不相同手性碳原子的化合物手性碳原子的化合物非對

15、映體非對映體:不呈實物與鏡像關系的異構體。不呈實物與鏡像關系的異構體。含有含有一個一個手性碳原子的化合物手性碳原子的化合物,存在存在2個旋光個旋光異構體異構體,可組成一對對映體可組成一對對映體.含含兩個兩個不相同手性碳原子的化合物不相同手性碳原子的化合物,存在存在4個個旋光異構體旋光異構體,可組成兩對對映體可組成兩對對映體.含有含有n個個不相同手性碳原子的化合物不相同手性碳原子的化合物,其旋光其旋光異構體的數(shù)目為異構體的數(shù)目為2n個個,可組成可組成2n-1對對映體對對映體.由由等量對映體組成的外消旋體的數(shù)目為等量對映體組成的外消旋體的數(shù)目為2n-1個個.2. 對映體對映體同一物質，內消旋體同一

16、物質，內消旋體非對映體非對映體(2R,3R) (2S,3S)（2R,3S）HHCOOHCOOHOHHOHHCOOHCOOHOHHOHHCOOHCOOHOHOHHHOCOOHCOOHHOH內消旋體內消旋體:分子中含有多個手性碳原子，分子中含有多個手性碳原子，而分子內部有一對稱面，將偏振光的影而分子內部有一對稱面，將偏振光的影響相互抵消而無光學活性的化合物為內響相互抵消而無光學活性的化合物為內消旋體消旋體(mesomer),以以meso表示表示.內消旋體內消旋體為純凈物。為純凈物。內消旋體內消旋體內消旋體與外消旋體的區(qū)別內消旋體與外消旋體的區(qū)別內消旋體內消旋體:單一分子，純凈物。單一分子，純凈物。

17、外消旋體外消旋體:等量對映異構體的混合物。等量對映異構體的混合物。酒石酸的物理性質酒石酸的物理性質 物質物質 mp D20 (H2O) S (g/100g H2O) 狀態(tài)狀態(tài) (-)-酒石酸酒石酸 170 -12 139 純物質純物質 (+)-酒石酸酒石酸 170 +12 139 純物質純物質 ()-酒石酸酒石酸 206 / 20.9 混合物混合物 meso-酒石酸酒石酸 140 / 125 純物質純物質4.3.4 無手性碳原子的對映異構體無手性碳原子的對映異構體在有機化合物中在有機化合物中,大部分旋光性物質都含大部分旋光性物質都含有有個或多個手性碳原子個或多個手性碳原子.但人們發(fā)現(xiàn)有的但人們

18、發(fā)現(xiàn)有的化合物分子中化合物分子中沒有手性碳原子沒有手性碳原子,卻具有旋卻具有旋光性光性,存在對映異構現(xiàn)象存在對映異構現(xiàn)象,這類分子也是手這類分子也是手性分子性分子.如如:丙二烯型化合物、聯(lián)苯型化合丙二烯型化合物、聯(lián)苯型化合物物等等. 4.3.3 脂環(huán)烴的對映異構體脂環(huán)烴的對映異構體ABABABAAAAAA1. 丙二烯的立體特征丙二烯的立體特征CCCHHHHCCCHHHH兩個兩個鍵平面相互垂直；鍵平面相互垂直；當當兩端各連有不同基團兩端各連有不同基團時，存在對映異構時，存在對映異構。CCCdeab=/=/abde時有手性e=d或時無手性和a=b具有手性的分子不一定含有手性碳具有手性的分子不一定含

19、有手性碳2. 聯(lián)苯型化合物聯(lián)苯型化合物123456123456CH3NO2NO2COOHCOOHNO2NO2COOHHOOCO2N若若ab,cd,且基團半徑較大時且基團半徑較大時,存在可拆分的對映異構體存在可拆分的對映異構體.a ab bc cd da ab bc cd d( ( + + ) )或或 ( ( + + ) )a ac cb bd d0 0. .2 29 9 n nm m6,6-二硝基聯(lián)苯二硝基聯(lián)苯-2,2-二甲酸二甲酸NO2COOHNHOOCHOOCCOOCH3HH3CHC2H5CH3H3CC2H5CCCBrCH3ClCl1.2.3.4.判斷下列化合物有無旋光性判斷下列化合物有無

20、旋光性? ?4.4 立體選擇性反應和立體專一反應立體選擇性反應和立體專一反應若一個反應有若一個反應有產(chǎn)生幾種立體異構體產(chǎn)生幾種立體異構體的可能的可能,但實但實際上只生成了一種立體異構體際上只生成了一種立體異構體(或有兩種立體異或有兩種立體異構構,但但其中之一異構體占絕對優(yōu)勢其中之一異構體占絕對優(yōu)勢),此類反應稱為此類反應稱為立體選擇性立體選擇性反應反應。Ot-BuHt-BuHt-BuHLiAlH4HOHOHH+90%10%立體化學上有差別的反應物給出立體化學上立體化學上有差別的反應物給出立體化學上有差別的產(chǎn)物的反應有差別的產(chǎn)物的反應,稱為立體專一反應。稱為立體專一反應。 CCHCH3CH3HCCHCH3HH3CBr2HCH3BrCH3BrH+BrCH3HCH3HBrBr2HCH3BrCH3HBrCCl4CCl4（外消旋體）（內消旋體）立體專一反應必然是立體選擇性反應立體專一反應必然是立體選擇性反應,化學反應中的化學反應中的立體化學結果立體化學結果,是推測反應歷程的重要依據(jù)。是推測反應歷程的重要依據(jù)。 William S. Knowles for their work on chirally cataly