醫(yī)學有機化學對映異構(gòu)

醫(yī)學有機化學對映異構(gòu)一、偏振光和旋光活性光是一種電磁波，光的振動方向與其前進的方向垂直。普通光中含有各種波長的光線，可以在空間不同的平面上振動

。普通光在通過尼克爾棱鏡后形成的只在一個方向傳播的平面光叫做平面偏振光或簡稱偏振光。2023/6/242許多有機化合物能使偏振光的振動平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種能使偏振光的振動平面旋轉(zhuǎn)的性能叫做旋光性；具有旋光性的物質(zhì)叫做旋光性物質(zhì)，如乳酸、葡萄糖等。2023/6/243二、旋光度與比旋光度通常用旋光儀來測定物質(zhì)的旋光度

偏振光的振動平面被旋光性物質(zhì)旋轉(zhuǎn)的角度，稱為旋光度，用α表示。2023/6/244

1、使平面偏振光振動平面向右旋轉(zhuǎn)（順時針旋轉(zhuǎn)）的叫做右旋，用“+”表示。如從肌肉中得到的乳酸（+）－乳酸。旋光方向有左、右之分：

2、使平面偏振光振動平面向左旋轉(zhuǎn)（逆時針旋轉(zhuǎn)）的叫做左旋，用“－”表示。如從糖發(fā)酵中得到的乳酸（－）－乳酸。2023/6/245物質(zhì)的旋光度除與本身的特性有關外，還與測定時所用的溶液的濃度、盛液管長度、溫度、光波的波長以及溶劑的性質(zhì)等有關。如果把這些因素固定，不同旋光性物質(zhì)的旋光度就是一個常數(shù)。用比旋光度[α]tD表示：2023/6/246α為被測物質(zhì)的旋光度ρB是被測物質(zhì)的質(zhì)量濃度（g/mL），當被測物質(zhì)是純液體時ρB為該物質(zhì)的密度。

l

為盛液管的長度，以分米為單位D為鈉光燈光源的波長，t為測定時的溫度。比旋光度：在一定溫度下，旋光管長度為1dm，樣品濃度為1g/mL的旋光物質(zhì)，以鈉燈作光源時所測得的旋光度。2023/6/247將膽固醇樣品260mg溶于5ml氯仿中，然后將其裝滿5cm長的旋光管，在室溫（20℃）通過偏振的鈉光測得旋光度為―2.5°，計算膽固醇的比旋光度。＝―2.5°0.26g/5ml×0.5dm＝―96°2023/6/248三、旋光性與分子結(jié)構(gòu)的關系為什么有些化合物有旋光性，而有些化合物則沒有旋光性，這與化合物的結(jié)構(gòu)有關。（一）分子的手性與對映異構(gòu)體一般可從分子結(jié)構(gòu)判斷其是否具有旋光性。如乳酸其分子在空間有兩種不同的排列方式（空間構(gòu)型）：這兩個構(gòu)型看似相同，但不能重合，互為實物與鏡象的關系。2023/6/2492023/6/2410

a.

實物與鏡象不能重合的兩種異構(gòu)體，互稱為對映異構(gòu)體，簡稱對映體。凡是手性分子都具有旋光性和對映異構(gòu)現(xiàn)象。有機化合物具有手性最主要的因素是含有手性碳原子。連接四個不同的原子或原子團的碳原子叫做“手性碳原子”一般用C*表示。

b.

物質(zhì)的分子和其鏡像不能重合稱為手性，具有手性的分子稱為手性分子2023/6/2411**一般說來，因為分子中存在手性碳原子，物質(zhì)具有旋光性。2023/6/2412（二）分子的對稱性考察一個分子是否具有手性，要看是否存在對稱因素，如是否有對稱面和對稱中心。對稱面：假如有一個平面能把分子分成兩部分，其中一部分正好是另一部分的鏡象，該平面就是這個分子的對稱面。

含有對稱面的分子是非手性分子，無旋光性和對映異構(gòu)。2023/6/2413對稱性和對稱因素2023/6/2414對稱軸這種軸是通過物體或分子的一條直線，以這條直線為軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，得到的物體或分子的形象和原來的形象完全相同，這種軸稱為對稱軸。指繞軸一周，有n個形象與原形象相同。2023/6/2415對稱面某一平面將分子分為兩半，象一面鏡子，實物（一半）與鏡子（另一半）彼此可以重疊，則該平面是對稱面。2023/6/2416對稱中心分子中有一中心點，通過該點所畫的直線都以等距離達到相同的基團，則該中心是對稱中心。物質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)上具有對稱面或?qū)ΨQ中心的，就無手性，因而沒有旋光性。物質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)上即無對稱面，也無對稱中心的不對稱分子，就具有手性，有旋光性。2023/6/24175.3構(gòu)型的表示方法2023/6/24182023/6/2419R型S型2023/6/2420@費歇爾（Fischer）投影式為了便于書寫和進行比較，對映體的構(gòu)型常用費歇爾投影式表示：

2023/6/24212023/6/2422Fischer投影式投影方法:2．手性C原子上方和下方所連原子或基團朝后，連在左邊和右邊的原子或基團朝前。Fischer投影式基本原則：1．主碳鏈直立，編號較小的一端朝上。以C*為中心，橫鍵向前，豎鍵向后（橫前豎后交叉碳）2023/6/2423使用費歇爾投影式應注意的問題：：1．Fischer投影式在紙平面上旋轉(zhuǎn)180°，構(gòu)型不變。2．Fischer投影式在紙平面上旋轉(zhuǎn)90°或270°，構(gòu)型變?yōu)槠鋵τ丑w

。3．Fischer投影式離開紙平面翻轉(zhuǎn)180°，構(gòu)型改變。2023/6/2424快速判斷Fischer投影式構(gòu)型的方法：

1°當最小基團位于橫線時，若其余三個基團由大→中→小為順時針方向，則此投影式的構(gòu)型為S，反之為R。

含兩個以上C*化合物的構(gòu)型或投影式，也用同樣方法對每一個C*進行R、S標記，然后注明各標記的是哪一個手性碳原子。2°當最小基團位于豎線時，若其余三個基團由大→中→小為反時針方向，則此投影式的構(gòu)型為R，反之為S。2023/6/24252023/6/2426含有一個C*的手性分子有一對對映體。對映體之間的理化性質(zhì)相同，旋光度數(shù)相同，但旋光方向相反，生理生化作用不同。將其左旋體和右旋體等量混合后，由于旋光性相互抵消，混合物叫做外消旋體，其旋光度為0，用（±）表示。（±）乳酸@含有一個手性C原子的化合物的對映異構(gòu)5.4含手性C原子的化合物2023/6/2427@含兩個手性碳原子化合物的對映異構(gòu)

一、含兩個不同手性碳原子的化合物這類化合物中兩個手性碳原子所連的四個基團不完全相同。例如：2023/6/2428我們以氯代蘋果酸為例來討論1.對映異構(gòu)體的數(shù)目-----其Fischer投影式如下：含n個不同手性碳原子的化合物，對映體的數(shù)目有2n個2023/6/2429非對映體不呈物體與鏡象關系的立體異構(gòu)體叫做非對映體。分子中有兩個以上手性中心時，就有非對映異構(gòu)現(xiàn)象。非對映異構(gòu)體的特征：1°物理性質(zhì)不同（熔點、沸點、溶解度等）。2°比旋光度不同。3°旋光方向可能相同也可能不同。4°化學性質(zhì)相似，但反應速度有差異。2023/6/2430二、含兩個相同手性碳原子的化合物酒石酸、2，3-二氯丁烷等分子中含有兩個相同的手性碳原子。酒石酸也可以寫出四種對映異構(gòu)體2023/6/2431（3）、（4）為同一物質(zhì)，因?qū)ⅲ?）在紙平面旋轉(zhuǎn)180°即為（4）。因此，含兩個相同手性碳原子的化合物只有三個立體異構(gòu)體，少于2n個內(nèi)消旋體與外消旋體的異同相同點：都不旋光不同點：內(nèi)消旋體是一種純物質(zhì)，外消旋體是兩個對映體的等量混合物，可拆分開來。所以：含有手性碳原子的化合物，分子不一定是手性的。故不能說含手性碳原子的分子一定有手性。2023/6/24325.5不含手性碳原子化合物的對映異構(gòu)

（一）丙二烯型化合物兩端碳原子上各連兩個不同基團時，由于所連四個基團兩兩各在相互垂直的平面上，分子就沒有對稱面和對稱中心，因而有手性2023/6/2433如2，3-戊二烯就已分離出對映異構(gòu)體。2023/6/2434（二）單鍵旋轉(zhuǎn)受阻礙的聯(lián)苯型化合物2023/6/2435八、環(huán)狀化合物的立體異構(gòu)：1、環(huán)丙烷衍生物有對稱面，沒有旋光性沒有對稱面，有旋光性有旋光性有旋光性2023/6/2436物理性質(zhì)方面：a.對映異構(gòu)體旋光方向相反，其它物理性質(zhì)都完全相同。b.非對映體之間，旋光性能不同，其它物理性質(zhì)也不相同。c.外消旋體和內(nèi)消旋體無旋光性，其他物理性質(zhì)和相應的左旋體或右旋體相比也有差異。九、旋光異構(gòu)體的性質(zhì)2023/6/2437在化學性質(zhì)方面：

a.對映異構(gòu)體與非手性試劑的作用是完全相同的。b.與手性試劑作用時，或在手性溶劑或手性催化劑的作用下，二者的反應速率有所不同，在某些特殊情況下，其中的一個會根本不發(fā)生反應。c.非對映異構(gòu)體的化學性質(zhì)基本相同，但在同一反應中，反應速率不同。d.構(gòu)成生物體的有機物大都有旋光活性，所以對映體間重要的區(qū)別是，它們對生物體的作用不同。2023/6/2438生理活性：

具有旋光性的藥物分子，其藥物療效與分子的立體結(jié)構(gòu)有密切關系，往往一種立體異構(gòu)體有藥效，而它的對映體則藥效很小，甚至完全沒有藥效。例如：左旋的麻黃堿的升壓效能比右旋麻黃堿大四倍；左旋氯霉素具有殺菌作用，而右旋氯霉素則完全無效；維生素C右旋體療效顯著，左旋體無效。人體所需要的氨基酸都是L-型的，人體所需要的糖則都是D-型的。2023/6/24395.6不對稱合成立體選擇反應與立體專一反應（1）自由基反應的立體化學無光活性產(chǎn)物為外消旋體，無旋光活性2023/6/2440解釋：2023/6/2441其中：a步驟所得產(chǎn)物的構(gòu)型為（2S，3R），為內(nèi)消旋體，無光活性b步驟所得產(chǎn)物的構(gòu)型為（2S，3S），為光活性物質(zhì)因此整個體系所得產(chǎn)物有旋光活性。凡是有立體選擇性的反應，產(chǎn)物中必然有某一個立體異構(gòu)為主要產(chǎn)物。這種將分子中一個非手性中心轉(zhuǎn)化為手性中心時所得到的立體異構(gòu)體的量是不均等的，亦即使某一個立體異構(gòu)的量占優(yōu)勢的合成，叫不對稱合成。S-2-氯丁烷進行二元氯代時，是立體選擇性反應。得到非對映體的混合物，而且其中內(nèi)消旋體較多。2023/6/2442（2）親電加成反應的立體化學

實驗事實順式2-丁烯加溴得到外消旋體。2023/6/2443

2-丁烯與溴的加成的立體化學事實說明，加溴的第一步不是形成碳正離子。2023/6/2444若是形成碳正離子的話，因碳正離子為平面構(gòu)型，溴負離子可從平面的兩面進攻碳正離子，其產(chǎn)物就不可能完全是外消旋體，也可能得到內(nèi)消旋體，這與實驗事實不符。2023/6/2445用生成溴鎓離子中間體歷程可很好的解釋上述立體化學事實。2023/6/2446形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中間體（溴鎓離子），即阻礙環(huán)繞碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)，同時也限制Br–

只能從三元環(huán)的反面進攻，又因Br–

進攻兩個碳原子的機會均等，因此得到的是外消旋體。2023/6/2447反-2-丁烯與溴加成同上討論，產(chǎn)物為內(nèi)消旋體。某一立體異構(gòu)的反應物只得到某一種特定的立體異構(gòu)產(chǎn)物，這種反應叫立體專一反應。2023/6/24485.7外消旋體的拆分1、化學方法根據(jù)外消旋的性質(zhì)，顯然對合成的外消旋體不能通過普通的物理或化學方法將它分為兩個對映體。（理化性質(zhì)完全相同）通過化學方法把一對對映體與一旋光物質(zhì)反應，使生成非對映體，