《高等有機(jī)化學(xué)》課程同步課件-第二章立體化學(xué)

第二章

立體化學(xué)

本章將重點(diǎn)討論構(gòu)型方面的立體化學(xué)關(guān)系和從能量角度出發(fā)對(duì)構(gòu)象加以分析,并對(duì)反應(yīng)過程中的立體化學(xué)做一簡單介紹。立體化學(xué)原子或原子團(tuán)在分子中的排列形式原子在空間的成鍵形狀和順序由此引起的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的變化分子結(jié)構(gòu)(Structure)分子構(gòu)造(Constitution)分子式相同，原子的成鍵順序不同。碳骨架異構(gòu)互變異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)官能團(tuán)位置異構(gòu)分子構(gòu)型(Configuration)對(duì)映異構(gòu)非對(duì)映異構(gòu)分子構(gòu)造相同，原子或原子團(tuán)在空間的排列不同。順反異構(gòu)非對(duì)映異構(gòu)分子構(gòu)象(Conformation)分子構(gòu)型相同，由于單鍵的自由旋轉(zhuǎn)，原子或原子團(tuán)在空間的排列不同。構(gòu)造異構(gòu)體：官能團(tuán)異構(gòu)：官能團(tuán)位置異構(gòu)互變異構(gòu)：順反異構(gòu)：對(duì)映異構(gòu)：D-(-)-乳酸mp:52.8°

L-(-)-乳酸mp:53°

構(gòu)象異構(gòu)：對(duì)位交叉鄰位交叉含有剛性結(jié)構(gòu)化合物的構(gòu)型異構(gòu)

碳氮雙鍵的化合物有亞胺（又稱西佛堿Schiffbase）、肟、腙、縮氨脲，含氮氮雙鍵的有偶氮化合物等。

具有n個(gè)C=C雙鍵的化合物，總共最多應(yīng)存在2n

個(gè)Z-E異構(gòu)體。一、雙鍵化合物的構(gòu)型異構(gòu)－順反異構(gòu)二

脂環(huán)化合物的順反異構(gòu)

順反異構(gòu)體的化合物屬于立體異構(gòu)中的非對(duì)映異構(gòu)關(guān)系，這些化合物的性質(zhì)可能相同，也可能不同。例如，順-2-丁烯和反-2-丁烯都可以和鹵化氫或鹵素發(fā)生加成反應(yīng)、和氫發(fā)生催化氫化反應(yīng)等。但它們之間的差異是不容忽視的。順-2-丁烯和反-2-丁烯和溴的加成產(chǎn)物的構(gòu)型不同就是一個(gè)簡單的例子。對(duì)映異構(gòu)

物體與其鏡像不能重疊的現(xiàn)象叫手性。兩個(gè)立體異構(gòu)體若滿足互為鏡像且不能重疊的關(guān)系，則兩者都是手性分子且互為對(duì)映異構(gòu)體。不是對(duì)映體的立體異構(gòu)體是非對(duì)映異構(gòu)體。手性分子具有旋轉(zhuǎn)偏振光平面的能力?；閷?duì)映異構(gòu)體的兩種化合物在相同的測試條件、相同的濃度下，旋轉(zhuǎn)偏振光平面的角度相同，但方向相反。旋光性是手性分子的一種性質(zhì)，手性分子的這種性質(zhì)是非常有用的，在研究反應(yīng)機(jī)理時(shí)可根據(jù)旋光的方向和大小的變化來判斷產(chǎn)物和反應(yīng)物之間的立體化學(xué)關(guān)系，從而為推導(dǎo)反應(yīng)機(jī)理提供證據(jù)。一.對(duì)映異構(gòu)(Enantiomerism)(一).分子的對(duì)稱性對(duì)稱要素：對(duì)稱軸(Cn)：

分子圍繞通過分子中心、并且垂直于分子所在平面的直線旋轉(zhuǎn)一定的角度后，同原來的分子重合，此直線為一般對(duì)稱軸。分子旋轉(zhuǎn)的角度為360°n時(shí)，稱

n重對(duì)稱軸(Cn)。C3C4C5C6n重：當(dāng)分子旋轉(zhuǎn)360°時(shí)，已經(jīng)重復(fù)了n次圍繞對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)操作。對(duì)稱平面(σ):1.所有的原子共同處于的平面2.通過分子中心，且將分子平均分成互成實(shí)物與鏡象關(guān)系的兩部分的平面請你各舉一例。對(duì)稱中心(i)：點(diǎn)分子中心等距離相同的原子交替對(duì)稱軸(Sn):反射重合

通過反射的操作，上、下方的基團(tuán)交換位置，基團(tuán)的構(gòu)型改變。垂直于對(duì)稱軸的鏡面S4α-古柯間二酸對(duì)稱分子(SymmetricMolecules)：具有σ、i、Sn

分子。非對(duì)稱分子(DissymmetricMolecules)：僅具有Cn的分子。請各舉一例不對(duì)稱分子(AsymmetricMolecules)：不含有任何對(duì)稱要素的分子。[α]27D=+42.9°[α]27D=-42.9°非對(duì)稱分子不對(duì)稱分子手性分子(Chiralmolecule)對(duì)映體旋光活性手性分子一定不含有σ,i,S4（二）.含有一個(gè)手性中心的分子[α]5D=+52°[α]5D=-52°(±)-乳酸在非手性條件下反應(yīng)產(chǎn)物－外消旋體手性中心：C、N、S、P或其它雜原子：手性中心旋光活性[α]25D=-0.56金剛烷橋頭C原子1,3,5,7位不同基團(tuán)旋光活性手性中心相當(dāng)于溴代丙酸手性中心－N原子：不同取代開鏈?zhǔn)灏贩肿硬痪哂行饣钚裕?/p>

兩種對(duì)映體因快速翻轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致消旋。手性中心－其它雜原子：[α]27D=+92.4°[α]D=+16.8°▲N為手性中心：不能拆分胺胺的氧化物季銨鹽離子能拆分

對(duì)于橋環(huán)叔胺，因氮原子處于環(huán)上，使翻轉(zhuǎn)受到阻礙，對(duì)映體間不能相互轉(zhuǎn)換，因此可拆分成一對(duì)對(duì)映體。

如Trōger堿有兩個(gè)手性氮原子，被一個(gè)亞甲基（—CH2—）橋固定，無法翻轉(zhuǎn)，可用乳糖柱拆分得到室溫下穩(wěn)定的一對(duì)對(duì)映體。

▲P、As為手性中心：

當(dāng)磷原子上所連的三個(gè)不同基團(tuán)的重量增加時(shí)，將減慢鍵的翻轉(zhuǎn)頻率，因而有可能拆分為光學(xué)異構(gòu)體。例如:甲基正丙基苯基膦已拆分得到穩(wěn)定的左旋體和右旋體。

膦的氧化物和季鏻化合物等也已拆分得到單旋體。

膦的氧化物季鏻鹽同理，胂及胂的氧化物和季鉮化合物等也已拆分得到單旋體。

胂季鉮鹽▲S為手性中心:如：三.含兩個(gè)（或多個(gè)）手性中心的分子(2R,3S)(2S,3R)(2R,3R)(2S,3S)赤（蘚〕型(ery-)：相同原子或基團(tuán)碳鏈同側(cè)Fischer投影式：氧化態(tài)高的基團(tuán)在上端。蘇（阿〕型(threo-):相同原子或基團(tuán)碳鏈異側(cè)D-赤蘚糖L-赤蘚糖L-蘇阿糖D-蘇阿糖

含有兩個(gè)相同手性碳原子的化合物有三種構(gòu)型異構(gòu)體.

含有兩個(gè)不同手性碳原子的化合物有22個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體.

含有n個(gè)手性碳原子的化合物至多有2ｎ個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體，少于2ｎ個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體是由于相同的手性中心產(chǎn)生的內(nèi)消旋體所至。

非對(duì)映體(Diastereomers)：不是對(duì)映體的立體異構(gòu)體。結(jié)構(gòu)特征：至少在一個(gè)不對(duì)稱中心上具有相同的結(jié)構(gòu)，至少在一個(gè)不對(duì)稱中心上具有不同的結(jié)構(gòu)。物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)不同如前(I)與(III)、(II)與(IV)內(nèi)消旋體(meso)：兩個(gè)相同的手性中心，構(gòu)型相反。(V)、(VI)為內(nèi)消旋體的兩種表示

非對(duì)映異構(gòu)關(guān)系

不是物體與其鏡象關(guān)系的立體異構(gòu)體是非對(duì)映異構(gòu)體。非手性碳假手性稱碳(2R,4R)-2,3,4-三羥基戊二酸(2S,4S)-2,3,4-三羥基戊二酸(2R,3s,4S)-2,3,4-三羥基戊二酸(2R,3r,4S)-2,3,4-三羥基戊二酸三羥基戊二酸含有三個(gè)手性碳原子的化合物而若這兩個(gè)取代基構(gòu)型不同時(shí)，則該碳原子就可以稱為手性碳原子，但這個(gè)手性碳對(duì)于分子的旋光性沒有貢獻(xiàn)，故稱（A）為假手性碳原子。假手性碳原子的構(gòu)型用小r,小s表示。在順序規(guī)則中，R優(yōu)先于S，順優(yōu)先于反。一個(gè)碳原子（A）若和兩個(gè)相同取代的手性碳原子相連而且當(dāng)這兩個(gè)取代基構(gòu)型相同時(shí)，該碳原子為對(duì)稱碳原子（非手性碳），環(huán)狀化合物的對(duì)映異構(gòu)反式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)順式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體內(nèi)消旋體mp:130°反式(+)異構(gòu)體mp:175°反式(-)異構(gòu)體mp:175°對(duì)映體對(duì)內(nèi)消旋體反式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)不含手性中心的手性分子分子中沒有手性中心端位上連接的基團(tuán)處于垂直平面1，手性軸偶數(shù)累積雙鍵螺環(huán)環(huán)外雙鍵聯(lián)苯型（A）偶數(shù)累積雙鍵VontHoff（荷蘭）Bel（法）（1901年諾貝爾獎(jiǎng)）實(shí)例：a=苯基，b=萘基，1935年拆分。如：問題：若化合物有奇數(shù)累積雙鍵，是否存在手性軸？為什么？請回答：（B）螺環(huán)型（C）環(huán)外雙鍵（1909年拆分）[]D=81.4o(乙醇)25

類似于丙二烯型，該類化合物也存在手性軸，是手性分子。C原子與X1（或X3）的中心距離和C原子與X2（或X4）的中心距離之和超過290pm，那么在室溫（25oC）以下，這個(gè)化合物就有可能拆分成旋光異構(gòu)體。C-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）（D)聯(lián)苯型C-NO2與C-NO2384pmC-NO2與C-CH3365pm由于位阻太大引起的旋光異構(gòu)體稱為位阻異構(gòu)體。有旋光性除了考慮基團(tuán)的大小，還要考慮基團(tuán)的形象反應(yīng)溫度：118。X=CH3NO2COOHOCH3消旋化t1/21.501.921.561.45179分125分91分9.4分半衰期越短，說明旋轉(zhuǎn)的阻力越小。I>Br>>CH3>Cl>NO2>COOH>>NH2>OCH3>OH>F>H阻轉(zhuǎn)能力下降旋光異構(gòu)體在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)發(fā)生消旋。◆請判斷下列分子是否有手性：②有沒有③①?zèng)]有⑤⑥有沒有④有有手性軸化合物的構(gòu)型標(biāo)示從手性軸的方向觀察手性分子，將雙鍵上的四個(gè)原子或基團(tuán)進(jìn)行投影，離眼睛近的兩個(gè)基團(tuán)連成實(shí)線，離遠(yuǎn)的兩個(gè)基團(tuán)連成虛線，實(shí)線與虛線交叉。然后先將實(shí)線上的兩個(gè)基團(tuán)按“次序規(guī)則”排出優(yōu)先次序1和2，再將虛線上的兩個(gè)基團(tuán)按“次序規(guī)則”排出優(yōu)先次序3和4，最后按從1→2→3順序排列：走向是順時(shí)針——R構(gòu)型逆時(shí)針——S構(gòu)型例如：從左側(cè)觀察→←從右側(cè)觀察①②③④①②③④(R)-1,3-二氯丙二烯左右觀察結(jié)果一致問題：判斷構(gòu)型并命名1.2.(S)-1-氯-1,2-丁二烯(S)-6-溴螺[3.3]庚烷-2-甲酸n=8，可拆分，光活體穩(wěn)定。n=9，可拆分，95.5oC時(shí)，半衰期為444分。n=10，不可拆分。把手型化合物2,手性面n=4m=4可拆分43oCn=8半衰期170分。蒄（無手性）六螺并苯（有手性）其它有手性面的旋光異構(gòu)體有手性面的化合物的構(gòu)型標(biāo)示1.選手性面含原子數(shù)最多的面2.選擇引示原子所選的手性面外與手性面直接相連的、按次序規(guī)則最優(yōu)先的原子,稱為引示原子（P原子）。3.選A原子手性面內(nèi)與引示原子直接相連的、按次序規(guī)則最優(yōu)先的原子4.選B原子手性面內(nèi)與A原子相連的、按次序規(guī)則最優(yōu)先的原子5.選C原子

手性面內(nèi)與B原子相連的、按次序規(guī)則最優(yōu)先的原子

6.

從引示原子的方向看手性面面中的A、B、C三原子的排列順序，順時(shí)針為R，逆時(shí)針為S從P原子處觀察A→B→C的順序：走向?yàn)轫槙r(shí)針——R構(gòu)型逆時(shí)針——S構(gòu)型例如：選連羧基的苯環(huán)平面為手性面，然后依次找出p原子和a、b、c原子。pABCS引示原子（P原子）A原子B原子C原子

從引示原子的方向看手性面，A、B、C三個(gè)原子的排列為順時(shí)針，所以這個(gè)化合物的構(gòu)型為R型PABCPABC碳碳雙鍵的平面就是手性面從P原子方向看手性面，A、B、C為逆時(shí)針排列。構(gòu)型為S從P原子方向看手性面，A、B、C為順時(shí)針排列。構(gòu)型為R請判斷下列化合物的構(gòu)型：選擇苯環(huán)所在平面為手性面。有2個(gè)P原子。pp因此有2組a、b、c原子。abcabc結(jié)論是一致的SS

有旋光性的左旋體或右旋體轉(zhuǎn)變成無旋光的外消旋體的過程，稱為“外消旋化”。外消旋化和差向異構(gòu)化

當(dāng)旋光分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上手性碳時(shí),若只有一個(gè)手性碳發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變,而其它手性碳構(gòu)型不變,就形成了差向異構(gòu)體,而形成差向異構(gòu)體的過程稱為“差向異構(gòu)化”。外消旋化

一個(gè)純的光活性物質(zhì)，如果體系中的一半量發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化，就得外消旋體，這種由純的光活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥庀w的過程稱為外消旋化。如果構(gòu)型轉(zhuǎn)化未達(dá)到半量，就叫部分外消旋化。經(jīng)過碳正離子的外消旋化

芐基醇類化合物在酸的作用下，容易離解為平面結(jié)構(gòu)的碳正離子，當(dāng)其重新結(jié)合時(shí)，可以同等機(jī)會(huì)在平面的兩側(cè)與水結(jié)合成為原來的化合物和其對(duì)映體，結(jié)果得到外消旋體。

含有手性碳原子的化合物，若手性碳很容易形成正碳離子、負(fù)碳離子、自由基等中間體時(shí)，常會(huì)發(fā)生外消旋化。H+-H+-H+H+-H2O-H2OH2OH2O60-70oC4小時(shí)（+）-腎上線素（無藥效）（-）-腎上線素（有藥效）H+例2.麻黃堿在提取過程中，將形成大量的副產(chǎn)物偽麻黃堿，是因?yàn)樵谒嵝越橘|(zhì)中加熱，麻黃堿會(huì)發(fā)生差向異構(gòu)化，而得到麻黃堿和偽麻黃堿的混合物（2對(duì)對(duì)映體）。平衡時(shí)：42%58%(-)-麻黃堿(+)-偽麻黃堿注意：差向異構(gòu)化后，無論組分的組成各占多少，體系都是旋光性的，因?yàn)檫€有至少1個(gè)手性碳構(gòu)型前后無變化。

含手性碳的化合物，若手性碳上的氫在酸或堿的催化作用下，易發(fā)生烯醇化，在烯醇化的過程中常會(huì)發(fā)生外消旋化。經(jīng)烯醇化發(fā)生的外消旋化。D-(-)-乳酸L-(+)-乳酸L(-)-四咪唑是腸道驅(qū)蟲藥“驅(qū)蟲凈”的有效成分，可由dl-四咪唑拆分得到。其中無療效的D-(+)-四咪唑可在強(qiáng)堿NaNH2或KOH作用下發(fā)生外消旋化，轉(zhuǎn)化成dl-四咪唑。如此經(jīng)過重復(fù)的拆分和外消旋化操作，可將大部分(+)-四咪唑轉(zhuǎn)變成(-)-四咪唑。其反應(yīng)中間體是碳負(fù)離子。L-（-）-四咪唑平衡時(shí),左右旋體各占50%,發(fā)生外消旋化D-（+）-四咪唑

中間體—碳負(fù)離子

具有光學(xué)活性的苦杏仁酸(扁桃酸)在鹽酸等存在下，通過中間體烯醇式而發(fā)生外消旋化。中間體—烯醇式含多個(gè)C*的化合物，使其中一個(gè)C*發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化的過程稱為差向異構(gòu)化。如果是端基的C*發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化，則稱為端基差向異構(gòu)化。薄荷酮和異薄荷酮可相互發(fā)生差向異構(gòu)化

構(gòu)型保持構(gòu)型轉(zhuǎn)化平衡時(shí)，異構(gòu)化產(chǎn)物占30%。經(jīng)過自由基的外消旋化α-氯代乙苯在常壓下蒸餾時(shí)，會(huì)發(fā)生外消旋化，其中間體是自由基。50%50%平衡時(shí)外消旋體的拆分

生物體中的酶具有很高的手性，因此像藥物等許多可受酶影響的化合物，其對(duì)映體的生理作用會(huì)表現(xiàn)出很大差異。氯霉素是左旋的，有抗菌作用，其對(duì)映體則無療效。有些旋光性藥物的對(duì)映體不但無療效，甚至有毒。例如，沙力多邁在二十世紀(jì)五十年代在歐洲曾作為鎮(zhèn)靜劑廣為使用。沙力多邁中的一種異構(gòu)體有鎮(zhèn)靜作用，另一種異構(gòu)體則有致畸作用。因此，在當(dāng)今的藥物研究開發(fā)和生產(chǎn)中提出了開發(fā)生產(chǎn)手性藥物和旋光純度的要求。

拆分—將外消旋體分離成旋光體的過程叫做“拆分”。

外消旋體是一對(duì)對(duì)映體的等量混合物，對(duì)映體除旋光方向外，其它物理性質(zhì)均相同。

用一般的物理方法（分餾、分步結(jié)晶等）不能把一對(duì)對(duì)映體分離開來。必須用特殊方法。

這種方法只適用于兩種對(duì)映體的晶體外觀上可被看出區(qū)別的外消旋混合物。這樣的外消旋體很少，應(yīng)用范圍非常窄，目前很少使用。

1.機(jī)械拆分法：LouisPasteur（1822-1895）于1848年，借助放大鏡，用鑷子成功地將外消旋的酒石酸鈉銨進(jìn)行拆分，這一發(fā)現(xiàn)為其后的立體化學(xué)打下了基礎(chǔ)。2.誘導(dǎo)結(jié)晶拆分法（晶種結(jié)晶法）

在外消旋體的飽和溶液中，加入一定量的一種旋光體的純晶體作為晶種，于是溶液中該旋光體含量多，在晶種的誘導(dǎo)下以遠(yuǎn)多于加入的量優(yōu)先結(jié)晶析出。例如:DL-氨基醇的拆分D-(-)-氨基醇L-(+)-氨基醇DL-氨基醇10g+D-氨基醇1g100mLH2O,80℃下溶解冷卻至20℃D-氨基醇結(jié)晶析出1.9g母液加入2gDL-氨基醇加熱至80℃，溶解L-氨基醇結(jié)晶析出2.1g冷卻至20℃優(yōu)點(diǎn)：該法工藝簡便，成本較低，而且效果也較好。缺點(diǎn)：其應(yīng)用必須注意選用合適的溶劑和溶劑配比，操作時(shí)的投料量和溫度等也應(yīng)嚴(yán)格控制，才能獲得較好的效果。且該法只局限于對(duì)外消旋混合物或比其單旋體的溶解度大的外消旋化合物的拆分。3.化學(xué)拆分法：

就是在外消旋體中，加入某一手性拆分劑，使一對(duì)對(duì)映體形成兩種物理性質(zhì)不同的非對(duì)映體，然后采用常規(guī)分離手段（如蒸餾、重結(jié)晶、色譜分離等）將非對(duì)映體分離。最后再分別將非對(duì)映體分解成原對(duì)映體。這種方法就稱為化學(xué)拆分法。這是最常用的方法，適用于大量的拆分。(±)-酸(-)-堿(+)-酸-(-)-堿(-)-酸-(-)-堿（混合物）(+)-酸-(-)-堿(-)-酸-(-)-堿HClHCl(+)-酸(-)-酸結(jié)晶分離例如：拆分外消旋酸（非對(duì)映異構(gòu)體）（對(duì)映體）▲拆分劑應(yīng)具備的條件1.拆分劑與被拆分的外消旋體之間易發(fā)生反應(yīng)，形成新的化合物—非對(duì)映體，后者又易被分解成原來的對(duì)映體。2.

所形成的非對(duì)映體至少有一個(gè)必須能形成好的晶體，且兩個(gè)非對(duì)映體在溶解度上有可觀的差別。3.拆分劑的旋光純度應(yīng)盡量高。（因?yàn)椴鸱值玫降男怏w純度超不過所用的拆分劑）4.

拆分劑應(yīng)是廉價(jià)的，或容易制備的，或容易接近定量回收的。（拆分劑的價(jià)格直接影響拆分的成本）▲拆分劑的選擇1.

外消旋堿——手性酸作拆分劑常用的酸拆分劑有：酒石酸、蘋果酸和樟腦--磺酸等。2.

外消旋酸——手性堿作拆分劑常用的堿拆分劑（主要是生物堿）有：奎寧、番木鱉堿、馬錢子堿、辛可寧堿等。外消旋醇——（1）能與醇形成酯的手性試劑作拆分劑如：酒石酰苯胺酸、3-萜氧乙酰氯、異氰酸薄荷酯等。酒石酰苯胺酸3-萜氧乙酰氯異氰酸薄荷酯（2）在醇分子中引入酸性基團(tuán)，然后按拆分酸的方法進(jìn)行拆分。如：先使醇與丁二酸酐或鄰苯二甲酸酐作用生成酸性酯，然后再選擇手性堿作拆分劑來拆分。這樣就將外消旋醇的拆分轉(zhuǎn)化成了外消旋酸的拆分。4.

外消旋醛酮——手性酰肼、氨基脲等作拆分劑酒石酰胺酰肼3-萜肼3-萜氨基脲如：4.微生物拆分法（或生物化學(xué)拆分法）：

生物體中的酶或細(xì)菌等具有旋光性，當(dāng)它們與外消旋體作用時(shí)，具有較強(qiáng)的選擇性，即只對(duì)對(duì)映體中的一種異構(gòu)體有分解作用，而留下另一對(duì)映體，這樣就可分離出沒被分解的這一對(duì)映體。

在外消旋酒石酸銨中加入青青酶進(jìn)行發(fā)酵，(+)-酒石酸銨逐漸被消耗，留下(-)-酒石酸銨，然后從發(fā)酵液中分離出純的(-)-酒石酸銨。例如：例如：5.色譜法（或選擇吸附拆分法）：

目前各種色譜法已在外消旋體的拆分中廣泛應(yīng)用。此法利用某種旋光性物質(zhì)作吸附劑，使之與外消旋體形成兩種非對(duì)映體的吸附物，它們的穩(wěn)定性不同，一個(gè)吸附得較牢固，另一個(gè)吸附得較松散，結(jié)果在洗脫時(shí)，后者較易通過吸附柱而先被洗脫，從而達(dá)到拆分的目的。常用的吸附劑有：石英粉、淀粉、蔗糖、乳糖以及特殊制備的硅膠等。紙色譜吸附劑也可選用纖維素、藻酸硅膠等。例1：拆分DL-丙氨酸，以淀粉為吸附劑，水作洗脫劑，則D-丙氨酸先被洗脫。例2：拆分外消旋脯氨酸，用氯仿作洗脫劑，通過乳糖柱時(shí)，R-脯氨酸先被洗脫。例3：拆分DL-苦杏仁酸，以D-(+)酒石酸處理的氧化鋁（二者比例是0.45:1）作吸附劑，1:1的石油醚和丙酮溶液或氯仿丙酮溶液作洗脫劑，則L-(+)苦杏仁酸先被洗脫。構(gòu)象與構(gòu)象分析

構(gòu)象：是立體異構(gòu)中的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)層次，是在構(gòu)造、構(gòu)型確定的基礎(chǔ)上因?yàn)閱捂I的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子或原子團(tuán)在空間的排列。構(gòu)象分析：對(duì)與構(gòu)象相關(guān)的“能量－含量”關(guān)系的確定，以及與化學(xué)和物理性質(zhì)的關(guān)系的研究等，被統(tǒng)稱為構(gòu)象分析。

一

開鏈飽和體系的構(gòu)象

1乙烷的構(gòu)象

在乙烷分子中，碳?xì)洇益I的旋轉(zhuǎn)不會(huì)引起分子幾何形狀的任何改變，因而與分子幾何形狀密切相關(guān)的能量也不會(huì)發(fā)生變化。但是，碳碳σ鍵的旋轉(zhuǎn)將會(huì)引起分子幾何形狀的改變，這種幾何形狀的改變則將伴隨著能量的變化。顯然，在σ鍵旋轉(zhuǎn)引起的分子幾何形狀的改變但不改變分子的構(gòu)型的前提下，構(gòu)象中的能量變化的本質(zhì)必然是由非鍵相互作用而引起的。

乙烷分子中碳碳σ鍵的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生許多種構(gòu)象，這些構(gòu)象的能量與扭轉(zhuǎn)角成函數(shù)關(guān)系（請參見基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容）。當(dāng)一個(gè)碳原子上的氫原子與另一個(gè)碳原子上的氫原子的距離最近即三對(duì)氫原子相互重疊（兩面角ψ為00,1200,2400,3600）時(shí)，最不穩(wěn)定，能量最高的是重疊式構(gòu)象。當(dāng)氫原子間的距離最遠(yuǎn)（ψ為６００、１８００、３０００、）時(shí)，能量最低、最穩(wěn)定，為交叉式構(gòu)象。一般常認(rèn)為重疊式構(gòu)象的不穩(wěn)定性是由于重疊的原子或基團(tuán)的距離小于vanderWaals（范得華）半徑所引起的空間張力造成的。重疊式構(gòu)象的能量比交叉式的高11.7-12.1KJ/mol2正丁烷的構(gòu)象

3其它開鏈體系的構(gòu)象

化合物旋轉(zhuǎn)能障（KJ/mol）烷烴

CH3—CH3

12.1CH3—CH2CH314.2CH3—CH(CH3)216.3CH3—C(CH3)319.7鹵乙烷

CH3—CH2F13.8CH3—CH2Cl15.4CH3—CH2Br15.4CH3—CH2I13.4化合物旋轉(zhuǎn)能障（KJ/mol）雜原子取代物

CH3—SiH37.1CH3—NH28.3CH3—NHCH315.1CH3—OH4.5CH3—OCH311.3鄰位交叉效應(yīng):若只從范德華排斥作用考慮，對(duì)位交叉式構(gòu)象應(yīng)占優(yōu)勢，但這兩個(gè)化合物卻都是鄰位交叉式構(gòu)象占優(yōu)勢。

將其原因歸結(jié)為有氫鍵生成產(chǎn)生的穩(wěn)定作用，并不能得到合理解釋，尚難以被普遍接受。1,2-二氟乙烷并不能形成分子內(nèi)氫鍵。

將這種有利于形成鄰位交叉式優(yōu)勢構(gòu)象為優(yōu)勢構(gòu)象的效應(yīng)稱為鄰位交叉效應(yīng)。

已經(jīng)證實(shí)乙二醇的優(yōu)勢構(gòu)象也為鄰位交叉式，這顯然是由分子內(nèi)氫鍵引起的。二

環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象

１．環(huán)己烷的構(gòu)象在一個(gè)分子內(nèi)，除了前面介紹過的扭轉(zhuǎn)張力和非鍵相互作用外，還存在著偏離正常鍵角產(chǎn)生的角張力；偏離正常鍵長產(chǎn)生的鍵張力。在環(huán)己烷所有的可能的構(gòu)象中，能同時(shí)滿足正常的鍵長和鍵角，又能使非極性基團(tuán)盡可能相互遠(yuǎn)離的構(gòu)象只能是椅式構(gòu)象。因此，椅式構(gòu)象是環(huán)己烷的優(yōu)勢構(gòu)象。船式構(gòu)象雖能滿足正常的正四面體鍵角，但非極性基團(tuán)間嚴(yán)重重疊，只能是一種不穩(wěn)定的極端構(gòu)象。椅式之間可以通過碳碳鍵的旋轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)化，將這種轉(zhuǎn)化稱為構(gòu)象翻轉(zhuǎn)。2一取代環(huán)己烷衍生物的構(gòu)象

一取代環(huán)己烷的取代基在ａ鍵和ｅ鍵上就是兩種不同的構(gòu)象。兩個(gè)構(gòu)象異構(gòu)體可通過構(gòu)象翻轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)化。兩者的穩(wěn)定性也不一樣。對(duì)于甲基環(huán)己烷來說，ａ鍵甲基構(gòu)象翻轉(zhuǎn)為e鍵甲基構(gòu)象的ΔG0約為7.5KJ/mol，在常溫下達(dá)到平衡時(shí)，甲基在e鍵上的約占95%，在a鍵上的約占5%。這是因?yàn)榧谆冢彐I上的類似于正丁烷的構(gòu)象中的對(duì)位交叉式、在ａ鍵上的類似于正丁烷的鄰位交叉式結(jié)構(gòu)片斷。構(gòu)象能

（取代基處于ａ鍵上和ｅ鍵上的能量差）

甲基和乙基的構(gòu)象能都較小，所以甲基或乙基在a鍵和e鍵能量差別不大，異丙基的比乙基和甲基略大，但它可通過和環(huán)之間相連的鍵的旋轉(zhuǎn)，最大限度的減小與1,3-直立鍵間的相互排斥作用。但是，叔丁基做不到這一點(diǎn)，因而叔丁基一般總是處在ｅ鍵上。表2-2是一些取代基的構(gòu)象能ΔG0。

構(gòu)象能構(gòu)象能CH37.1O-CO-CH32.5NHCOCH36.4CF38.8O-SO2C6H4CH3(p)2.1NH38.0C27.3OCH32.5N(CH3)28.8i-C3H79.0OC2H53.8

N(CH3)310.1t-C4H923.1CO2H5.7

構(gòu)象能構(gòu)象能SH3.8C6H513.0CO2C2H55.3SCH32.9Cl,Br,I1.7NO24.6HgBr0

3二取代環(huán)己烷的構(gòu)象

二取代環(huán)己烷的構(gòu)象比一取代的要復(fù)雜的多。若兩個(gè)取代基不在同一個(gè)碳原子上，二取代環(huán)己烷的立體異構(gòu)體不僅涉及到構(gòu)象，還涉及到構(gòu)造和構(gòu)型。也就是說，在構(gòu)造確定的基礎(chǔ)上才能談?wù)摌?gòu)型，在構(gòu)型確定的基礎(chǔ)上才能談?wù)摌?gòu)象問題。一般討論較為復(fù)雜分子的立體化學(xué)或構(gòu)象問題也是這樣，先討論和確定分子的構(gòu)造——其次討論和確定分子的構(gòu)型——最后討論和確定分子的構(gòu)象。例如，1,2-二甲基環(huán)己烷和1,3-二甲基環(huán)己烷互為構(gòu)造異構(gòu)體（構(gòu)造異構(gòu)中的位置異構(gòu)）；順-1,2-二甲基環(huán)己烷和反-1,2-二甲基環(huán)己烷互為構(gòu)型異構(gòu)體（順反異構(gòu)或幾何異構(gòu)）

一般，對(duì)二取代和多取代環(huán)己烷衍生物來說，若沒有其它因素的參與，取代基盡可能處在ｅ鍵上，尤其對(duì)烷基是這樣。但是還要強(qiáng)調(diào)，對(duì)其它非烷基取代基，具體情況要具體分析。

反-1,3-二叔丁基環(huán)己烷若采取椅式構(gòu)象，勢必有一個(gè)叔丁基要處在ａ鍵上，這樣的構(gòu)象存在著很強(qiáng)的1,3-直立鍵相互排斥作用，為了緩解這種排斥作用造成的能量升高，通過環(huán)上碳碳鍵間的旋轉(zhuǎn)，環(huán)翻轉(zhuǎn)為船式以使兩個(gè)叔丁基基都處在有利的位置上。4其它碳環(huán)的構(gòu)像

主要是環(huán)丙烷和環(huán)丁烷（小環(huán)）、環(huán)戊烷和環(huán)庚烷（普通環(huán)）的構(gòu)象。小環(huán)的特點(diǎn)是角張力和扭轉(zhuǎn)張力很大；普通環(huán)的張力較?。ㄈ绛h(huán)己烷），構(gòu)象多受扭轉(zhuǎn)因素的影響；在中環(huán)（環(huán)辛烷到環(huán)十一烷）中，取代基之間的跨環(huán)范德華相互作用對(duì)構(gòu)象有重要影響。環(huán)丁烷類化合物

可能有兩種構(gòu)象，平面型和折疊型。一般的折疊型為穩(wěn)定的構(gòu)象

但特殊情況下，也可能是平面型為主，如用Ｘ射線衍射法測得，反式-1,3-環(huán)丁烷二羧酸在結(jié)晶狀態(tài)下為平面四元環(huán)。環(huán)戊烷的構(gòu)象

環(huán)戊烷的五個(gè)碳原子在同一平面上，則基本上沒有角張力，但五個(gè)Ｃ－Ｃ鍵的重疊構(gòu)象所引起的扭轉(zhuǎn)張力將很高。因此，環(huán)戊烷是非平面的，其兩種優(yōu)勢構(gòu)象分別為信封式和半椅式。

環(huán)庚烷的椅式和船式構(gòu)象

九個(gè)以上的碳環(huán)化合物，隨著碳原子數(shù)目的增多，其構(gòu)象問題愈來愈復(fù)雜，可以加以討論和計(jì)算的構(gòu)象數(shù)目也愈來愈多，但對(duì)于偶數(shù)碳環(huán)化合物來說，卻出現(xiàn)了一個(gè)十分簡單而有趣的事實(shí)，那就是最穩(wěn)定的構(gòu)象相當(dāng)于能按金剛石晶格描繪出輪廓的那種構(gòu)象。５稠合脂環(huán)化合物

僅以十氫化萘為例來看一看它們的立體化學(xué)問題。十氫化萘有順式和反式之分，兩者互為構(gòu)型異構(gòu)體。兩者的優(yōu)勢構(gòu)象均可看作由兩個(gè)環(huán)己烷的椅式構(gòu)象稠合而成，順-十氫化萘是由一個(gè)環(huán)的ａ鍵和一個(gè)ｅ鍵分別與另一個(gè)環(huán)的一個(gè)ｅ鍵和一個(gè)ａ鍵稠合而成；其反式異構(gòu)體則是兩個(gè)環(huán)各用兩個(gè)ｅ鍵稠合而成。6雜環(huán)化合物

雜原子引入六員環(huán)引起的最顯著變化是鍵長和鍵角的改變。C—O、C—N和C—S鍵長分別是0.143、0.147和0.182nm，前兩個(gè)比C—C鍵長0.154nm短，后一個(gè)比鍵長C—C長。雜原子鍵角C—N—C約108O，比C—C—C鍵角109.5O略小，C—S—C鍵角最小，約為100o，而C—O—C鍵角約為111o，比C—C—C鍵角大。

僅對(duì)含O、N、S雜原子的六員雜環(huán)化合物作一簡要介紹。

六員雜環(huán)化合物四氫吡喃、二氧六環(huán)、哌啶、哌嗪、嗎啉和四氫噻喃等的最穩(wěn)定的構(gòu)象都很像環(huán)己烷的椅式構(gòu)象，只是鍵長和鍵角要適應(yīng)相應(yīng)的雜原子略作改變，而且這些六員雜環(huán)椅式構(gòu)象都比環(huán)己烷的椅式構(gòu)象折疊程度大一些。

六員雜環(huán)化合物的另一重要特點(diǎn)是vanderWaals力減小了?？赡苁荗、N、S分別是二和三配位，減少了1，3-直立氫的排斥作用。如順式-2-甲基-5-叔丁基-1，3-二氧六環(huán)的優(yōu)勢構(gòu)象是叔丁基位于直立鍵，這顯然可歸因于叔丁基位于直立鍵時(shí)不存在1，3-直立氫的排斥作用。

在1，3-二氧六環(huán)中，2-烷基取代的構(gòu)象能比環(huán)己烷中的大，平伏鍵取向的優(yōu)勢更明顯，是由于4，6-直立氫的排斥作用因C—O鍵比C—C鍵短而加??；而在1，3-二硫六環(huán)中，2-烷基取代的構(gòu)象能卻比環(huán)己烷的構(gòu)象能略低，原因也是由于4，6-直立氫的排斥作用因C—S鍵比C—C鍵長而略微緩減。

Y=O

2-烷基平伏鍵取向的

優(yōu)勢更明顯

Y=S

2-烷基平伏鍵取向的

優(yōu)勢略微降低

5-羥基-1，3-二氧六環(huán)的優(yōu)勢構(gòu)象是羥基位于直立鍵，因?yàn)橹挥性诹u基直立式構(gòu)象中才可能形成分子內(nèi)氫鍵，以穩(wěn)定該構(gòu)象。

在糖衍生物的立體化學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)吸電基如鹵原子、羥基、烷氧基、酰氧基取代在C（1）位時(shí)，取代基為直立鍵的構(gòu)象較穩(wěn)定，占優(yōu)勢；這些強(qiáng)吸電基的2-取代四氫吡喃衍生物也有類似現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為異頭效應(yīng)（anomericeffect）。異頭效應(yīng)實(shí)際上是前面提到的鄰位交叉效應(yīng)在雜環(huán)化合物中的特例。一種解釋認(rèn)為平伏式構(gòu)象的偶極-偶極相互作用使平伏式構(gòu)象在平衡中比較不利。

環(huán)狀的D-吡喃葡萄糖有α-和β-兩種穩(wěn)定的構(gòu)象式，α-D-葡萄糖的半縮醛羥基是直立鍵，β-D-葡萄糖的半縮醛羥基是平伏鍵。兩種構(gòu)象式都廣泛存在于自然界，直鏈淀粉和支鏈淀粉都是以α-D-葡萄糖為單位縮合的天然高分子產(chǎn)物，纖維素則是以β-D-葡萄糖為單位縮合的天然高分子產(chǎn)物。

圓二色譜（CircularDichroism，CD）與旋光譜（OpticalRotatoryDispersion，ORD）圓二色譜

按Fresnel假說，平面偏振光這一直線簡諧運(yùn)動(dòng)可以分解為兩個(gè)振幅相同、周期相同、方向相反的圓運(yùn)動(dòng)。也就是說，這兩個(gè)圓運(yùn)動(dòng)可以合成為一個(gè)直線的平面偏振光。

在通過非旋光性物質(zhì)時(shí)，左旋圓偏振光與右旋圓偏振光的傳播速度相同，因而又合成為原來的圓偏振光。非旋光性物質(zhì)中平面偏振光的合成

但在通過旋光性物質(zhì)時(shí)，左、右旋偏振光的傳播速度不同，如在一右旋光物質(zhì)中，右旋偏振光比左旋偏振光傳播速度快，通過此物質(zhì)后，左、右旋偏振光合成出的平面偏振光就比原平面偏振光相差一定的角度，就是旋光度α。旋光性物質(zhì)中平面偏振光的合成

這兩個(gè)圓偏振光在旋光性物質(zhì)中，不但傳播速度不同，而且被吸收的程度也不同，這一性質(zhì)稱為圓二色性。吸收系數(shù)之差Δε=εL-εR

這個(gè)Δε在溫度、溶劑等都固定的情況下，只與波長有關(guān)。如果以Δε對(duì)波長做圖，就得到CD譜。旋光譜

圓偏振光的傳播速度不同，是因?yàn)檎凵渎实牟顒e，即nL≠nR。即旋光性物質(zhì)對(duì)左旋偏振光與右旋偏振光的折射率有差別。而不同波長的光的折射率（在同一物質(zhì)中）的差別也不同。因此在不同波長的光中，旋光度α不同。α=π/λ（nL－nR）

即α是λ的函數(shù)。以[α]或[M]對(duì)波長作圖，就得到ORD譜線。正常的CD譜線就是一個(gè)直線。

正常的ORD譜線有正性與負(fù)性的從長波移向短波，譜線上升，為正性，反之為負(fù)性。正常的ORD譜線

對(duì)于不含發(fā)色團(tuán)的化合物，在這一光區(qū)無吸收，只顯示正常的譜線。當(dāng)分子中存在發(fā)色團(tuán)時(shí)，在其λmax處出現(xiàn)“反?！?，這稱為“Cotton效應(yīng)”。(+)Cotton效應(yīng)（ORD）（-）Cotton效應(yīng)（ORD）(+)Cotton效應(yīng)（ＣＤ）（-）Cotton效應(yīng)（ＣＤ）注意：（１）在同一波長處，ＣＤ的最大值與ORD的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。（２）二者的正負(fù)性相同。Cotton效應(yīng)的正負(fù)與化合物的立體結(jié)構(gòu)相關(guān)。

如上述兩化合物，反式10-甲基-2-萘烷酮在300nm處出現(xiàn)正性Cotton效應(yīng)；而順式異構(gòu)體則在300nm處出現(xiàn)負(fù)Cotton效應(yīng)。飽和環(huán)酮類化合物的八區(qū)律：八區(qū)律是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的規(guī)律。

三個(gè)坐標(biāo)軸將整個(gè)空間分成八個(gè)區(qū)域，將羰基碳原子放在坐標(biāo)原點(diǎn)，羰基氧原子放在Z軸正方向，將Z坐標(biāo)為正的四個(gè)區(qū)稱為前四區(qū)，Z坐標(biāo)為負(fù)的四個(gè)區(qū)稱為后四區(qū)。

各區(qū)按三個(gè)坐標(biāo)的代數(shù)積有（+）和（-）之分。前四區(qū)為后四區(qū)為：環(huán)酮分子中其余的基團(tuán)主要分布在后四區(qū)。這個(gè)正或負(fù)與環(huán)酮Cotton效應(yīng)的正負(fù)對(duì)應(yīng)相關(guān)。環(huán)己酮在后四區(qū)上的投影為：各碳原子上的基團(tuán)處于正區(qū)則對(duì)Cotton效應(yīng)的貢獻(xiàn)為正，處于負(fù)區(qū)貢獻(xiàn)則為負(fù)，在坐標(biāo)軸上時(shí)貢獻(xiàn)為0。

在正區(qū)的基團(tuán)相對(duì)數(shù)目越多，則（+）Cotton效應(yīng)的振幅就越大；同樣在負(fù)區(qū)的基團(tuán)越多，其（-）Cotton效應(yīng)的振幅也越大。6e和2e處于X軸上，4a和4e處于Y軸上。例1：為（+）的Cotton效應(yīng)，推斷其絕對(duì)構(gòu)型。AB或在后四區(qū)上的分布為應(yīng)有正的Cotton效應(yīng)的八區(qū)為這應(yīng)是負(fù)的Cotton效應(yīng)

動(dòng)態(tài)立體化學(xué)是指：按特定立體途徑進(jìn)行的化學(xué)過程，它涉及到化學(xué)鍵的斷裂、生成、試劑進(jìn)攻的方向和離去基團(tuán)的離去方式等整個(gè)過程，因而已成為現(xiàn)代立體化學(xué)的重要組成部分。動(dòng)態(tài)立體化學(xué)立體化學(xué)反應(yīng)立體專一性反應(yīng):

是指一對(duì)立體異構(gòu)體，在相同的反應(yīng)條件下，生成的產(chǎn)物仍然是立體異構(gòu)體的反應(yīng)。立體選擇性反應(yīng):

是指一個(gè)反應(yīng)可能生成幾種立體異構(gòu)體，但實(shí)際上只生成或優(yōu)先生成一個(gè)立體異構(gòu)體或一對(duì)對(duì)映體的反應(yīng)。立體專一性反應(yīng)必定是立體選擇性反應(yīng)，而立體選擇性反應(yīng)不一定是立體專一性反應(yīng)。不對(duì)稱合成一、不對(duì)稱合成效率的表示方法在引入新的手性單位的合成反應(yīng)中，得到不等量的對(duì)映體或非對(duì)映體的合成，稱為不對(duì)稱合成。

在手性條件下，反應(yīng)生成對(duì)映體的量或差向異構(gòu)體的量是不同的，為表示這種立體化學(xué)結(jié)果，常采用對(duì)映體過量百分率和立體選向百分率表示：其中[R]—R構(gòu)型為主要產(chǎn)物的百分含量

[S]—S構(gòu)型為次要產(chǎn)物的百分含量

e.e—對(duì)映體過量若S構(gòu)型為主要產(chǎn)物，則將公式中R和S互換位置即可。例如：某不對(duì)稱反應(yīng)中得到的產(chǎn)物為對(duì)映體，其中R構(gòu)型占80%，S構(gòu)型占20%，則其中[A]、[B]分別表示兩種非對(duì)映體（通常為差向異構(gòu)體）的百分含量。此式表示A為主要產(chǎn)物。例如：若[α]純=+60°，[α]測

=+48°，則%O.P.=(48/60)×100%=80%不對(duì)稱合成的立體選擇性越高，對(duì)映體過量百分率或立體選向百分率就越高，那么光學(xué)純度就越高。二、影響不對(duì)稱合成的因素1.

起始物或反應(yīng)試劑的空間位阻（試劑總是優(yōu)先從空間位阻較小的方向進(jìn)攻）。2.

溶劑（非旋光性的起始物和試劑在旋光性溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，可得到旋光性產(chǎn)物）。3.溫度（有些反應(yīng)在不同溫度下進(jìn)行時(shí)，對(duì)映體過量百分率會(huì)有較大差別）。例如：-110℃，[R]:[S]=87:13，%e.e.=74%-50℃，[R]:[S]=1:1，%e.e.=0三、不對(duì)稱合成方法進(jìn)行不對(duì)稱合成通常有以下5種方法：以手性化合物作為起始物的不對(duì)稱合成手性試劑與非手性起始物的不對(duì)稱合成不對(duì)稱催化劑作用下的不對(duì)稱合成微生物發(fā)酵和酶催化的不對(duì)稱合成5.絕對(duì)不對(duì)稱合成1.以手性化合物作為起始物的不對(duì)稱合成(1)α-碳原子為手性碳的醛酮的加成

—Cram