第六章立体化学.

第六章立体化学StereoChemistryThalidomide（一种镇静剂）的两种异构体的不同生物学特性S-异构体强致畸作用R-异构体镇静、止痛6.1异构体的分类Classificationofisomers异构体相同的分子式构造异构不同的键的连接方式立体异构基团在空间相对位置不同构型异构异构体之间转变需破坏共价键构象异构单键旋转产生的异构对映异构不能重合的镜像异构非对映异构没有镜像异构体6.2手性和对称性ChiralandSymmetry生活中常见的手性物质手性Chiral手性Chiral：物体与其镜像不能重合的性质.非手性Achiral：物体与其镜像可以重合的性质BrClHF一氟一氯一溴甲烷是个手性分子BrClHFHFBrCl一氟一氯一溴甲烷是个手性分子一氟一氯一溴甲烷是个手性分子从其他角度看和互为对映异构体构造相同，构型不同，互为镜像的不能重合的异构体称为对映异构体（简称为对映体）一氟二氯甲烷为非手性分子非手性分子的特点对称轴非手性分子的对称性对称面对称中心手性分子既没有对称面，也没有对称中心手性中心：连接4个不同原子或基团的碳原子称为手性碳原子，用C*表示。wxyzC手性分子举例：CH3OHHC*CH2CH3CH3C*CH2CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2OHCH3C*DTH*举例柠檬烯:环上具有手性中心CH3HCCH3CH2连接在手性中心的基团分别是:—H—CH2CH2—CH2CH=—C=*举例1,2-环氧丙烷:手性中心也是环上的原子OH2CCHCH3连接在手性中心的基团分别是:—H—CH3—OCH2—CH2O*6.3手性分子的性质—光学活性PropertiesofChiralMolecules:OpticalActivity一种化合物若能使平面偏振光的方向发生偏转则其具有光学活性这一化合物一般是手性化合物或者是与其对映体的不等量混合物光学活性OpticalActivity光具有波动性，振动的振幅呈周期性的变化一般使用波长为589nm的光波进行旋光性试验此波长的波为钠灯发出的黄色光光普通光由不同波长的光组成，这些不同波长的光束在无数个垂直于其传播路线的平面内振动。平面偏振光只有在一个平面振动的光束偏振光偏振光Nicol棱镜偏振光Nicolprism偏振光只有振动方向和棱镜晶轴平行的光才能通过平面偏振光的旋转旋光物质平面偏振光的旋转平面偏振光的旋转a平面偏振光的旋转顺时针方向：右旋逆时针方向：左旋旋光度旋光仪(polarimeter)比旋光度比旋光度（specificrotation)——在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为589nm）条件下，样品管长度为1dm，样品浓度为1g•ml-1时测得的旋光度。是一物理常数右旋：“+”，左旋：“-”claaDD---钠光源，波长为589nm；T---测定温度，单位为℃a---实测的旋光度；l---样品池的长度，单位为dm；c---为样品的浓度，单位为g•ml-1。a手性化合物的特性：旋光现象对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的，一个是右旋的。所以对映异构体又称为旋光异构体对映体物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的数值相等，仅旋光方向相反。在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。等量的左旋体和右旋体的混合物称为外消旋体(racemicmixture,orracemate)，一般用（±）来表示。旋光性物理性质化学性质生理作用乳酸外消旋体不旋光mp18℃基本相同各自发挥其作用+乳酸旋光+3.82°mp53℃基本相同旋体的生理功能肌肉运动产生-乳酸旋光-3.82°mp53℃基本相同`旋体的生理功能发酵所得多数藤本植物的茎蔓是右旋的，如常见的牵牛花、扁豆、猕猴桃等等。我们吃的糖，无论是甘蔗汁制的，还是甜莱汁制的，它们的分子都是右旋的．人体内，一切氨基酸分子都是左旋的，而淀粉的分子却都是右旋的，传递遗传信息的脱氧核糖核酸(DNA)，95%以上呈右旋。6.3具有一个手性中心的对映异构ChiralMoleculeswithOneStereogenicCenters含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子。2-溴丁烷手性碳原子置于纸面，以横竖两线的交点代表手性碳原子Fischer投影式FischerProjectionsFischer投影式的书写方式竖的两基团在纸面下方，横的两基团在纸面上方含碳原子（主链）基团放在竖键上，将编号较小的碳原子置于上方竖的两基团在纸面下方，横的两基团在纸面上方.BrClFHFischer投影式的书写方式CH2CH3HBrCH3CH2CH3BrHCH3Rotate180°同一化合物CH2CH3BrHCH3CH3HBrCH2CH3投影式旋转180°同一化合物投影式旋转90°不同化合物CH2CH3BrHH3CRotate90°不同化合物CH2CH3BrHCH3手性碳原子置于纸面楔形直线代表伸出纸前虚线表示伸向纸后一般直线表示纸面上CCH3BrC2H5HCCH3BrC2H5H透视式PerspectiveprojectionCCH3HCOOHOHCCH3HHOOCHOCCH3HC2H5HOCCH3HC2H5OH常见手性分子(–)-香芹酮荷兰薄荷油(+)-香芹酮葛缕子籽油气味天冬氨酸对映异构体的气味和口感往往会有很大差别柠檬烯手性药物Chiraldrugs布洛芬（异丁苯丙酸）是具有手性的，但通常卖的都是其外消旋体，其中s异构体具有镇痛抗炎作用CH2CH(CH3)2HH3CCOCHOThalidomide镇静剂，安眠药中的一种温和的镇静剂强致畸作用6.4构型标记法TheCahnIngoldPrelogR-SNotationalSystemOHCHOCH2OHHHCHOCH2OHHOD-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D,L命名法OHCOOHCH3HHCOOHCH3HOD-(-)-乳酸L-(+)-乳酸1.将连接手性碳原子上的基团按优先次序排序.2.转动分子使其最小（最不优先）的基团处在远离你的位置.3.基团由大到小若呈顺时针排列，则其构型为R.若呈逆时针排列，则其构型为S.R,S命名法ExampleOrderofdecreasingrank:4321123412344321Example4321Orderofdecreasingrank:432顺时针R逆时针S(S)-2-丁醇COHH3CHCH3CH22-丁醇的对映异构CHOCH3HCH2CH3(R)-2-丁醇HH3CHH—CH2C=C—CH2CH2—CH3—H(R)-4-甲基环己烯快速判断Fischer投影式构型的方法1°当最小基团位于横线时，若其余三个基团由大→中→小为顺时针方向，则此投影式的构型S，反之为R。2°当最小基团位于竖线时，若其余三个基团由大→中→小为顺时针方向，则此投影式的构型R，反之为S。CH3BrHC2H5C2H5BrHH3CCH3BrHC2H5CH3HBrC2H5(S)-2-溴丁烷(R)-2-溴丁烷(S)-2-溴丁烷(R)-2-溴丁烷OHCHOCH2OHHHCHOCH2OHHO(R)-(+)-甘油醛(S)-(-)-甘油醛HCOOHCH3HOOHCOOHCH3H(R)-(-)-乳酸(S)-(+)-乳酸6.5具有两个手性中心的对映异构ChiralMoleculeswithTwoStereogenicCenters2,3-二羟基丁酸OCH3CHCHCOHHOOH23C-2RRSSC-3RSRS两个不同手性碳原子对映异构体:2R,3R和2S,3S2R,3S和2S,3RC-2RRSSC-3RSRSOCH3CHCHCOHHOOH23HOCO2HCH3HOHHRRCO2HCH3HHHOOHSS对映异构体CO2HHCH3HOHHORSCO2HCH3HOHOHHRS对映异构体[a]=-9.5°[a]=+9.5°[a]=-17.8°[a]=+17.8°异构体Isomers立体异构体stereoisomers构造异构体Constitutionalisomers非对映异构体diastereomers对映异构体enantiomersHOCO2HCH3HOHHRRCO2HCH3HHHOOHSS对映异构体CO2HHCH3HOHHORSCO2HCH3HOHOHHRS对映异构体[a]=-9.5°[a]=+9.5°[a]=-17.8°[a]=+17.8°非对映异构体非对映体Diastereomers不呈物体与镜象关系的立体异构体叫做非对映体。分子中有两个以上手性中心时，就有非对映异构现象。非对映异构体的特征：物理性质不同（熔点、沸点、溶解度等）。比旋光度不同。旋光方向可能相同也可能不同。化学性质相似，但反应速度有差异CO2HCH3Fischer投影式Fischer投影式要求：横键指向纸外，竖键指向纸内交叉式构象的各键指向方向不符合Fischer投影式要求Fischer投影式转动分子使分子中各键符合Fischer投影式要求Fischer投影式CO2HCH3OHOHHHCO2HCH3OHOHHH–9.5°+9.5°CO2HCH3HHHOHOCO2HCH3OHHHHO–17.8°+17.8°CO2HCH3HOHHOHSSRR环上的两个手性中心可重合的镜像：内消旋体反-1-氯-1-溴环丙烷SRSR环上的两个手性中心可重合的镜像：内消旋体顺-1-氯-1-溴环丙烷SRSR环上的两个手性中心立体异构体，非对映异构体顺-1-氯-1-溴环丙烷反-1-氯-1-溴环丙烷2,3-丁二醇CH3CHCHCH3HOOH32对映异构体:2R,3R和2S,3S2R,3SC-2RRSC-3RSS两个相同手性碳原子2R,3R2S,3S2R,3S手性分子手性分子非手性分子2,3-丁二醇的三种立体异构体2R,3R2S,3S2R,3SCH3CH3OHHHHOHOHCH3CH3HHOHCH3CH3OHOHH手性分子手性分子非手性分子2,3-丁二醇的三种立体异构体2R,3R2S,3S互为对映异构体手性分子手性分子2,3-丁二醇的三种立体异构体互为对映异构体2R,3R2S,3SCH3CH3OHHHHOHOHCH3CH3HHO手性分子手性分子2,3-丁二醇的三种立体异构体2R,3S非手性第三种结构与其镜像可重合内消旋体2,3-丁二醇的三种立体异构体HHOCH3CH3HHO内消旋体是非手性分子，具有对称中心2R,3S非手性HCH3CH3OHOHH2,3-丁二醇的三种立体异构体2R,3S非手性内消旋体具有对称面或对称中心一般具有对称面上面一半是下面一半的镜像6.6脂环化合物的立体异构Thestericisomerizationoflipidringcompounds环状化合物的立体异构现象往往比较复杂，顺反异构和对映异构常同时存在。内消旋体对映异构体仔细观察可看出Ⅰ与Ⅱ互成镜象，即为构象对映体。由于它们互变迅速，故在构象平衡中所占份额相同，旋光性抵消，Ⅰ式、Ⅱ式构象中，无σ、无i、分子有手性，并且无法通过构型翻转变成对映体，因此反-1.2-二甲基环己烷是有手性的，6.7没有手性中心的手性分子ChiralMoleculesWithoutStereogenicCenters具有丙二烯结构的分子具有联苯类结构的化合物位阻异构体（atropisomer）——由于单键旋转受阻而形成的手性分子O2NCOOHNO2HOOCNO2COOHHOOCO2NⅠⅡ6.8手性中心的产生ReactionsThatCreateAStereogenicCenter手性，外消旋体CH3CHCH2Br2,H2OCH3CHCH2BrOH非手性CH3CHCHCH3HBrCH3CHCH2CH3Br手性，外消旋体非手性第一个手性中心的产生生物体中的反应一般由酶催化，具有高度选择性延胡索酸酶H2OCCHO2CHCO2HHCOHHHO2CHO2CCH2反丁烯二酸(S)-(–)-苹果酸非手性单一的对映体CC+E—YCCEYBr2内消旋体反-2-丁烯的反式加成得到内消旋体两个手性中心的产生B