华中科技大学有机化学对映异构现象.pptx

第七章第七章 对映异构对映异构 手性和对映异构手性和对映异构 当当一一个个物物体体没没有有对对称称中中心心或或者者没没有有对对称称平平面面的的时时候候，物物体体与与它它的的镜镜像像就就不不能能重重合合，就就象象人人的的左左手手和和右右手手一一样样，非非常常相相似似，但但不不能能重重叠叠，物物体体的的这这种种性性质质称称为为物物体体的的手手性性。如如果果出出现现分分子子与与它它的的镜镜像像不不能能重重叠叠的的情情况况，这这种种现现象象就就称称为为分分子子的的手手性性，这这种种分分子子就就称称为为手手性性分分子子。很很显显然然，一一个个手手性性分分子子至至少少有有两两种种构构型型异异构构体体，一一个个是是实实物物，一一个个是是映映在在镜镜子子里里的的镜镜像像，它它们们互互为为对对映映异异构构体体，简简称称对对映映体体。这这种种由由于于分分子子和和它它的的镜镜像像不不能能重重叠叠而而产产生的构型异构叫做对映异构。如乳酸分子的两种对映体如下：生的构型异构叫做对映异构。如乳酸分子的两种对映体如下：L-(+)-乳酸 D-(-)-乳酸 对映异构体在宏观性能上表现出的对映异构体在宏观性能上表现出的最大差别是生理活性不一样最大差别是生理活性不一样以及旋光性不同，其它一般性能如沸点、熔点、溶解度、极性甚至以及旋光性不同，其它一般性能如沸点、熔点、溶解度、极性甚至反应活性都是相同的。由于旋光性是容易测定的，测定旋光性是研反应活性都是相同的。由于旋光性是容易测定的，测定旋光性是研究对映异构体最重要和最早的方法，因此对映异构也叫旋光异构，究对映异构体最重要和最早的方法，因此对映异构也叫旋光异构，对映异构体也叫光学异构体。对映异构体也叫光学异构体。旋光性旋光性 普普通通白白光光是是由由不不同同波波长长组组成成的的电电磁磁波波，光光波波的的振振动动方方向向与与其其前前进进方方向向互互相相垂垂直直。单单色色光光，如如从从钠钠光光灯灯发发射射出出来来的的黄黄光光，则则具具有有单单一一的的波波长长(589nm)，但但仍仍在在与与其其前前进进方方向向互互相相垂垂直直振振动动。若若使使普普通通光光通通过过尼尼科科尔尔(Nicol)棱棱镜镜，则则只只有有振振动动方方向向和和棱棱镜镜的的晶晶轴轴平平行行的的光光线线才才能能通通过过。这这种种只只在在一一个个平平面面上上振振动动的的光光叫叫做做平平面面偏偏振振光光，简简称称偏偏振振光光。偏偏振振光光振振动动所所在在的的平面叫做平面叫做偏振面偏振面。普通光 尼科尔棱镜 偏振光 一束普通光（箭头为光束前进方向）一束偏振光 当两个尼科尔棱镜平行放置，从一个尼科尔棱镜产生的偏振光可以全当两个尼科尔棱镜平行放置，从一个尼科尔棱镜产生的偏振光可以全部通过，但当两个尼科尔棱镜垂直放置时，从另一个尼科尔棱镜不能看到部通过，但当两个尼科尔棱镜垂直放置时，从另一个尼科尔棱镜不能看到从前一个尼科尔棱镜产生的从前一个尼科尔棱镜产生的偏振光偏振光，必须将尼科尔棱镜旋转，必须将尼科尔棱镜旋转90o才能使偏振才能使偏振光完全看到。当在两个平行放置的尼科尔棱镜之间放置某些液体或溶液，光完全看到。当在两个平行放置的尼科尔棱镜之间放置某些液体或溶液，如葡萄糖溶液，发现从一个尼科尔棱镜产生的偏振光不可以通过另一个尼如葡萄糖溶液，发现从一个尼科尔棱镜产生的偏振光不可以通过另一个尼科尔棱镜，必须将尼科尔棱镜旋转一定的角度才能使偏振光完全看到。这科尔棱镜，必须将尼科尔棱镜旋转一定的角度才能使偏振光完全看到。这就说明这些溶液使偏振光的偏振面发生了偏转，溶液的这种使偏振光发生就说明这些溶液使偏振光的偏振面发生了偏转，溶液的这种使偏振光发生偏转的性质叫偏转的性质叫旋光性旋光性，也叫具有光学活性，旋转的角度叫做，也叫具有光学活性，旋转的角度叫做旋光度旋光度。如果。如果使偏振光向右偏转，记为（）使偏振光向右偏转，记为（）;如果向左偏转，记为（），如图如果向左偏转，记为（），如图74所示。所示。普通光普通光 尼科尔棱镜尼科尔棱镜 样品管样品管 尼科尔棱镜尼科尔棱镜 旋光仪的工作原理旋光仪的工作原理7.1.4.3 比旋光度比旋光度为为了了便便于于比比较较，一一般般用用比比旋旋光光度度表表示示物物质质的的旋旋光光能能力力大大小小和和旋旋光光方方向向t为为测测定定的的旋旋光光度度；L为为管管长长，以以分分米米为为单单位位；C为为浓浓度度，以以克克毫毫升升为单位，如果为纯的液体则浓度改换成比重（克厘米为单位，如果为纯的液体则浓度改换成比重（克厘米3）。）。由由于于两两个个对对映映体体的的旋旋光光度度大大小小相相等等但但方方向向相相反反，将将两两个个对对映映体体等等量量混混合合所所得得到到的的溶溶液液，其其旋旋光光能能力力相相互互抵抵消消，没没有有旋旋光光性性，这这种种混混合合物物叫叫做做外外消消旋旋体体。一一些些纯纯的的对对映映异异构构体体在在酸酸碱碱、高高温温等等条条件件下下甚甚至至在在放放置置一一段段时时间间后后，会会转转化化为为另另外外一一个个对对映映体体，当当两两个个对对映映体体的的量量相相等等时时，其其旋旋光光性性也也会会消消失失，我我们们把把这这种种现现象象叫叫做做外外消消旋旋化化。对对映映体体容容易易发发生生外外消消旋旋化化会会影影响响对对映映体体的的旋旋光光性性和和纯纯度度，但但要要将将一一个个没没用用的的对对映映体体转转化化为为另另一一个个有有用用的的对对映映体时，在一定条件下进行外消旋化是经常要用到的。体时，在一定条件下进行外消旋化是经常要用到的。7.1.4.4 分子的分子的对称性与手性对称性与手性 只只有有手手性性分分子子才才能能分分离离出出纯纯的的对对映映体体而而显显示示光光学学活活性性，如如何何判判断断一一个个化化合合物物是是否否具具有有手手性性，最最好好的的办办法法是是判判断断化化合合物物分分子子是是否否具具有有对对称称性性，如如果果一一个个分分子子没没有有对对称称面面，也也没没有有对对称称中中心心，这这个个分分子子与与它它的的镜镜像像不不能能重重叠叠，分子具有手性分子具有手性。（1 1）具有一个不对碳称原子的手性分子具有一个不对碳称原子的手性分子 当当分分子子中中的的一一个个碳碳原原子子连连接接四四个个不不同同的的原原子子或或者者原原子子团团时时，这这个个分分子子是是不不对对称称的的，具具有有手手性性，这这个个碳碳原原子子叫叫做做不不对对称称碳碳原原子子，也也叫叫做做手手性性中中心心或或者者手手性性碳碳原原子子。如如下下图图所所示示的的-丙丙氨氨酸酸即即为为手手性性分分子子，-碳碳上上有有四四个个不不同同的的取取代代基基，分分子子与与其其镜镜像像不不能能重重叠叠，有有两两个个对对映映体体。左左边边的的对映体即为天然的对映体即为天然的 L-L-丙氨酸，右边为人工合成的丙氨酸，右边为人工合成的 D-D-丙氨酸。丙氨酸。2-氨基丙酸氨基丙酸 如果如果碳原子上有两个相同的原子或者原子团碳原子上有两个相同的原子或者原子团，则分子有一个对称，则分子有一个对称面，面，不具有手性不具有手性，没有对映体，如丙酸。，没有对映体，如丙酸。被被考考查查的的碳碳原原子子，甲甲基基以以及及羧羧酸酸在在一一个个平平面面上上，两两个个氢氢原原子子处处在在与与平平面面相相对对称称的的两两边边，两两个个氢氢原原子子交交换换后后得得到到的的是是同同一一个个分分子子，这这个个平平面面即即为为对对称称面面。也也可可把把这这个个平平面面看看作作一一面面镜镜子子，氢氢原原子子投投影影后后，实实物物与与镜镜像相同，可以相互重叠，因此具有对称面的分子没有手性。像相同，可以相互重叠，因此具有对称面的分子没有手性。（2 2）具有两个以上不对称碳原子的手性分子具有两个以上不对称碳原子的手性分子 当当分分子子含含有有两两个个以以及及两两个个以以上上的的不不对对称称碳碳原原子子时时，对对映映体体的的数数目目会会急急剧剧增增加加，情情况况变变得得复复杂杂。如如果果一一个个分分子子内内两两个个不不对对称称碳碳原原子子是是不不相相同同的的，即即两两个个不不对对称称碳碳原原子子上上所所连连接接的的四四个个取取代代基基不不完完全全一一样样，这这个个分分子子会会有有四四种种不不同同的的立立体体构构型型，可可获获得得四四种种旋旋光光异异构构体体。因因为为每每一一个个不不对对称称碳碳原原子子会会有有一一正正一一负负两两个个旋旋光光异异构构体体，其其中中正正的的旋旋光光异异构构体体可可与与另另一一个个不不对对称称碳碳原原子子一一正正一一负负旋旋光光异异构构体体组组合合成成两两个个旋旋光光异异构构体体，负负的的旋旋光光异异构构体体也也可可与与另另一一个个不不对对称称碳碳原原子子组组成成两两个个旋旋光光异异构构体体，这这样样便便得得到到四四个个旋旋光光异异构构体体a,b,ca,b,c和和d d。图解如下：图解如下：例如例如3氯氯2丁醇，有两个不同的不对称碳原子，可以形成四个丁醇，有两个不同的不对称碳原子，可以形成四个旋光异构体。旋光异构体。其中其中和和，和和两对旋光异构体互为实物和镜像关系，互为两对旋光异构体互为实物和镜像关系，互为对映异对映异构体构体，两个对映体的一般物理性质和化学性质相同，很难通过一般的分离方，两个对映体的一般物理性质和化学性质相同，很难通过一般的分离方法进行分离。法进行分离。和和、，以及，以及和和、之间不是实物和镜像关系，为之间不是实物和镜像关系，为非非对映异构体对映异构体。非对映体的理性质和化学性质往往不同，可以通过一般的分离。非对映体的理性质和化学性质往往不同，可以通过一般的分离方法如重结晶、柱层析等进行分离。方法如重结晶、柱层析等进行分离。3氯氯2丁醇四个旋光异构体的对丁醇四个旋光异构体的对映和非对映关系可图示如下：映和非对映关系可图示如下：从上面推断旋光异构体的方法中可以知道，从上面推断旋光异构体的方法中可以知道，如果分子中有如果分子中有n个不相同个不相同的不对称碳原子，则会有的不对称碳原子，则会有2n个旋光异构体个旋光异构体。其中对映体总是成对出现，。其中对映体总是成对出现，非对映体会有很多非对映体会有很多。如果一个分子具有两个相同的不对称碳原子，旋光异构体的数目和性如果一个分子具有两个相同的不对称碳原子，旋光异构体的数目和性质会与上述的不一样。在上面推断旋光异构体数目的时候，有两个异构体质会与上述的不一样。在上面推断旋光异构体数目的时候，有两个异构体是通过一个不对称碳原子的负旋光异构体与另一个不对称碳原子的正旋光是通过一个不对称碳原子的负旋光异构体与另一个不对称碳原子的正旋光异构体组合的，如果两个不对称碳原子不同，在组合时正负不会抵消。如异构体组合的，如果两个不对称碳原子不同，在组合时正负不会抵消。如果两个不对称碳原子相同，则在组合时正负旋光能力大小相等，会相互抵果两个不对称碳原子相同，则在组合时正负旋光能力大小相等，会相互抵消。这样原来通过和组合得到的两个异构体将没有旋光性，成为消。这样原来通过和组合得到的两个异构体将没有旋光性，成为一个异构体。这样就只有三个异构体，两个旋光，一个不旋光，不旋光的一个异构体。这样就只有三个异构体，两个旋光，一个不旋光，不旋光的异构体叫做异构体叫做内消旋体内消旋体，记为，记为meso-.如酒石酸的结构所示，内消旋体虽然有如酒石酸的结构所示，内消旋体虽然有不对称碳原子，但有一个对称平面，所以没有手性，没有旋光性。不对称碳原子，但有一个对称平面，所以没有手性，没有旋光性。左旋酒石酸左旋酒石酸 右旋酒石酸右旋酒石酸 内消旋酒石酸内消旋酒石酸 D-(-)-酒石酸酒石酸 L-(+)-酒石酸酒石酸 meso-酒石酸酒石酸 L-(+)-酒酒石石酸酸为为天天然然产产物物，D-(-)-酒酒石石酸酸是是人人工工合合成成的的，它它们们两两个个互互为为对对映映体体，有有相相同同的的熔熔点点（170oC）,在在120毫毫升升水水中中都都只只能能溶溶解解139克克，酸酸性强度也相同，比旋光度大小相同，方向相反。性强度也相同，比旋光度大小相同，方向相反。虽虽然然内内消消旋旋体体和和外外消消旋旋体体都都没没有有旋旋光光性性，但但它它们们的的物物理理性性能能和和化化学学性性能有很大区别，它们与能有很大区别，它们与D或者或者L酒石酸对映体的性能也完全不同。酒石酸对映体的性能也完全不同。内内消消旋旋体体是是一一个个单单一一分分子子，由由于于分分子子内内有有一一个个对对称称平平面面而而没没有有旋旋光光性性；而而外外消消旋旋体体是是两两个个对对映映体体的的等等量量混混合合物物，旋旋光光度度相相互互抵抵消消而而不不具具有有旋旋光光性性，可以再分离为两个旋光度相反的化合物。可以再分离为两个旋光度相反的化合物。从从理理论论上上讲讲，凡凡含含有有两两个个相相同同的的不不对对称称碳碳原原子子的的化化合合物物都都有有三三种种立立体体异异构体，一对对映体和一个内消旋体。构体，一对对映体和一个内消旋体。当环状化合物的环上有不对称碳原子时，旋光异构体数目与开链当环状化合物的环上有不对称碳原子时，旋光异构体数目与开链化合物相同，如化合物相同，如2,5-二羧基四氢吡咯有两个相同的不对称碳原子，有二羧基四氢吡咯有两个相同的不对称碳原子，有三个立体异构体，包括二个对映体和一个内消旋体。三个立体异构体，包括二个对映体和一个内消旋体。左左旋旋二二羧羧基基四四氢氢吡吡咯咯可可从从海海藻藻中中分分离离得得到到。很很显显然然，两两个个旋旋光光异异构构体体有有一一个个C2对对称称轴轴，即即绕绕轴轴旋旋转转180oC后后，还还是是原原来来的的立立体体构构型型。因因此此分分子子的轴对称性不会使分子失去手性。的轴对称性不会使分子失去手性。左旋二羧基四氢吡咯 右旋二羧基四氢吡咯 meso-二羧基四氢吡咯（3）没有不对称碳原子的手性分子）没有不对称碳原子的手性分子 分分子子含含有有不不对对称称碳碳原原子子是是判判断断分分子子是是否否具具有有手手性性的的一一个个重重要要条条件件，但但不不是是充充分分和和必必要要条条件件。分分子子含含有有不不对对称称碳碳原原子子可可能能没没有有手手性性，如如内内消消旋旋体体；分分子子没没有有不不对对称称碳碳原原子子也也可可以以具具有有手手性性，只只要要整整个个分分子子是是不不对对称称的。的。（a）联苯型的化合物联苯型的化合物 很很多多具具有有构构象象异异构构体体的的分分子子应应该该具具有有手手性性，因因为为当当单单键键旋旋转转到到一一定定角角度的时候，分子就会呈现不对称性。联苯型的化合物就是典型的例子度的时候，分子就会呈现不对称性。联苯型的化合物就是典型的例子。6,6-二二硝硝基基-2,2-联联苯苯二二甲甲酸酸在在连连接接两两个个苯苯的的单单键键邻邻位位全全部部有有取取代代基基，单键旋转受阻，两个苯环不在一个平面上，分子具有手性。单键旋转受阻，两个苯环不在一个平面上，分子具有手性。6,6-二硝基二硝基-2,2-联苯二甲酸联苯二甲酸再如再如1,1-联二联二(2-萘酚萘酚)也是由于单键旋转受阻而成为手性分子。也是由于单键旋转受阻而成为手性分子。右旋右旋1,1-联二联二(2-萘酚萘酚)左旋左旋1,1-联二联二(2-萘酚萘酚)1,1-联联二二(2-萘萘酚酚)的的两两个个对对映映体体在在对对映映异异构构体体的的不不对对称称合合成成中中是非常有名的，常被用作催化剂的手性配体，得到的选择性很高。是非常有名的，常被用作催化剂的手性配体，得到的选择性很高。（b）丙二烯型的手性分子）丙二烯型的手性分子在在丙丙二二烯烯分分子子中中，两两个个累累积积双双键键是是相相互互垂垂直直的的。如如果果在在两两边边的的碳碳原原子子上上有有取取代代基基，两两个个碳碳原原子子上上的的取取代代基基也也是是相相互互垂垂直直的的。如如果果两两个个碳碳原原子子上上分分别连接不同的取代基，则分子将没有对称性而具有手性。别连接不同的取代基，则分子将没有对称性而具有手性。下列人工合成的丙二烯衍生物下列人工合成的丙二烯衍生物 1,3-二苯基二苯基-1,3-二（二（1萘基）丙二烯的萘基）丙二烯的两个对映体已经拆分得到。两个对映体已经拆分得到。丙二烯型分子 丙二烯键轨道（c）其它不同取代产生的手性分子）其它不同取代产生的手性分子 氮，磷以及硫等原子连接四个不同的取代基时，分子没有对称面或氮，磷以及硫等原子连接四个不同的取代基时，分子没有对称面或者对称中心，也具有手性。者对称中心，也具有手性。叔膦的化合物能得到对映体。叔膦的化合物能得到对映体。很多亚砜化合物是一个稳定的手性分子。很多亚砜化合物是一个稳定的手性分子。甲基苯基亚砜的对映体甲基苯基亚砜的对映体甲基正丙基苯基膦的对映体 当一个分子的骨架上有不同的取代基时，也会造成分子的不对称而具当一个分子的骨架上有不同的取代基时，也会造成分子的不对称而具有手性。如在杯芳烃的下端连接的取代基后，可以分离出杯芳烃旋光体。有手性。如在杯芳烃的下端连接的取代基后，可以分离出杯芳烃旋光体。右旋杯芳烃右旋杯芳烃 左旋杯芳烃左旋杯芳烃7.2 对映异构体的命名法对映异构体的命名法7.2.1 D/L相对构型标记法相对构型标记法 在在上上世世纪纪初初光光学学异异构构体体的的绝绝对对构构型型是是不不知知道道的的。为为了了确确定定其其它它手手性性分分子子的的相相对对构构型型,费费歇歇尔尔(E.Fisher)选选择择D-甘甘油油醛醛作作为为构构型型联联系系的的标标准准。并并且且把把D-甘甘油油醛醛所所具具有有的的立立体体结结构构,即即与与不不对对称称碳碳原原子子相相结结合合的的氢氢原原子子放放在在费费歇歇尔尔投投影影式式左左边边，编编号号最最小小的的原原子子放放在顶端，这样一种结构称为在顶端，这样一种结构称为D-构型，其对映体为构型，其对映体为L-构型。构型。D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛D-(+)-甘油醛 D-(-)-甘油酸 D-(+)-异丝氨酸 D-(-)-溴乳酸 D-(-)-乳酸 其它的旋光化合物的构型以甘油醛为标准比较得到。其它的旋光化合物的构型以甘油醛为标准比较得到。凡是由凡是由D-甘油醛通过化学反应得到的化合物或可转变为甘油醛通过化学反应得到的化合物或可转变为D-甘油醛的化合物，甘油醛的化合物，只要在转变过程中原来的手性碳原子构型不变，其构型即为只要在转变过程中原来的手性碳原子构型不变，其构型即为D型型。同样，与同样，与L-甘油醛相关的即为甘油醛相关的即为L型。例如：型。例如：反时针方向，反时针方向，S型型 顺时针方向，顺时针方向，R型型取代基取代基 abcd.7.2.2 R/S绝对构型标记法绝对构型标记法 R/S命名法是将手性碳原子上四个不同的取代基中最小的取代基放命名法是将手性碳原子上四个不同的取代基中最小的取代基放在离观察者最远的地方，其它三个取代基按照从大到小的顺序数下去，在离观察者最远的地方，其它三个取代基按照从大到小的顺序数下去，如果为顺时针方向则为如果为顺时针方向则为R构型，如果为反时针方向则为构型，如果为反时针方向则为S构型。构型。原子或者原子团的大小次序规则如下原子或者原子团的大小次序规则如下：（1）原原子子序序数数或或者者原原子子量量大大的的为为较较优优的的大大基基团团。常常见见元元素素的的原原子子的的较较优优次次序序的的排列如下：排列如下：BrClSPSiFONCBLiTDH（2）如如果果取取代代基基中中与与分分子子骨骨架架直直接接相相连连的的原原子子大大小小顺顺序序相相同同时时，应应用用外外推推法法顺顺次比较第二个第三个等原子的大小顺序，直到能够决定较优的更大基团为止。例如次比较第二个第三个等原子的大小顺序，直到能够决定较优的更大基团为止。例如:(CH3)3C，(CH3)2CH，CH3CH2，CH3（3）确确定定不不饱饱和和基基团团的的大大小小次次序序时时，应应把把不不饱饱和和键键的的成成键键原原子子看看作作是是以以单单键键分分别别和相同的原子相连接。和相同的原子相连接。在书写立体构型时，既可用透视式表示，这样的书写比较直观，也可在书写立体构型时，既可用透视式表示，这样的书写比较直观，也可用费歇尔投影式表示。用费歇尔投影式表示。透视式 费歇尔投影式(R)-(-)-乳酸 (S)-(-)-苯基乙胺从书写这些结构可知，从书写这些结构可知，如果任意调换两个原子或者原子团的位置，则分子的如果任意调换两个原子或者原子团的位置，则分子的构型改变构型改变。(R)-()-苯基乙胺(S)-(+)-乳酸 命名含有多个手性碳原子的化合物时，应将每个手性碳原子的构型命名含有多个手性碳原子的化合物时，应将每个手性碳原子的构型依次标出，并把手性碳原子的编号和构型符号一起放在化合物名称前的依次标出，并把手性碳原子的编号和构型符号一起放在化合物名称前的括号内。例如用括号内。例如用R/S命名命名D和和L酒石酸：酒石酸：D-(-)-酒石酸酒石酸 L-(+)-酒石酸酒石酸 (2S,3S)-酒石酸酒石酸 (2R,3R)-酒石酸酒石酸7.3 立体异构体的性质立体异构体的性质731 物理性质物理性质 两个对映体，物理性质相同。两个对映体，物理性质相同。非对映异构体，一般不相同。非对映异构体，一般不相同。外消旋体，对映体等量混合物。外消旋体，对映体等量混合物。内消旋体，单一混合物。内消旋体，单一混合物。732 化学性质化学性质 在在手手性性条条件件下下，化化学学性性质质可可以以表表现现出出差差异异。在在一一般般的的非非手手性性条条件件下下，两个对映体的化学性质完全相同。两个对映体的化学性质完全相同。733 生理性质生理性质 在生命体内，在生命体内，两个对映体往往表现出不同的生理性能两个对映体往往表现出不同的生理性能。S-thalidomider反应停反应停,致畸致畸 R-thalidomider反应停反应停,镇定镇定 表表1 手性分子不同异构体不同的生理性能手性分子不同异构体不同的生理性能名称名称结构结构一种对映异构体一种对映异构体性能性能另一种对映另一种对映异构体性能异构体性能Dopa(多巴多巴)(S)-异构体异构体,治疗治疗珀金森病珀金森病(R)-异构体异构体,严重付作用严重付作用Ketamine(氯胺酮氯胺酮)(S)-异构体异构体,麻醉麻醉剂剂(R)-异构体异构体,致幻剂致幻剂Penicillamine(青霉胺青霉胺)(S)-异构体异构体,治疗治疗关节炎关节炎(R)-异构体异构体,突变剂突变剂Ethambutol(乙胺丁醇乙胺丁醇)(S)-异构体异构体,治结治结核病核病(R)-异构体异构体,致盲致盲Asparagine(门冬酰胺门冬酰胺)(S)-异构体异构体,苦的苦的(R)-异构体异构体,甜的甜的Propoxyphene(丙氧芬丙氧芬)(S)-异构体异构体,止痛止痛(R)-异构体异构体,止咳止咳Timolol(噻吗洛尔噻吗洛尔)(S)-异构体异构体,肾肾上腺素阻断剂上腺素阻断剂(R)-异构体异构体,无效无效Propranolol(普萘洛尔普萘洛尔)(S)-异构体异构体,治治疗心脏病疗心脏病(R)-异构体异构体,只有只有(S)-异构体的异构体的1%疗疗效。效。Naproxen(萘普生萘普生)(S)-异构体异构体,抗抗炎药炎药(R)-异构体异构体,只有只有(S)-异构体的异构体的1/28疗疗效。效。Fluazifop-butyl(稳杀得稳杀得)(S)-异构体异构体,除除草剂草剂(R)-异构体异构体,无效无效Asana(氰戊葡酯氰戊葡酯)一个异构体是一个异构体是强力杀虫剂强力杀虫剂另三个异构体对植另三个异构体对植物有毒物有毒7.5 单一对映体的制备方法单一对映体的制备方法7.5.1 对映体组成和纯度的测定对映体组成和纯度的测定对对 映映 体体 纯纯 度度 一一 般般 用用 对对 映映 体体 过过 量量 的的 百百 分分 数数 来来 表表 示示，记记 为为 e.e（enantiomer excess）。）。非对映体过量非对映体过量(diastereomer excess,d.e.)。7.5.1.1 测定旋光度测定旋光度 一一个个纯纯的的对对映映体体具具有有最最大大的的旋旋光光度度绝绝对对值值，如如果果混混有有另另外外一一个个对对映映体体，其其旋旋光光度度绝绝对对值值会会减减小小。工工业业上上一一般般通通过过测测定定旋旋光光度度来来判判断断对对映映体体的的纯纯度度，也也是是最最早早用用于于分分析析对对映映体体纯纯度度的的方方法法，用用测测旋旋光光度度得得到到的的纯纯度度也也叫叫光光学学纯纯度度。如如果果一一个个手手性性分分子子在在所所使使用用的的波波长长范范围围内内没没有有吸吸收收，则则它的对映异构体纯度不能通过测定旋光性来判断。它的对映异构体纯度不能通过测定旋光性来判断。7.5.1.2 核磁共振（核磁共振（NMR）测定）测定 NMR一一般般不不能能区区别别两两个个对对映映体体，但但当当这这两两个个对对映映体体与与其其它它手手性性物物质质或或者者环环境境有有作作用用时时，这这两两个个对对映映体体实实际际上上成成为为非非对对映映体体，此此时时则则可可以以区别这两个对映体。区别这两个对映体。(a)在手性溶剂中测定。在手性溶剂中测定。如如用用(-)-苯苯基基乙乙胺胺作作溶溶剂剂，2,2,2-三三氟氟-1-苯苯基基乙乙醇醇的的两两个个对对映映体体可可以用以用19F NMR谱区别开来。谱区别开来。(b)使用位移试剂。使用位移试剂。常常使使用用手手性性镧镧系系配配合合物物，对对映映体体中中含含有有孤孤对对电电子子的的原原子子能能与与手手性性金金属属配配合合物物的的金金属属离离子子配配位位，使使对对映映体体成成为为非非对对映映体体而而能能被被NMR区区别别。很很多多手手性性化化合合物物如如酰酰胺胺、胺胺、酯酯、酮酮和和硫硫砜砜等等都都能能与与手手性性镧镧系系配配合合物物作作用，使对映体的用，使对映体的NMR谱产生差异。谱产生差异。除了手性镧系配合物外，除了手性镧系配合物外，一些手性主体化合物也能用作位移试剂一些手性主体化合物也能用作位移试剂。杯芳烃化合物杯芳烃化合物 扁桃体酸扁桃体酸7.5.1.3 用手性色谱柱用手性色谱柱 用手性色谱柱确定对映体的组成是广泛使用的方法，因为很多对映用手性色谱柱确定对映体的组成是广泛使用的方法，因为很多对映体都可用手性色谱柱分开。对于低沸点的手性分子，一般小于体都可用手性色谱柱分开。对于低沸点的手性分子，一般小于260oC，或者在高温下稳定的手性分子，可用气相色谱来分析；对于高沸点的手或者在高温下稳定的手性分子，可用气相色谱来分析；对于高沸点的手性分子，或者在高温下不稳定的手性分子，可用液相色谱来分析。性分子，或者在高温下不稳定的手性分子，可用液相色谱来分析。7.5.2 化学拆分法化学拆分法 将外消旋化合物分离成两个纯的对映体叫做对映体的拆分将外消旋化合物分离成两个纯的对映体叫做对映体的拆分。例如可以用天。例如可以用天然的然的L-(+)-酒石酸将酒石酸将-苯乙胺拆分为纯的苯乙胺拆分为纯的(S)-(-)-苯乙胺和苯乙胺和(R)-(+)-苯乙胺。苯乙胺。常常用用于于外外消消旋旋碱碱拆拆分分的的还还有有樟樟脑脑磺磺酸酸、扁扁桃桃体体酸酸、柠柠檬檬酸酸等等；用用于于酸酸拆拆分分的的有有生生物物碱碱奎奎宁宁、马马钱钱子子碱碱、辛辛可可宁宁等等。用用于于拆拆分分对对映映体的这些具有光学活性的试剂也叫体的这些具有光学活性的试剂也叫拆分试剂拆分试剂。如如果果外外消消旋旋体体既既不不是是酸酸又又不不是是碱碱，可可以以引引入入一一个个羧羧基基或或者者氨氨基，然后用上述方法进行拆分。基，然后用上述方法进行拆分。7.5.3 物理拆分法物理拆分法 这这种种方方法法是是在在外外消消旋旋体体的的过过饱饱和和溶溶液液中中，加加入入少少量量某某一一对对映映体体的的晶晶体体，也也叫叫晶晶种种，与与晶晶种种相相同同的的对对映映体体的的过过饱饱和和度度会会加加大大，从从而而优优先先结结晶晶出出来来。由由于于原原外外消消旋旋体体就就是是过过饱饱和和的的溶溶液液，晶晶种种结结晶晶出出来来时时会会将将相相同同的的对对映映体体一一同同结结晶晶出出来来，并并可可超超出出晶晶种种的的一一倍倍。过过滤滤后后，溶溶液液中中就就是是另另一一对对映映体体过过量量，再再加加外外消消旋旋体体，加加热热溶溶解解，冷冷却却后后另另一一对对映映体体就就优优先先结结晶晶析析出出。这这样样加加少少量量一一种种对对映映体体，就就可可以以把把两两种种对对映映体体分分离离出出来来，非非常常节节省省拆拆分分试试剂剂。在在氯氯霉霉素素的的工工业业生生产产中中使使用用这这种种方方法法可可以以将将氯氯霉霉素素同同另另外外一一种种无无效效的的对对映映体体分分开。开。7.5.4 动力学拆分动力学拆分 前前面面两两种种对对映映体体的的拆拆分分方方法法是是利利用用溶溶解解度度及及极极性性的的大大小小来来实实行行的的。利利用用两两个个对对映映体体在在手手性性环环境境下下反反应应速速度度不不同同，从从而而将将两两种种对对映映体体分分离离，这这种种方方法法叫叫做做动力学拆分动力学拆分。现在很多人工合成的手性催化剂也象生物酶一样具有很高的催化活性现在很多人工合成的手性催化剂也象生物酶一样具有很高的催化活性和选择性，甚至也可以用于外消旋体的动力学拆分。例如和选择性，甚至也可以用于外消旋体的动力学拆分。例如Sharpless环氧化环氧化手性催化剂可以用于烯丙醇的环氧化动力学拆分。手性催化剂可以用于烯丙醇的环氧化动力学拆分。Sharpless环环氧氧化化手手性性催催化化剂剂为为钛钛酸酸异异丙丙酯酯和和D-(+)-酒酒石石酸酸异异丙丙酯酯的的混混合合物物，用用叔叔丁丁基基过过氧氧化化氢氢作作环环氧氧化化试试剂剂，在在二二氯氯甲甲烷烷和和20oC下下进进行行。外外消消旋旋体体中中的的(R)-3-丁丁烯烯-2-醇醇被被环环氧氧化化，而而(S)-3-丁丁烯烯-2-醇醇由由于于反反应应很很慢慢保保留留了了下下来来。(S)-3-丁丁烯烯-2-醇醇的的沸沸点点比比环环氧氧化化物物的的低低，先先蒸蒸馏馏出出去去，从从而而将将两两种种异异构构体体分分开开。得得到到的的(2R,3R)-3,4-环环氧氧基基-2-丁丁醇醇是是合合成成药药物物以以及及天天然然产产物物非非常常有有用用的的手手性性原原料料。如如它可用于合成新型抗癌药物埃博霉素（它可用于合成新型抗癌药物埃博霉素（Epothilone）的手性砌块。）的手性砌块。7.5.5 不对称催化反应不对称催化反应通通过过手手性性催催化化剂剂将将非非手手性性原原料料转转化化为为单单一一的的对对映映体体或或者者某某一一对对映映体体过过量量的的合合成成方法叫做不对称合成。方法叫做不对称合成。现现在在不不对对称称催催化化合合成成已已经经广广泛泛的的用用于于药药物物和和天天然然产产物物的的合合成成中中。例例如如治治疗疗帕帕金金森病的森病的L-多巴，就是通过不对称合成在工业上进行生产的。多巴，就是通过不对称合成在工业上进行生产的。L多巴多巴 2001年10月，美国的威廉S诺尔斯（William S.Knowles）、日本的野依良治（Ryoji Noyori）和美国的巴里夏普雷斯（K.Barry Sharpless）因为他们找到了有机合成反应中的高效手性催化剂和不对称合成反应的方法，而获得了当年的诺贝尔化学奖。现现在在，有有越越来来越越多多的的由由单单一一对对映映体体构构成成的的，疗疗效效好好、毒毒副副作作用用小小、生生物物相相容容性性好好的的的的手手性性化化合合物物（chiral chiral drugdrug）在在医医药药，农农药药，材材料料等领域得到应用。等领域得到应用。7.5.6 生物催化反应生物催化反应 生生物物酶酶的的催催化化中中心心是是具具有有旋旋光光性性的的，由由于于生生物物酶酶是是经经过过自自然然界界长长期期筛筛选选的的产产物物，其其催催化化活活性性及及立立体体选选择择性性都都特特别别高高。如如将将醛醛转转化化为为旋旋光光性性的的氰氰醇可用氰醇酶进行不对称催化反应来实行。醇可用氰醇酶进行不对称催化反应来实行。从水果杏中提取的氰醇酶可以得到从水果杏中提取的氰醇酶可以得到R-氰醇，从微生物中分离的氰醇酶氰醇，从微生物中分离的氰醇酶可用于合成可用于合成S-氰醇，选择性大于氰醇，选择性大于99。7.6 旋光异构在反应机理测定上的应用旋光异构在反应机理测定上的应用 旋光异构不仅在生理上有重要的作用，旋光异构不仅在生理上有重要的作用，对确定反应机制也非常重对确定反应机制也非常重要要。例如，溴与。例如，溴与2-丁烯加成得到丁烯加成得到2,3-二溴丁烷，有两个相同的手性碳二溴丁烷，有两个相同的手性碳原子，应该得到一对对映体与一个内消旋体原子，应该得到一对对映体与一个内消旋体 但但是是通通过过分分析析产产物物的的立立体体结结构构，发发现现顺顺-2-丁丁烯烯加加溴溴只只得得到到外外消消旋旋体体，而而反反-2-丁丁烯烯加加溴溴只只得得到到内内消消旋旋体体。根根据据可可能能的的反反应应机机理理顺顺或或反反式式加加成成来来分分析析，只只有有反反式式加加成成才才符符合合这这些些实实验验结结果果。所所以以得得到到烯烯烃烃加加卤卤素素为为反反式加成的机理。式加成的机理。这种由一种立体异构的反应物转化为具有特定立体异构体产这种由一种立体异构的反应物转化为具有特定立体异构体产物的反应，称为物的反应，称为立体专一性反应立体专一性反应。本章总结本章总结重点重点熟练掌握熟练掌握1.构造异构、顺反异构、构象、构型的概念构造异构、顺反异构、构象、构型的概念2.手性分子、不对称中心、对映异构体、非对映异构体、旋光度、外消手性分子、不对称中心、对映异构体、非对映异构体、旋光度、外消旋体、内消旋体、旋体、内消旋体、D/L构型、构型、R/S构型、化学拆分等基本概念。构型、化学拆分等基本概念。难点难点1.手性分子的判断手性分子的判断既没有对称面，也没有对称中心既没有对称面，也没有对称中心2.用用R/S方法命名手性分子方法命名手性分子按原子序数大小排列的次序规则按原子序数大小排列的次序规则 对映异构体对映异构体手性分子不对称，无对称面无中心。手性分子不对称，无对称面无中心。伴随两个对映体，性能相近分不清。伴随两个对映体，性能相近分不清。R-S可标记，次序规则定其名。可标记，次序规则定其名。转化为非对映体，性能不同可拆分。转化为非对映体，性能不同可拆分。