有机化学徐寿昌立体化学市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

第八章第八章 立体化学立体化学1.有机化合物结构异构分类有机化合物结构异构分类.2.对映对映(旋光旋光)异构与手性分子异构与手性分子:手性手性;旋光性旋光性;对映对映体体;内外消旋体内外消旋体;不对称合成基本概念不对称合成基本概念.3.构型两种表示办法构型两种表示办法(楔形式和楔形式和Fischer投影式投影式);构型构型R-S标识法标识法.4.含有一个或多个手性碳原子化合物立体异构含有一个或多个手性碳原子化合物立体异构.5.环状化合物无或含其它手性碳原子化合物立体异环状化合物无或含其它手性碳原子化合物立体异构构.6.外消旋体拆分与不对称合成基础知识外消旋体拆分与不对称合成基础知识.本章主要内容本章主要内容第1页第1页8.0 有机化合物结构概念与分类 （1）立体化学基本概念 立体化学:研究有机化合物分子三维空间结构(立体结构)及其对化合物物理性质和化学反应影响.立体异构体分子结构相同,只是立体结构不同化合物是立体异构体;包含构型和构象异构.构型:分子中原子或原子团在空间排列方式，构型改变需要断裂化学键.构象:相同结构分子因为键旋转造成原子或原子团在空间排布方式不同.构象改变不需要断裂化学键.结构指是分子中原子相互联结方式和次序，结构变更需要断裂化学键.第2页第2页结构异构结构异构constitution立体异构立体异构 Stereo-碳链异构碳链异构(如如:丁烷丁烷/异丁烷异丁烷)官能团异构官能团异构(如如:乙醚乙醚/丁醇丁醇)位置异构位置异构(如如:1-:1-丁烯丁烯/2-/2-丁烯丁烯)构型异构构型异构configuration构象异构构象异构(如如:乙烷交叉式与重叠式乙烷交叉式与重叠式)conformation顺反；顺反；Z、E异构异构(烯烃烯烃)对映异构对映异构同分异构同分异构 isomerism本章主要讨论立体化学中本章主要讨论立体化学中对映异构对映异构.（2）有机化合物同分异构现象及分类）有机化合物同分异构现象及分类第3页第3页镜象镜象:物体通过镜面反应出来形象物体通过镜面反应出来形象.特性是以镜面为对称轴特性是以镜面为对称轴,实物与镜象互相对称实物与镜象互相对称,但不能重叠但不能重叠.例例1:自然中镜象自然中镜象8.1 镜象、手性、对称原因与对映体镜象、手性、对称原因与对映体例例2:左右手镜象左右手镜象第4页第4页立体化学中立体化学中,不能与镜象叠合分子叫不能与镜象叠合分子叫手性分子手性分子,而能叠合分子叫非手性分子而能叠合分子叫非手性分子.手性手性(Chirality)与手性分子概念与手性分子概念 一个物体若与本身镜象不能叠合一个物体若与本身镜象不能叠合,叫含有叫含有手性手性.左手和右手不能叠合左手和右手不能叠合 左右手互为镜象左右手互为镜象第5页第5页例例:乳酸乳酸2-羟基丙酸羟基丙酸 CH3-CHOH-COOH立体结构立体结构:饱和碳原子饱和碳原子(sp(sp3 3杂化杂化)含有四周体结构含有四周体结构.乳酸分子模型图乳酸分子模型图两个乳酸模型不能叠合两个乳酸模型不能叠合 乳酸两个模型关系象左手和右手同样，它们不能乳酸两个模型关系象左手和右手同样，它们不能互相叠合互相叠合,但却互为但却互为镜象镜象,乳酸是手性分子乳酸是手性分子。一个分子是否能与镜象叠合一个分子是否能与镜象叠合,与与分子对称性分子对称性相关相关,通过考察分子对称性能够判断是否手性分子通过考察分子对称性能够判断是否手性分子.第6页第6页 考察分子对称性,要考核对称原因有以下四种:构想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋转360/n后,(n=正整数),得到分子与原来分子相同,这条直线就是分子n重对称轴.有有2重对称轴分子重对称轴分子(C2)(1)对称轴对称轴(旋转轴旋转轴)-Cn旋转旋转180 n=2例例:2-丁烯丁烯 分子对称性与手性关系分子对称性与手性关系第7页第7页设设想想分分子子中中有有一一平平面面,它它能能够够把把分分子子分分成成互互为为镜象两半镜象两半,这个平面就是对称面这个平面就是对称面.有对称面分子有对称面分子(2)对称面对称面(镜面镜面)-例例:氯乙烷氯乙烷第8页第8页设设想想分分子子中中有有一一个个点点,从从分分子子中中任任何何一一个个原原子子出出发发,向向这这个个点点作作始始终终线线,再再从从这这个个点点将将直直线线延延长长出出去去,在在与与该该点点前前一一线线段段等等距距离离处处,能能够够碰碰到到一一个个同同样样原原子子,这个点就是这个点就是对称中心对称中心.有对称中心分子有对称中心分子(3)对称中心对称中心-i1,3-1,3-二甲基环丁烷二甲基环丁烷1,2-1,2-二氯乙烯二氯乙烯第9页第9页设设想想分分子子中中有有一一条条直直线线,当当分分子子以以此此直直线线为为轴轴旋旋转转360/n后后,再再用用一一个个与与此此直直线线垂垂直直平平面面进进行行反反应应(即即作作出出镜镜象象),假假如如得得到到镜镜象象与与本本来来分分子子完完全全相相同同,这条直线就是这条直线就是交替对称轴交替对称轴.()旋转旋转90后得后得()，()作镜象得作镜象得()，()等于等于()。该分子为有该分子为有4重交替对称轴分子，记为重交替对称轴分子，记为S4.(4)交替对称轴交替对称轴(旋转反应轴旋转反应轴)-Sn4n=4第10页第10页下列分子中存在哪些对称原因?ClClClClClCl ClClClClClCl绕轴旋转绕轴旋转90镜面镜面C2;2;无无i;S4 重重 合合第11页第11页 手手性性分分子子既既没没有有对对称称面面,又又没没有有对对称称中中心心,也也没没有有4重交替对称轴分子重交替对称轴分子,都不能与其镜象叠合都不能与其镜象叠合,都是手性分子都是手性分子.非非手手性性分分子子凡凡含含有有对对称称面面、对对称称中中心心或或交交替替对对称称轴轴分子分子.对称轴存在是否对分子是否含有手性没有决定作用对称轴存在是否对分子是否含有手性没有决定作用.在在有有机机化化学学中中,绝绝大大多多数数非非手手性性分分子子都都含含有有对对称称面面或或对对称称中中心心,或或者者同同时时还还含含有有4重重对对称称轴轴.没没有有对对称称面面或或对称中心对称中心,只有只有4重交替对称轴非手性分子是个别重交替对称轴非手性分子是个别.手手性性分分子子普普通通判判断断:只只要要一一个个分分子子既既没没有有对对称称面面，又没有对称中心，就能够初步判断它是手性分子又没有对称中心，就能够初步判断它是手性分子.总结总结:对称原因与手性关系对称原因与手性关系第12页第12页 凡是手性分子,必有互为镜象构型.分子手性是存在对映体必要和充分条件.互为镜象两种构型异构体叫做对映异构体,简称对映体.一对对映体结构相同,只是立体结构不同,这种立体异构就叫对映异构.对映异构与对映异构体对映异构与对映异构体比如比如:乳酸是手性分子，故有对映体存在乳酸是手性分子，故有对映体存在.对映体之间对映体之间性质差别性质差别?第13页第13页对映体普通物理性质(熔点,沸点,相对密度.,以及光谱)都相同，只有对偏振光作用不同。偏正光形成偏正光形成偏正光旋转偏正光旋转8.2 旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度8.2.1 旋光性旋光性第14页第14页 旋光性旋光性:能旋转偏正光振动方向性质能旋转偏正光振动方向性质.旋光性物质旋光性物质(或或光活性物质光活性物质):含有旋光性物质含有旋光性物质.旋光相关概念及旋光性表示办法旋光相关概念及旋光性表示办法:在有机化学中在有机化学中,但凡手性分子都含有旋光性但凡手性分子都含有旋光性;而非手性而非手性分子则没有旋光性分子则没有旋光性.对映体是一对互相对映手性分子对映体是一对互相对映手性分子,它们都有旋光性它们都有旋光性,两者旋光方向相反两者旋光方向相反,但旋光度但旋光度(能力能力)相同相同.右旋物质右旋物质-能使偏正光振动方向向右旋物质能使偏正光振动方向向右旋物质.通惯用通惯用“d”或或“+”表示右旋表示右旋.左旋物质左旋物质-能使偏正光振动方向向左旋物质能使偏正光振动方向向左旋物质.通惯用通惯用“l ”或或 “-”表示左旋表示左旋.旋光度旋光度-偏正光振动方向旋转角度偏正光振动方向旋转角度.用用“”表示表示.第15页第15页 由由旋旋光光仪仪测测得得旋旋光光度度,甚甚至至旋旋光光方方向向,不不但但与与物物质质结结构构相相关关,并并且且与与测测定定条条件件(样样品品浓浓度度,盛盛放放样样品品管管长长度度,偏正光波长及测定温度等偏正光波长及测定温度等)相关相关.(1)比比旋旋光光度度在在溶溶液液浓浓度度要要求求为为1g/mL,盛盛液液管管长长度度要要求求为为1dm条条件件下下测测得得旋旋光光度度叫叫比比旋旋光光度度.普普通通用用 表表示示.比比旋旋光光度度 只只决决定定于于物物质质结结构构,各各种种化化合合物物比比旋旋光度是它们各自光度是它们各自特有特有物理常数物理常数.8.2.2 比旋光度比旋光度第16页第16页 用用任任一一浓浓度度溶溶液液,在在任任一一长长度度盛盛液液管管中中进进行行测测定定,然然后后将将实实际际测测得得旋旋光光度度,按按下下式式换换算算成成比比旋旋光光度度:=式中式中:C-溶液浓度溶液浓度(g/ml);l -管长管长(dm)若被测得物质是纯液体若被测得物质是纯液体,则按下式换算则按下式换算:=/l 式中式中:-液体密度液体密度(g/cm3).lC(2)比旋光度测定与换算比旋光度测定与换算第17页第17页通常将测定期温度和偏正光波长标出通常将测定期温度和偏正光波长标出:t溶剂对比旋光度也有影响溶剂对比旋光度也有影响,因此也要注明溶剂因此也要注明溶剂.例例:在在20时时,以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液比旋光度为右旋液比旋光度为右旋52.5,记为记为:“D”代代表表钠钠光光波波长长.因因钠钠光光波波长长589nm相相称称于于太阳光谱中太阳光谱中D线线.20=+52.5(水）水）D(3)比旋光度表示办法比旋光度表示办法第18页第18页手手性性碳碳原原子子 有有机机化化合合物物中中手手性性分分子子大大都都含含有有与与四四个个互互不不相相同同基基团团相相连连碳碳原原子子。这这种种碳碳原原子子没没有有任任何何对对称称原原因因,叫叫不不对对称称碳碳原原子子或或手手性性碳碳原原子子.在在结结构构式式中中通惯用通惯用*标出手性碳原子。标出手性碳原子。含有一个手性碳原子分子一定是手性分子含有一个手性碳原子分子一定是手性分子.一个手性碳原子能够有两种构型。一个手性碳原子能够有两种构型。含有手性物质与分子中有无手性碳原子含有手性物质与分子中有无手性碳原子无关无关.8.3 含有一个手性碳原子化合物对映异构含有一个手性碳原子化合物对映异构第19页第19页例：乳酸例：乳酸 CH3CHOHCOOH*右旋乳酸右旋乳酸 15=+2.6 熔点熔点=53 左旋乳酸左旋乳酸 15=-2.6 熔点熔点=53 外消旋体不但没有旋光性，且其它物理性质也往往与单纯旋光体不同.比如：外消旋体乳酸熔点为18.*DD外消旋体外消旋体由等量对映体相混合而成混合物由等量对映体相混合而成混合物.第20页第20页乳酸分子模型和投影式乳酸分子模型和投影式两个竖立键两个竖立键表示向纸面背后伸去键表示向纸面背后伸去键;两个横在两边键两个横在两边键表示向纸面前方伸出键表示向纸面前方伸出键.在纸面上旋转在纸面上旋转180构型不变；旋转构型不变；旋转90或或270或翻身或翻身镜象镜象切记切记8.4 构型表示法，构型确实定和构型标识构型表示法，构型确实定和构型标识8.4.1 构型表示法构型表示法（1）菲舍尔（）菲舍尔（Fischer）投影式）投影式第21页第21页将将手手性性碳碳原原子子表表示示在在纸纸面面上上，用用实实线线表表示示在在纸纸面面上上键键，虚虚线线表表示示伸伸向向纸纸后后方方键键，用用锲锲形形实实线线表表示示伸伸向向纸纸前方键。前方键。FischerFischer投影式投影式锲形式锲形式锲形式锲形式FischerFischer投影式投影式（2）锲形式）锲形式比较直观比较直观第22页第22页8.4.2 构型拟定 菲舍尔投影式、锲形式看不出左、右旋；旋光仪可测定旋光方向，但不能判断构型。甘油醛甘油醛原则比较法原则比较法:人为指定人为指定()为右旋甘油醛为右旋甘油醛(+)构型；构型；()为左旋甘油醛为左旋甘油醛(-)构型。构型。以甘油醛这种构型为原则，比照其它化合物结构以甘油醛这种构型为原则，比照其它化合物结构来拟定来拟定相对构型相对构型。第23页第23页左旋乳酸左旋乳酸D-测定测定此乳酸旋光方向为左旋此乳酸旋光方向为左旋比照办法：比照办法：利用反应过程中与手性碳原子直接相连键利用反应过程中与手性碳原子直接相连键不发生断不发生断裂裂，以确保手性碳原子构型不发生改变，最后和要求构型甘油，以确保手性碳原子构型不发生改变，最后和要求构型甘油醛进行结构比照。比如：通过系列化学反应证实，醛进行结构比照。比如：通过系列化学反应证实，左旋乳酸和左旋乳酸和右旋甘油醛构型一致右旋甘油醛构型一致 D-。右旋甘油醛右旋甘油醛指定指定构型构型D-Na-Hg第24页第24页两种甘油醛绝对构型两种甘油醛绝对构型-和要求一致和要求一致右旋酒石酸铷钠绝对构型：右旋酒石酸铷钠绝对构型：（1）原则比较法得出此构型，测得结果为右旋。）原则比较法得出此构型，测得结果为右旋。（2）X X光光衍衍射射直直接接拟拟定定右右旋旋酒酒石石酸酸铷铷钠钠与与此此推推出出构构型型一致。一致。（3）因因此此人人为为指指定定甘甘油油醛醛构构型型也也是是其其绝绝对对构构型型。以以此此为原则拟定其它相对构型也是绝对构型。为原则拟定其它相对构型也是绝对构型。注意注意:从构型上不能鉴定物质旋光方向从构型上不能鉴定物质旋光方向(须测定须测定).).构型确实定在于阐明左、右旋某物质构型形式构型确实定在于阐明左、右旋某物质构型形式（即分子中各原子或基团在空间排列方式）。（即分子中各原子或基团在空间排列方式）。第25页第25页 结构相同而构型不同异构体在命名时，有必要对其构型给予标识。构型标识方法有两种：右旋甘油醛构型定为D型，左旋甘油醛构型定为L型.凡经过试验证实其构型与D-相同化合物，都叫D型，在命名时标以“D”;而构型与L-甘油醛相同，都叫L型，在命名时标以“L”.例：左旋乳酸：D-(-)-乳酸;右旋乳酸:L-(+)-乳酸 D、L只表示构型，而不表示旋光方向。只表示构型，而不表示旋光方向。旋光方向以旋光方向以“+”(右旋右旋)、“-”(左旋左旋)表示。表示。D-L标识法只适合分子中含有一个标识法只适合分子中含有一个C*构型构型.8.4.3 构型标识构型标识（1）以甘油醛为对照原则）以甘油醛为对照原则DL法法:第26页第26页 依据手性碳原子所连接四个不同基团在空间排列次序来标识构型方法：假定手性碳原子所连接四个基团为a,b,c,d,并将它们按次序（烯烃次序规则:原子序数大小）排队.若a,b,c,d四个基团次序是abcd,将该手性碳原子在空间作以下安排：(2)R-S标识法标识法 把排在最后基团把排在最后基团d放在离观测者放在离观测者最远最远位置，然后位置，然后 按轮转方向按轮转方向a b c观测其它三个基团。观测其它三个基团。轮转方向为轮转方向为顺时针顺时针,该该C*构型标识为构型标识为“R”(右右)；轮转方向为轮转方向为逆时针逆时针,该该C*构型标识为构型标识为“S”(左左).第27页第27页比如：比如：锲形式锲形式R-S标识法标识法RS顺时针顺时针反时针反时针基团顺序为：基团顺序为：abcdR:Rectus(右右)S:Sinister(左左)第28页第28页（1）将顺序排在最后基团）将顺序排在最后基团d放在一个竖立（即指向放在一个竖立（即指向 后方）键上，然后依次轮看后方）键上，然后依次轮看a、b、c。（2）轮转顺序为）轮转顺序为顺时针顺时针，该投影式代表构型为，该投影式代表构型为R型型；轮转顺序为轮转顺序为逆时针，逆时针，该投影式代表构型为该投影式代表构型为S型型。c基团顺序为：基团顺序为：abcd顺时针顺时针逆时针逆时针(一一)菲舍尔投影式中最小基团菲舍尔投影式中最小基团d d在竖键在竖键上上(3)菲舍尔投影式菲舍尔投影式R-S标识法：标识法：第29页第29页 顺时针方向轮转顺时针方向轮转-该投影式代表构型为该投影式代表构型为S型型 逆时针方向轮转逆时针方向轮转-该投影式代表构型为该投影式代表构型为R型。型。基团顺序为：基团顺序为：abcd(二二)菲舍尔投影式中最小基团菲舍尔投影式中最小基团d在横键在横键上上d在在竖键竖键上上d在在横键横键上上顺时针顺时针逆时针逆时针RS逆时针逆时针顺时针顺时针第30页第30页比如：比如：乳酸乳酸CH3CHCOOH手性碳原子四个基团排队：手性碳原子四个基团排队：OH 基基团顺团顺序序:OH COOH CH3 H.因此乳酸两种构型可辨认和标识下列：因此乳酸两种构型可辨认和标识下列：(右旋右旋):S-(+)-乳酸乳酸(左旋左旋):R-(-)-乳乳酸酸S 楔形式楔形式投影式投影式RH H在竖键在竖键第31页第31页 判断下列物质菲舍尔投影式构型判断下列物质菲舍尔投影式构型:BrHClCH3H2NHCH3CH3ClCOOHCH(CH3)2ClCH2基团顺序基团顺序 Br Cl CH3 H H2N COOH CH3 H Cl CH2ClCH(CH3)2 CH3SSR第32页第32页(4)分子中有多个手性碳原子化合物：分子中有多个手性碳原子化合物：命名时可用命名时可用 R-S标识法将每个手性碳原子构型一一标出。标识法将每个手性碳原子构型一一标出。比如：比如：C-2所连接四个基团顺序所连接四个基团顺序:OH CHOHCH2CH3 CH3 H所连接四个基团顺序所连接四个基团顺序:OH CHOHCH3 CH2CH3 HR:S:H在横键在横键;顺时针顺时针H在横键在横键;逆时针逆时针第33页第33页(2S,3R)-2,3-戊二醇戊二醇（5）手性化合物命名：）手性化合物命名：将手性碳原子位次连同构型写在括号里：将手性碳原子位次连同构型写在括号里：比如：比如：第34页第34页注意:R和S是手性碳原子构型依据所连基团排列次序所作标识.在一个化学反应中,假如手性碳原子构型保持不变,产物构型与反应物相同,但它R或S标识却不一定与反应物相同.反之,假如反应后手性碳原子构型发生了转化,产物构型R或S标识也不一定与反应物不同.因为经过化学反应,产物手性碳原子上所连接基团与反应物不样了,产物和反应物对应基团排列次序可能相同,也可能不同。产物构型R或S标识,决定于它本身四个基团排列次序,与反应前后构型是否保持不变无关。第35页第35页比如：比如：RS第36页第36页 结论：结论：含有一个手性碳原子化合物有一对对映体。含有一个手性碳原子化合物有一对对映体。分分子子中中若若有有多多个个手手性性碳碳原原子子，立立体体异异构构数数目目就就要要多多些些：若若含含有有n个个手手性性碳碳原原子子化化合合物物，最最多多能能够够有有2n种种立体异构。立体异构。有些分子立体异构数目有些分子立体异构数目少于少于 2n这个最大数。这个最大数。8.5 含有多个手性碳原子化合物立体异构含有多个手性碳原子化合物立体异构第37页第37页例例:2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸HOOC-CH-CH-COOH立体异构立体异构 OH Cl*这四种异构体中这四种异构体中(I)和和(II)是是对映体对映体;(III)和和(IV)是是对映对映体体.(I)和和(II)等等量量混混合合物物是是外外消消旋旋体体；(III)和和(IV)等等量量混混合合物物也也是是外外消消旋旋体体。(I)或或(II)和和(III)、(IV)是是非非对对映映体。体。第38页第38页非对映体(I)和(III)或(IV)以及(II)和(III)或(IV)也是立体异构，但它们不是互为镜象，不是对映体，这种不对映立体异构体叫做非对映体.非对映体旋光度不相同,而旋光方向则可能相同,也可能不同,其它物理性质都不相同:非对映体混合在一起非对映体混合在一起,能够用普通物理办法将它们分离出来能够用普通物理办法将它们分离出来.2-羟基羟基-3-氯丁二酸物理性质氯丁二酸物理性质第39页第39页例例:酒石酸酒石酸 HOOC-CH-CH-COOH立体异构立体异构 OH OH*这四种异构体中(I)和(II)是对映体;(III)和(IV)是同一个物质(它们平面旋转180能够相互叠合，以下图）：I II III IV(2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)有些分子立体异构数目少于有些分子立体异构数目少于2n这个最大数这个最大数第40页第40页 (III)通过通过C(2)-C(3)键中心点垂直线为轴旋转键中心点垂直线为轴旋转180,就能就能够看出它能够与够看出它能够与(IV)是叠合是叠合:以黑点为中心以黑点为中心在纸面上旋转在纸面上旋转180(III)和和(IV)是同一是同一个物质本质原因？个物质本质原因？两个手性碳原子连接基团完全相同两个手性碳原子连接基团完全相同第41页第41页在它全重叠式构象中能够找到一个在它全重叠式构象中能够找到一个对称面对称面。在它对位交叉式构象中能够找到一个在它对位交叉式构象中能够找到一个对称中心对称中心。内消旋体：(III)和(IV)分子内存在对称面，能与其镜象叠合，不是手性分子，因此也没有旋光性这种物质叫内消旋体。内消旋体与外消旋体均无旋光性，但它们本质不同.第42页第42页酒酒石石酸酸之之因因此此有有内内消消旋旋体体，是是由由于于它它两两个个手手性性碳碳原原子子所连接基团结构完全相同。所连接基团结构完全相同。当当这这两两个个手手性性碳碳原原子子构构型型相相反反时时，它它们们在在分分子子内内能能够够互相对映，因此整个分子不再含有手性。互相对映，因此整个分子不再含有手性。含含有有多多个个手手性性碳碳原原子子分分子子却却不不一一定定都都有有手手性性.因因此此不不能说能说但凡含有手性碳原子分子都是手性分子但凡含有手性碳原子分子都是手性分子.内内消消旋旋酒酒石石酸酸(III)和和有有旋旋光光性性酒酒石石酸酸(I)或或(II)是是非非对映体对映体,它不但没有旋光性它不但没有旋光性,并且物理性质也相差很大：并且物理性质也相差很大：酒石酸对映异构体小结酒石酸对映异构体小结酒石酸物理性质酒石酸物理性质酒石酸酒石酸熔点熔点/（）右旋）右旋（）左旋）左旋（）内消旋）内消旋 170 170 146+12-120外消旋体外消旋体206第43页第43页比如：比如：戊醛糖（戊醛糖（2,3,4,5-四羟基戊醛）四羟基戊醛）:含三个含三个C*化合物最多也许有化合物最多也许有23=8种立体异构。种立体异构。第44页第44页假如把戊醛糖两端氧化成羧基假如把戊醛糖两端氧化成羧基,就只有四种立体异构体：就只有四种立体异构体：假手性碳原子：(III)、(IV)中尽管C-3是手性原子（C-2和C-4所连基团虽结构相同，但构型不同），但(III)、(IV)却是非手性分子.像C-3这么不能对分子手性起作用手性碳原子叫做假手性碳原子.RRRS第45页第45页 在在含含有有多多个个手手性性碳碳原原子子立立体体异异构构体体中中，只只有有一一个个手手性性碳碳原原子子构构型型不不相相同同，其其余余构构型型都都相相同同非对映体非对映体，又叫，又叫差向异构体差向异构体。例例1：内内消消旋旋酒酒石石酸酸与与有有旋旋光光性性酒酒石石酸酸只只有有一一个个碳碳原原子构型不相同，因此它们是差向异构体：子构型不相同，因此它们是差向异构体：I II III IV(2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)相同分子相同分子内消旋内消旋 差向异构体差向异构体(I)和和()、()和和(III)都是都是差向异构体差向异构体第46页第46页例例2：(I)和和(II)、(I)和和(III)、(I)和和(IV)也都是也都是差向异差向异构体构体第47页第47页 外消旋体和内消旋体都无旋光性，内消旋体是一个纯物质；外消旋体是由一对旋光方向不同而其它物理性质相同对映体等量混合而成，能够拆分。拆分将外消旋体分离成旋光体过程叫“拆分”。用普通物理方法（分馏、分步结晶等）不能把一对对映体分离开来，必须用特殊方法。拆分方法（1）机械拆分法：利用外消旋体中对映体结晶形态上差异，借肉眼直接识别，或经过放大镜进行识别，而把两种结晶体挑捡分开。(当前极少用)（2）微生物拆分法：利用一些微生物或它们所产生酶，对对映体中一个异构体有选择分解作用。8.6 外消旋体拆分外消旋体拆分第48页第48页（3）选择吸附拆分法：用某种旋光性物质作为吸附剂，使之选择性地吸附外消旋体中一个异构体（形成两个非对映吸附物）。（4）诱导结晶拆分法（晶种结晶法）：在外消旋体过饱和溶液中，加入一定量一个旋光体纯晶体作为晶种，于是溶液中该旋光体含量多，在晶种诱导下优先结晶析出。（5）化学拆分法：将外消旋体与旋光性物质作用，得到非对映体混合物，依据非对映体不同物理性质，用普通分离方法将它们分离。比如酸化学拆分：第49页第49页酸拆分环节可用下列通式表示：酸拆分环节可用下列通式表示：惯用旋光性碱主要是生物碱，如：（惯用旋光性碱主要是生物碱，如：（-）-奎宁、（奎宁、（-）-马马钱子碱、（钱子碱、（-）-番木鳖碱；番木鳖碱；惯用旋光性酸是酒石酸、樟脑惯用旋光性酸是酒石酸、樟脑-磺酸等。磺酸等。拆分酸时拆分酸时惯用旋光性碱；惯用旋光性碱；拆分碱时拆分碱时惯用旋光性酸惯用旋光性酸第50页第50页拆分意义拆分意义 大多数化学合成产物都是外消旋体大多数化学合成产物都是外消旋体.但往往但往往旋光旋光性性物质有独特化学活性或化学活性要远优于外消旋体物质有独特化学活性或化学活性要远优于外消旋体.比如化学合成非甾体消炎镇痛药比如化学合成非甾体消炎镇痛药酮基布洛芬酮基布洛芬是外消旋体混合物。研究表明其中是外消旋体混合物。研究表明其中S-酮基布洛芬药酮基布洛芬药效是外消旋体效是外消旋体2倍，拆分意味着临床只需要二分之一倍，拆分意味着临床只需要二分之一剂剂量即可达到同样疗效。量即可达到同样疗效。CH3 CHCOOHR酮基布洛芬酮基布洛芬第51页第51页 不通过拆分利用某种手性条件直接合成出含有旋光不通过拆分利用某种手性条件直接合成出含有旋光性物质办法，叫性物质办法，叫手性合成手性合成（或（或不对称合成不对称合成）.通过化学反应能在非手性分子中形成手性碳原子通过化学反应能在非手性分子中形成手性碳原子:例例1:烷烃氯化烷烃氯化例例2:丙酮酸还原丙酮酸还原2-氯丁烷氯丁烷2-羟基丙酸羟基丙酸以上两个反应产物并无旋光活性以上两个反应产物并无旋光活性外消旋体。若在反外消旋体。若在反应时应时存在某种手性条件存在某种手性条件，则新手性碳原子形成时，两种，则新手性碳原子形成时，两种构型生成机会不一定相等（构型生成机会不一定相等（某种对映体含量稍多些某种对映体含量稍多些）:8.7 手性合成手性合成第52页第52页比比如如：-酮酮酸酸直直接接还还原原，只只能能得得到到外外消消旋旋-羟羟基基酸酸；若若将将酮酮酸酸先先与与旋旋光光性性醇醇作作用用，生生成成旋旋光光性性酮酮酸酸酯酯后后再再还原，最后水解，则得到含有旋光性羟基酸：还原，最后水解，则得到含有旋光性羟基酸：在手性基团影响下，新手性碳原子两种构型生成在手性基团影响下，新手性碳原子两种构型生成机会不是均等。此时左旋体含量多于右旋体混合物。机会不是均等。此时左旋体含量多于右旋体混合物。相对含量用相对含量用ee值表示值表示.第53页第53页写出烯烃溴代反应历程以及终产物立体写出烯烃溴代反应历程以及终产物立体结构结构.互为镜像互为镜像对称结构两个进攻方向产物不同！第54页第54页有对映体有对映体有对映体有对映体不对称结构，不对称结构，上下均可成环上下均可成环*第55页第55页 环环烷烷烃烃只只要要在在环环上上有有两两个个碳碳原原子子各各连连有有一一个个取取代代基基,就有顺反异构；如环上有手性碳原子就有顺反异构；如环上有手性碳原子,则有对映异构现象则有对映异构现象.观测碳原子所在环左右是否含有对称性，若无对称性则相称于连接两个不同官能团，该碳原子是手性碳原子。含有手性碳原子环状化合物不一定是手性分子！（如内消旋体）含有手性碳原子环状化合物不一定是手性分子！（如内消旋体）薄荷醇平面式薄荷醇平面式3个个*；8个光学异构体个光学异构体环状化合物手性碳原子判断：环状化合物手性碳原子判断：8.8 环状化合物立体异构环状化合物立体异构第56页第56页例例1：2-羟甲基环丙烷羟甲基环丙烷-1-羧酸（四种立体异构体）羧酸（四种立体异构体）对映体对映体对映体对映体第57页第57页例例2：将：将2-羟甲基环丙烷羟甲基环丙烷-1-羧酸氧化成环丙烷二羧酸，羧酸氧化成环丙烷二羧酸，（三种立体异构体，有一个内消旋体）（三种立体异构体，有一个内消旋体）.(II)和和(III)是一对对映体是一对对映体,(I)和和(II)或或(III)是非是非对映体对映体.对映体对映体内消旋体内消旋体第58页第58页例例3:二元取代环丁烷立体异构数目与取代基位二元取代环丁烷立体异构数目与取代基位 置相关置相关:环丁烷环丁烷-1,3-二羧酸二羧酸 环丁烷环丁烷-1,2-二羧酸二羧酸第59页第59页下列生成物是如何形成？是否为同一物质？下列生成物是如何形成？是否为同一物质？不对称结构，上下均可成环，每环一个进攻方向，(Br+加成符合马式规律)，形成不同产物。上成环上成环下成环下成环第60页第60页烯烃硼氢化氧化反应产物只有一个吗？烯烃硼氢化氧化反应产物只有一个吗？第61页第61页 在有机化合物中在有机化合物中,也有一些手性分子并不含有手性也有一些手性分子并不含有手性碳原子碳原子.这些手性分子都有对映体存在这些手性分子都有对映体存在.例例1:丙二烯丙二烯:当第一和第三个碳原子分别连有不同基团时,整个分子就是一个手性分子,因而有对映体存在:8.9*不含手性碳原子化合物对映异构不含手性碳原子化合物对映异构中间中间C为为sp杂化杂化C第62页第62页例例2:联苯邻位上有较大取代基时，两个苯环不在一联苯邻位上有较大取代基时，两个苯环不在一 个平面个平面:对映体对映体假如两个苯环上取代基分布不对称假如两个苯环上取代基分布不对称,整个分子就含有整个分子就含有手性。手性。(6,6-二硝基二硝基-2,2-联苯二甲酸联苯二甲酸)这这一一对对对对映映体体事事实实上上是是构构象象异异构构体体,它它们们互互相相转转换换只只要通过键扭转要通过键扭转,并不要对换取代基空间位置并不要对换取代基空间位置.v基团阻转能力大小：基团阻转能力大小：I2Br2Cl2CH3NO2COOHNH2OCH3OHFH第63页第63页 除碳外，尚有一些元素除碳外，尚有一些元素(如如Si、N、S、P、As等等)共价键化合物也是四周体结构，当所连基团互不共价键化合物也是四周体结构，当所连基团互不相同时，该原子也是手性原子。含有这些手性原子相同时，该原子也是手性原子。含有这些手性原子分子也也许是手性分子。分子也也许是手性分子。例例1：例例2：都是手性分子，都有对映体存在。都是手性分子，都有对映体存在。8.10*含有其它手性原子化合物对映异构含有其它手性原子化合物对映异构第64页第64页判断下列说法正误判断下列说法正误:1.但凡含有手性碳原子分子都是手性分子但凡含有手性碳原子分子都是手性分子().2.只含有一个手性碳原子分子一定是手性分子只含有一个手性碳原子分子一定是手性分子().3.对映体之间所有物理化学性质都相同对映体之间所有物理化学性质都相同().4.内消旋体和外消旋体都无旋光性内消旋体和外消旋体都无旋光性().5.内消旋体和外消旋体都可进行拆分内消旋体和外消旋体都可进行拆分().6.含有个含有个n手性碳原子物质最多有手性碳原子物质最多有2n个立体异构体个立体异构体().7.R或或S构型取决于与手性碳原子相连四个基构型取决于与手性碳原子相连四个基 团空团空 间排布顺序，与改变前后构型是否保持不变无关间排布顺序，与改变前后构型是否保持不变无关().第65页第65页应用实例应用实例8：外消旋体拆分意义：外消旋体拆分意义畸胎剂畸胎剂镇静剂镇静剂常规合成产物往往是外消旋混合物。常规合成产物往往是外消旋混合物。假如有假如有n个手性原子，最多有个手性原子，最多有2n种立体异构体，种立体异构体，其中只有其中只有1/2n是是effective.萨立多胺（tholidomide）R-isomerFetus Deforming AgentS-isomerSeditive确切疗效确切疗效;毒副作用毒副作用;剂量与资源成本剂量与资源成本第66页第66页本本 章章 小小 结结1.立体异构包含构型异构和构象异构，构型异构又分为顺反异 构和对映异构。2.不能与其镜象重合分子称为手性分子。该分子与其镜象互 称为对映体，对映体是结构不同化合物，即对映异构。3.凡结构中不存在对称面、对称中心或四重更替对称轴物质 分子含有手性，手性分子含有旋光活性。对映体之间物理性 质基本相同，旋光度也相同（需测定），但旋光方向相反。4.对映体构型能够用楔形式和Fischer投影式表示；构型标识 有D-L标准比较法和以次序规则为基础R-S标识法.5.含有n个手性碳原子物质最多有2n个立体异构体，外消旋体 有2n-1个。6.内消旋体分子中含有2个或以上手性中心，有内在对称原因,分子无旋光性。7.内消旋体是单一物质，外消旋体是等量对映体混合物，可 以用特殊手段拆分。第67页第67页