立体化学
第二章立体化学

CH2
20%
20%
O
H
CH3
OH
H
CH3
CH3MgX
H2O
C6H6 H
H3C C6H5H
CH3
67%赤式
OH
H
CH3
H C6H5CH3
33%苏式
CHO H OH H OH
CH2OH
CHO HO H HO H
CH2OH
CHO HO H
H OH CH2OH
CHO H OH HO H
CH2OH
D-(-)-赤藓糖 L-(+)-赤藓糖 D-(-)-苏阿糖 L-(+)-苏阿糖
R RL OH
R
H
CH3
HO
HO C6H5CH3 C6H5 CH3
C6H5
H CH3
COCH3
R
RMgX
H
H2O
CH3
H3C C6H5
R H
O CH3
H3C
苏式
R 基团越大,选择性越好
R = -CH3, -C2H5, -C6H5时,苏式:赤式 ≈ 1:2;1:3;1:5 不能应用于手性碳原子连有能与试剂络合的基团的化合物
HOOC H
COOH
HO Fumarate hydratase
H
HH
COOH
S. Ichikawa et.al Biochemical Engineering Journal 2003, 13(1), 7-13.
三、非对映异位基,非对映异位基面(diasteseotopic ligand and faces) 与手性中心相连的前手性中心上基团(原子)被取代,生成非对映异构体,这
3. 不对称合成 手性分子(非手性分子)的前手性单位被转化成手性单位并生成不等量的
第八章立体化学

i
OH ②对称中心 H
. H
H
OH
CH3 H
08-2 水、氨对称轴
C2 H
O
C3 H H N
③对称轴
CH3
H H 旋转360/n度,分子相同
分子有对映异构的条件——既无对称面,也无对称中心
分子是否含有手性C*是最常用的判定标准。
4、手性碳和对映异构体之间什么关系? 08-3 若含一个C*, 一个手性碳 只有两种空间排列方式。 只有两种结构式, 任换两个基团,变成对映体; 一对对映异构体。 换三个基团,仍是自身。 左旋体和右旋体。两者的等量混合物,称为外消旋体。 5、对映异构体怎么命名? ——R/S命名法(系统) bCOOH COOH ①按次序规则由大到小排列四 m.p. []25 D 个基团a>b>c>d ( – )乳酸 53℃ -2.60 a C C OH I>Br>Cl>F>O>N>C>H HO c H H CH3 CH3 (+)乳酸 53℃ +2.60 (R)-乳酸 (S)-乳酸 ②把最小基团d放在远处, 看 a a (±)乳酸 18℃ —— a→b→c的顺序。顺时针,R; R S C C c 逆时针,S。——方向盘定则 左右旋表示旋光方向, d c d 不是命名。 b b
检偏镜 [ ] +900
C l
l—dm C—g· -1 mL
例如:右旋乳酸 []25=+2.60(水) D
②物质的旋光度,需要通过改变浓 度或者改变盛液管长度的方式测定 左旋?右旋? 两次,才能确定。
3、什么样的结构会产生对映异构体? 对映异构是由 于分子的不对 称结构引起的
①对称面
因为用平面书写方式表达 立体结构,所以使用菲舍 尔投影式的原则是——
立体化学

(2) 第二个手性中心的产生
如果在一个旋光性分子里生成第二个手性碳原子, 生成非对映体的量是不相等的。
例如:
CH3 H Cl H H CH3
(2S)-氯丁烷 手性环境
Cl2
CH3 H Cl Cl H CH3
(2S,3S)-二氯丁烷
CH3 + H H Cl Cl CH3
(2S,3R)-二氯丁烷
29%
第五章
立体化学
立体化学是研究分子中原子或原子团在空 间的排列状况,以及不同的排列对分子的 物理和化学性能的影响。 立体化学中主要讨论顺反异构、对映异构、 构象异构。
§5-1顺反异构
顺反异构(cis-trans isomerism)是讨论分 子旋转受双键或环的限制引起的异构现象。 属于几何异构。 一.含有碳碳双键的顺反异构
Ö Ô Ö Ó Ê Ð ·×
基团空间位阻之和>0.29nm时有手性
有手性面的化合物:手性面是通过分子的 平面,在它两侧的取代基是不同的 。 如柄型化合物:
(CH2) n
O R
O
当R=COOH时:n≥10,自动消旋化; n=9,加热时慢慢消旋化; n≤8,有对映体,是手性分子
螺旋型化合物:
赤式
CHO HO H H OH CH2OH
苏阿糖
CH3 Cl H H OH CH3
苏式
相同的原子在同侧
相同的原子不在同侧
沿C—C键轴观看,相同或相似的原子或基 按相同方向出现者为赤型,以相反方向出现时 为苏型。例如:
H H Cl H3C OH 苏式 前 后 前 CH3 CH3 H3C H 苏式 后 前 H Cl OH HO H Cl CH3 赤式 后 前 H CH3 H3 C HO H 赤式 后 H Cl CH3
化学第三章立体化学

C=Y
CY (Y) (C)
Y为C、O、N等常见原子,是几重键就相当于连几 个相同的原子。
H (C) CH CH2 相当于 C C H
(C) H
H(C) H(C)
相当于 (C)
H
( C)
(C)
H
H (C)
(C) (C) C CH 相当于 C C H
(C) (C)
(N) (C) C N 相当于 C N
H
H
CC C6H5
CH3 CC
H
H
(顺,顺)
H CC
C6H5
H H
CC
H
CH3
(顺,反)
H
C C6H5
H
CH3
CC
C
H
H
(反,反)
H
H
H
CC
CC
C6H5
H
CH3
(反,顺)
H
CH2CH3 CH3CH2
CH(CH3)2
CC
CC
CH3
CH2CH2CH3 CH3
CH2CH2CH3
(三) Z , E - 命名法
H5 4 H
CC
CH3
3 2H CC 1
H
COOH
(2E,4Z) – 2,4- 己二烯酸
(四)顺反异构体的性质(一般规律的比较)
顺、反-丁烯二酸的物理性质
异构体
熔点/℃ 密度
溶解度( 25℃) /(g/100g·H2
O)
顺-丁烯二酸 130
1.590
78.8
反-丁烯二酸 287
1.625
0.7
1.构造式(结构式)相同(分子的结构相同,构型不同)
2. 比较各种取代原子或原子团的排列顺序时,先比 较直接相连的第一个原子的原子序数。如果是相同 原子,那就再比较第二个、第三个……原子的原子 序数。 C(CH3)3 > CH(CH3)2 > CH2CH3 > CH3
有机化学 第八章 立体化学

C2H5 Cl Cl
19
H
CH3 H Cl Cl H C2H5 Cl H
CH3 H Cl C2H5 Cl Cl
CH3 H H C 2H 5 H H
CH3 Cl Cl C2H5
CH3 Cl H Cl H C2 H5
CH3 H Cl Cl H C2H5
CH3 H Cl Cl H C2H5
CH3 Cl H Cl H C2 H5
20
注意: 注意
D,L是相对构型,与假定的 、 甘油醛相关联而确定的构型 甘油醛相关联而确定的构型。 D,L是相对构型,与假定的D、L甘油醛相关联而确定的构型。R,S 是相对构型 是绝对构型,能真实代表某一光活性化合物的构型( 、 ) 是绝对构型,能真实代表某一光活性化合物的构型(R、S) 。 两种标记法的依据: 两种标记法的依据:R/S法依据与*C相连的四个原子或基团 法依据与* 的大小顺序; 法依据与D 甘油醛的构型是否相同。 的大小顺序;D/L法依据与D-甘油醛的构型是否相同。 无论是D,L还是R,S标记方法, D,L还是R,S标记方法 无论是D,L还是R,S标记方法,都不能通过其标记的构型来判 断旋光方向。因为旋光方向使化合物的固有性质, 断旋光方向。因为旋光方向使化合物的固有性质,而对化合 物的构型标记只是人为的规定 人为的规定。 物的构型标记只是人为的规定。 目前从一个化合物的构型还无法准确地判断其旋光方向, 目前从一个化合物的构型还无法准确地判断其旋光方向,还 是依靠测定。 是依靠测定。
锲形式
COOH H OH CH3
Fischer投影式 投影式
项:
(1)不能离开纸面翻转;可以沿纸面旋转 )不能离开纸面翻转;可以沿纸面旋转180°,但不能旋转 ° ° 但不能旋转90° 或270°。 ° (2) 基团交换次数可以为偶数次,不能为奇数次;亦可以一基团 基团交换次数可以为偶数次 不能为奇数次; 偶数次, 不动,另三基团顺或逆时针轮换(相当于交换两次)。 不动,另三基团顺或逆时针轮换(相当于交换两次)。
第三章 立体化学

立体化学
Stereochemistry
主要内容
• 一、手性和手性分子
• 二、含不对称碳原子的分子的立体化学
• 三、不含不对称碳原子的分子的立体化学
• 四、 构象与构象分析
• 五、 立体化学的应用
构造 (Constitution)
官能团异构 碳骨架异构 官能团位置异构
互变异构
分子式相同,原子 的成键顺序不同。
二、含不对称碳原子的分子的立体化学
1、具有一个手性中心的对应异构体
对映异构体的构型和描述
注意:分子的旋光度符号和构型(D,L)之间没 有简单的关系。不是都象甘油醛那样D-是右旋, L-是左旋;例如,L-丙氨酸这个氨基酸是右旋的。
2、具有两个手性中心的对应异构体
例如:
旋光异构体的数目
三、不含不对称碳原子的光活异构体
1.丙二烯型的旋光异构体 (A)两个双键相连
实例:a=苯基,b=萘基,1935年拆分。
(B)一个双键与一个环相连(1909年拆分)
H H3C
COOH H
H CH3
H C CH3
(C)螺环形
H H3C
NH2 H
H COOH
NH2 H
2. 联苯型的旋光异构体
X1 X2
3. 对动态反应选择性的影响
立体专一反应和立体选择反应 • 立体专一反应是指:在相同的反应条件下, 由立体异构的起始物得出立体异构的不同产 物。 • 立体选择性反应是指:在特定反应中,单一 一种反应物能够形成两种或更多种立体异构 产物,但观察到的是其中一种异构体的形成 占优势。
某些立体专一反应
对烯的立体专一加成反应:
5 6 3 4 2 1
0.18nm 4 5 6 1
有机化学第三章-立体化学

同分异构
同分异构
碳链(碳架)异构
构造异构
官能团位置异构 官能团异构
互变异构
立体异构
构型异构 构象异构
顺反异构 对 映异构
立体异构
分子的构造式相同,但分子中的原子在 空间的排列方式不同。
顺反异构、对映异构、构象异构。
第二节 分子的平面模型表示法
费歇尔投影式 锯架投影式 纽曼投影式
HC
H
HO
CH3
OH
CH3
CH
H
H3C
OH
CH3
OH
-
对映异构体:分子的构造相同,但构型不
同,形成实物与镜象的两种分子,互称为
对映异构体。
二. 含有一个手性C化合物的对映异构
手性碳原子C*
COOH
C
H
OH
CH3
CH3 C*H乳C酸OOH
OH
手性分子
镜子
COOH
C
HO
H
CH3
对映异构体
COOH
COOH
2
H C NHCH3 CH3
(-)-伪麻黄碱
(1R,2R)
1
H C OH H3CHN C2 H
CH3 (+)-伪麻黄碱
(1S,2S)
说明:
1、n个不同C* , 产生 2n 个对映异构体
2、部分手性碳构型相同,部分不同的旋光 异构体互称“非对映体”(差向异构体)
3、非对映体的旋光性不同,其他物理和化 学性质也有差异。
Cl
Ⅲ
Ⅲ和Ⅰ构型相同,Ⅱ和Ⅰ(Ⅲ)构型不同。
操作法则
允许在纸平面上旋转180度 允许固定一个基团,其余三个依次轮换位置 允许中心碳上任意两基团对调偶数次
有机化学中的立体化学

有机化学中的立体化学立体化学是有机化学中的重要分支,研究有机化合物中分子的空间结构和立体构型。
在有机化学中,分子的立体结构对于物质的性质和反应具有重要影响。
本文将介绍有机化学中的立体化学的基本概念、立体异构体、手性化合物以及应用等方面。
1. 立体化学的基本概念立体化学研究的是物质的三维结构,即分子中原子的排列方式。
分子的立体结构包括空间位置、原子的相对位置和键的属性。
有机化学中的立体化学是基于分子之间键的空间取向,包括空间立体异构体和手性化合物等。
2. 空间立体异构体空间立体异构体是指分子在空间中排列方式不同而化学性质相同的化合物。
其中最常见的是构象异构体和构型异构体。
构象异构体是由于分子的单键和双键的自由旋转而形成的异构体。
例如,正丁烷和异丁烷就是一对构象异构体,它们的分子式相同,但空间结构不同。
构型异构体是由于化学键的旋转或键的断裂而形成的异构体。
常见的构型异构体包括顺式异构体和反式异构体。
例如,顺式-1,2-二氯乙烷和反式-1,2-二氯乙烷就是一对构型异构体。
3. 手性化合物手性化合物是指分子在镜像超格操作下非重合的分子。
具有手性的化合物称为手性化合物(或不对称化合物),而没有手性的化合物称为非手性化合物(或称为对称化合物)。
手性是指一个物体不能与其镜像重合的性质。
在有机化学中,手性的原因除了分子的立体构型之外,还包括碳原子上的手性中心。
手性中心是指一个碳原子上连接着四个不同基团的情况。
手性化合物具有光学活性和对映体的特性。
同一手性化合物存在两个对映体,即左旋和右旋对映体。
这两种对映体的化学和物理性质相同,但旋光性质和酶的催化性质等却不同。
4. 应用立体化学在有机合成、药物设计和生物活性研究中具有重要应用。
一方面,立体化学可以指导合成路线的设计,提高合成产率和选择性。
另一方面,对药物的立体构型进行研究可以优化药物的活性、选择性和毒性。
例如,拟肽药物的立体构型对于其相互作用的特异性和选择性很关键。
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Note: 1) m-CPBA: meta-chloroperbenzoic acid 2) NBS: N-bromosuccinimide
09/06/2011
15
Stereochemical Control In Six-Membered Rings
1) In six-membered ring systems, there is generally a strong preference for substituents to occupy the equatorial positions; 2) Diastereomers may be equilibrated by processes such as enolization.
O Me LiAlH4 THF Me 77% Me 23% OH + OH
pseudoaxial attack O Me H pseudoequatorial attack peudoaxial and pseudoequatorial faces are quite similar
Note: When the size of the nucleophile is small, it can NOT discriminate these two similar faces.
O NaBH4 Me H Me H 50:50 form a ring NaBH4 O OH LiAlH(OB; Me H H OH
Note: 1) The reductions of cyclic ketone are stereoselective; 2) These stereoselective reactions give out two diastereomers, so it is diastereoselective; 3) The key to the difference is in the conformations (conformational effect).
Note: Diastereoselectivity remains the same whether the starting material is enantiomerically pure or racemic.
09/06/2011 9
Five-Membered Rings
1) It is NOT even necessary to have a stereogenic center in the α,βunsaturated five-membered ring for creating new stereochemistry; 2) A tandem conjugate addition and alkylation can create two stereocenters in one operation; 3) The product is usually trans.
CuLi
2
O O then Br O trans
O
09/06/2011
10
Five-Membered Rings
The stereochemical information can be transmitted across a ring even though the original source of that information may be lost during the reaction.
Br R OH cis -H Br Br H R
+
R
Br2 H2O
NaOH R O
H R H2O
Br
09/06/2011
14
Five-Membered Rings
1) If two substituents are present on the same side of the five-membered ring, their function can be combined to dictate the approach from the other side by any reagent; 2) In general, this type of the reaction stereoselectivity is excellent.
O OMe Me Ph O O Ph OMe Me Ph
O OMe
Ph Me
H CO2Me OCOPh
09/06/2011
anti-periplanar
4
Four-Membered Rings
1) The four-membered ring of β-lactones is flat, so is its lithium enolate ring; 2) Thus the lithium enolate ring can be attacked from two faces; 3) If a substituent is used to block one of two faces, then the electrophile simply adds to the face of the enolate NOT blocked by the substituent; 4) This is a very simple case of a diastereoselective reaction.
11
Five-Membered Rings
84% yield diastereoselectivity, >97:3 O O Ph O LDA O Ph O O Li Br O O O Ph H3O+ HO O Ph OH
X Ph O O Li
H But
O
almost planar
1) Making lithium enolate with LDA destroys the original stereocenter and that carbon becomes sp2-hybridized (trigonal); 2) The ring becomes planar; 3) The stereocenter of the acetal intermediate relays the stereochemical information through the reaction.
09/06/2011
8
Five-Membered Rings
1) When there are two or three trigonal carbons in the five-membered ring, the ring becomes flatter; 2) Reactions in such ring systems generally have execellent stereoselectivity.
1) Normal cyclopentane ring is very flexible with an envelop conformation; 2) All five C atoms are, on average, the same, because of rapid ring flipping; 3) Therefore, the stereoselectivity of normal cyclopentane rings is NOT great;
09/06/2011
5
Four-Membered Rings
1) The reduction of four-membered cyclic ketones is NOT highly stereoselective; 2) The stereoselectivity of the above reaction is ONLY noted when the ring substituent is in the 3-position and a small reducing reagent (e.g. NaBH4) is used.
09/06/2011 12
Five-Membered Rings
Five-membered rings can be highly diastereoselective in electrophilic reactions.
Me
RCO3H
Me trans 76%
O
+
Me cis 24%
O
Note: 1) The diastereoselectivity of the above reaction is affected by the bulkiness of the R group.; 2) The selectivity is 76:24 with a small methyl group; 3) Diastereoselectivity has nothing to do with chirality: none of the compounds in the above reaction is chiral.
09/06/2011 13
Five-Membered Rings
The opposite stereoselectivity can be obtained by bromination in water, followed by a stereospecific SN2 reaction in the presence of base.
09/06/2011 7
Five-Membered Rings
Using much more bulky reducing reagents (e.g. LiBHsBu3) can reverse and increase the stereoselectivity of the reaction.