第2章 立体化学
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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
高等有机第二章立体化学原理
构象异构
3
H H H H H H H
HH H H
单键旋转 构象异构 （可互相转化）
H
叔胺翻转
R1、R2、R3是烃基
4
两种异构体A和B
A和B分子中的原子具有相同的连接顺序吗？ 否 构造异构体 是 立体异构体 A和B具有相互不能重合的实物与镜像关系吗？ 否 非对映异构体
是
对映异构体
5
一. 对称性与分子结构
化合物的对称性可以用对称元素加以确定，而对称元 素又可以用一定的对称操作加以描述。对称元素可以 分为对称轴、对称面、对称中心和更迭对称轴（或旋 转反射对称轴）。 对称轴 Cn： 通过分子的一条直线，以这条直线为轴旋 转 360°/ n（n=2、3、4、…）角度，得 到的物体或分子的形象和原来的形象完全 相同，这种轴称为对称轴，并相应地称之 为n重对称轴。 例如：反-2-丁烯有一个二重对称轴C2（垂 直于碳碳双键中心）。
12
2. 含有其它手性原子的化合物
分子中含有四个键指向四面体的四个顶点的原子，若 四个基团不同就有旋光性。
CH2CH3 N CH(CH3)2 C6H5 CH3 CH2CH3 C6H5 N CH(CH3)2 CH3
CH2CH=CH2 P CH(CH3)2 C6H5 CH3
CH2CH=CH2 C6H5 P CH(CH3)2 CH3
外消旋体
非对映混合体
• 拆分酸时，常用的光学活性的碱，如天然的生物碱（（-）奎宁、（-）-马钱子碱、（-）-番木鳖碱）和合成得到的光学 纯的胺类等。
27
• 拆分碱时，常用的天然的光活性酸，如酒石酸、樟 脑--磺酸等。 如a-苯乙胺的拆分：
NH 2 Ph + H CH3 (R-) OHNH2 Ph H CH 3 (R-) NH2 Ph H CH 3 (S-) + HOOC OH COOH NH 3+ Ph HOOC H CH3 (R-) NH 3+ Ph H CH3 (S-) OH HOOC COOOH COOOH
第二章 立体化学
(Z)-1，2-二氯-1-溴乙烯 反-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-1，2-二氯-1-溴乙烯 顺-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-3, 4-二甲基-2-戊烯 顺-3, 4-二甲基-2-戊烯
(Z)-3, 4-二甲基-2-戊烯 反-3, 4-二甲基-2-戊烯
二、顺反异构体的性质
▪ห้องสมุดไป่ตู้物理性质不同 ▪ 化学性质：基本相同，与空间构型有关的有差别。
次互换，使最不优先的基团位于顶部，剩下3个原子或基团按照从优先到不优
先的顺序，顺时针方向排列为R-构型，逆时针方向排列为S-构型。
（二）对称中心
如果有机分子中存在一个假想的点，从分子中任一原子或基团向该点作一直 线，再从该点将直线延长，在等距离处遇到相同的原子或原子团，则该点即 为该分子的对称中心。
四、判断对映体的方法
➢ 比较一个分子和它的镜像，如果两者不能重合，则为对映体。 ➢ 有对称面或对称中心的分子为非手性分子（没有对映体）。 ➢ 仅有一个手性碳原子(或手性中心)的分子为手性分子（有对映体）。
第三节
手性、手性分子和对映体
一、手性
镜像与实物不能重合的现象称为手性（chirality）。
二、手性分子和对映体
手性分子：与镜像不能重合的分子。 手性碳（不对称中心）：连接4个不同原子或基团的碳。
手性碳
与镜像不能重合的分子彼此互为对映异构体（手性异构体）
三、分子中常见对称因素
（一）对称面
对称面：能将分子切分为具有实物与镜像关系的假想平面。有对称面的化合 物不是手性分子。
第二章
立体化学
立体化学：研究有机分子的立体结构、反应的立体选择性 及其相关规律和应用。
碳链异构
位置异构 构造异构
chap03-2
两种常用的改变基团位置的方法: 两种常用的改变基团位置的方法: 交换基团法 旋转法
1. 交换基团法
手性碳上的两个基团或原子交换奇数次得对映体, 交换偶数 手性碳上的两个基团或原子交换奇数次得对映体, 交换偶数 奇数次得对映体 次回到原来结构
CH3 交换CH3和C2H5 H HO I C2H5 H H3C I C2H5 交换 1 次 H HO CH3 C2H5 交换CH3和OH 交换 2 次
H OH
CH3 CH3 CH3
伞形式
Fischer 投影式
十字式
一.立体结构式的变换
问题 1:如何改变基团的位置而又不改变原有构型? 如何改变基团的位置而又不改变原有构型? 问题 2: 如何判断两个结构式(如下图)是否为同一化合物? 如何判断两个结构式(如下图)是否为同一化合物?
CH3 H HO C2H5 C2H5 H3C H OH
3 4 S
COOH H H HO R 2
3
OH OH H
H OH
R 4
COOH
COOH
非手性分子(有对称面) 非手性分子(有对称面)
手性分子(为对映体) 手性分子(为对映体)
假手性碳的构型(用r/s表示) 表示) 假手性碳的构型( r/s表示
相同组成的手性碳优先顺序:R型 > S型 相同组成的手性碳优先顺序: S型
4. 一些不含手性碳的手性分子
含有两个互相垂直的平面) 连二烯型(含有两个互相垂直的平面)
H C Cl C C H Cl H Cl C C C Cl H
与镜像无法重合,是手性分子 与镜像无法重合, 比较: 比较:
H C Cl C C H H H H C C C Cl H
有对称面,为非手性分子 有对称面,
第二章立体化学原理.
360° 分子旋转的角度为 n 时，称 n重对称轴 (Cn)。
F
FB F
C3
C4
C5
C6
n重：当分子旋转360°时，已经重复了 n 次围绕 对称轴的旋转操作。
对称平面 (σ):
请你各举一例。
1. 所有的原子共同处于的平面
2. 通过分子中心，且将分子平均 分成互成实物与镜象关系的 两部分的平面
对称中心 (i)：
Configurational diastereomers
Cis-trans diastereomers
2.2.1.1 分子的对称性
对称要素： 对称轴 (Cn)：
Cl
H
C H
C
Cl
180° Cl
H
CC
H
Cl
分子围绕通过分子中心、并且垂直于分子所在平面的直线旋转 一定的角度后，同原来的分子重合，此直线为一般对称轴。
反式 (+) 异构体 mp:175°
反式 (-) 异构体 mp: 175 °
对映体对
H H
COOH HOOC
内消旋体
COOH HOOC
H
H
H
H
HOOC
COOH
反式异构体
对映体对
2.2.1.5不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心
端位上连接的基团
对称分子 (Symmetric Molecules)：
具有 Cn、σ、i、Sn 分子。 请各举一例
不对称分子(AsymmetricMolecules)：
不含有任何对称要素的分子。一定是手性分子(Chiral molecular)
F
FB F
C3
C4
C5
C6
n重：当分子旋转360°时，已经重复了 n 次围绕 对称轴的旋转操作。
对称平面 (σ):
请你各举一例。
1. 所有的原子共同处于的平面
2. 通过分子中心，且将分子平均 分成互成实物与镜象关系的 两部分的平面
对称中心 (i)：
Configurational diastereomers
Cis-trans diastereomers
2.2.1.1 分子的对称性
对称要素： 对称轴 (Cn)：
Cl
H
C H
C
Cl
180° Cl
H
CC
H
Cl
分子围绕通过分子中心、并且垂直于分子所在平面的直线旋转 一定的角度后，同原来的分子重合，此直线为一般对称轴。
反式 (+) 异构体 mp:175°
反式 (-) 异构体 mp: 175 °
对映体对
H H
COOH HOOC
内消旋体
COOH HOOC
H
H
H
H
HOOC
COOH
反式异构体
对映体对
2.2.1.5不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心
端位上连接的基团
对称分子 (Symmetric Molecules)：
具有 Cn、σ、i、Sn 分子。 请各举一例
不对称分子(AsymmetricMolecules)：
不含有任何对称要素的分子。一定是手性分子(Chiral molecular)
第2章 配合物基础和配位立体化学
NH2 C NH2 S NH2 NH2 C O
2. 多齿配体（polydentate ligands）
双酮
2013-8-3 4
乙二胺（en）、EDTA、联吡啶(bpy)、邻菲咯啉(phen)、
双齿配体
CH2 H 2N CH2 NH2
N
N
乙二胺(en）
联吡啶(bpy)
R' C O
R" C
N
N
R
C
_
H 3N Cl Cl facial H 3N Co NH3 Cl H 3N H 3N Cl Co Cl NH3 Cl
meridional
反顺异构体
面式
经式
NO2 NO2
O2N O2N
光活异构体
（弯线表示en)
2013-8-3
19
N N Co N N
D (+) Co(en)3
3+
N
N N
N Co N N
Ag(NH3)2+ CN=2, Cu(CN)2- CN=? Zn(EDTA)2- CN=6,
配位数 化学计量比
配位数 配体数
2013-8-3 3
二.常见的配体
1. 单齿配体(monodentate ligands）
F、Cl、Br、I、
NH3 、NR3 、PR3、PPh3、P(OR)3,
22
2013-8-3
23
键合异构体(linkage isomer)：连接的原子不同
O N H3N H3N Co NH3 NH3 NH3
O N O H3N Co H3N NH3 NH3 NH3
O
硝基配合物(黄色）
亚硝酸根配合物（红色）
2. 多齿配体（polydentate ligands）
双酮
2013-8-3 4
乙二胺（en）、EDTA、联吡啶(bpy)、邻菲咯啉(phen)、
双齿配体
CH2 H 2N CH2 NH2
N
N
乙二胺(en）
联吡啶(bpy)
R' C O
R" C
N
N
R
C
_
H 3N Cl Cl facial H 3N Co NH3 Cl H 3N H 3N Cl Co Cl NH3 Cl
meridional
反顺异构体
面式
经式
NO2 NO2
O2N O2N
光活异构体
（弯线表示en)
2013-8-3
19
N N Co N N
D (+) Co(en)3
3+
N
N N
N Co N N
Ag(NH3)2+ CN=2, Cu(CN)2- CN=? Zn(EDTA)2- CN=6,
配位数 化学计量比
配位数 配体数
2013-8-3 3
二.常见的配体
1. 单齿配体(monodentate ligands）
F、Cl、Br、I、
NH3 、NR3 、PR3、PPh3、P(OR)3,
22
2013-8-3
23
键合异构体(linkage isomer)：连接的原子不同
O N H3N H3N Co NH3 NH3 NH3
O N O H3N Co H3N NH3 NH3 NH3
O
硝基配合物(黄色）
亚硝酸根配合物（红色）
天然产物化学---第2章 糖和苷
H OH
HO H
HO HO H H
H H OH OH CH2OH
HO HO H H
H H OH OH CH2OH
（2）Haworth式：看C1-OH 和C5（六碳吡 喃糖）或C4（五碳呋喃糖）上的大取代 基的关系。 同侧为β型；异侧为α型。
CH2OH O OH OH OH OH
CH2OH O OH
H
C
OH
CHO + CO2 + H2O
COOH
H H C C O O
COOH +
COOH
过碘酸氧化
（2）中性或弱酸性条件下，顺式邻二醇羟基比
反式氧化快，但在弱碱性条件下二者反应速度
差不多。 （3）开裂邻二醇羟基的反应几乎是定量进行的， 生成的HIO3可以滴定。 （4）单糖消耗过碘酸按Fischer投影式，成苷的 糖按Haworth式计算。
两相水解
（适于水解后对酸不稳定的苷元） 糖苷/水+H++CHCl3 苷元/CHCl3+糖/水
Δ
酸性甲醇解：HCl/MEOH
糖上半缩醛羟基甲基化（选择性）
可确定苷中糖环的大小
O
O
+ MeOH
H+
O
OMe +苷元
二、乙酰解反应
试剂：醋酐/酸
反应机理与酸解相似，只是以CH3CO+为 进攻基团。 当苷键邻位羟基能乙酰化或邻位有电负 性强的基团时，苷键的裂解变慢。
HO B OH
OH
H2 O -H2O
HO HO
B
OH OH
C C
OH OH
H3BO3 -H2O
C C
O O
HO H
HO HO H H
H H OH OH CH2OH
HO HO H H
H H OH OH CH2OH
（2）Haworth式：看C1-OH 和C5（六碳吡 喃糖）或C4（五碳呋喃糖）上的大取代 基的关系。 同侧为β型；异侧为α型。
CH2OH O OH OH OH OH
CH2OH O OH
H
C
OH
CHO + CO2 + H2O
COOH
H H C C O O
COOH +
COOH
过碘酸氧化
（2）中性或弱酸性条件下，顺式邻二醇羟基比
反式氧化快，但在弱碱性条件下二者反应速度
差不多。 （3）开裂邻二醇羟基的反应几乎是定量进行的， 生成的HIO3可以滴定。 （4）单糖消耗过碘酸按Fischer投影式，成苷的 糖按Haworth式计算。
两相水解
（适于水解后对酸不稳定的苷元） 糖苷/水+H++CHCl3 苷元/CHCl3+糖/水
Δ
酸性甲醇解：HCl/MEOH
糖上半缩醛羟基甲基化（选择性）
可确定苷中糖环的大小
O
O
+ MeOH
H+
O
OMe +苷元
二、乙酰解反应
试剂：醋酐/酸
反应机理与酸解相似，只是以CH3CO+为 进攻基团。 当苷键邻位羟基能乙酰化或邻位有电负 性强的基团时，苷键的裂解变慢。
HO B OH
OH
H2 O -H2O
HO HO
B
OH OH
C C
OH OH
H3BO3 -H2O
C C
O O
2 第二章 立体化学
交叉式重叠式vneveevnnt17组分能量变化乙烷kcalmol氟乙烷kcalmol吸到vne20076031相斥vnn4612140vee95328868431314相斥总和22656290总能量变化258259六构象对反应活性的影响ohibuohibu顺4叔丁基环己醇反4叔丁基环己醇氧化cro酰化100速度370皂化198离解pka823779顺4叔丁基环己醇脱氢后张力变小氧化速率更高七角张力对反应活性的影响张力大容易开环brchbrbrbr8br84br环丙炔能迅速生成开环产物双环110丁烷45441clclclclclclchclclchch18四面体ibuibuibuibu低温产生稳定到100c攻困难断裂能高困难大空间斥力大原来应用在莰蒎以及有关的体系中碳桥的桥头的结点上不能容纳一个碳碳双键
H
CHO
H
Cl OH
H
H 是对映异位原子
re
H
O H3C
OH
OH
HCN
H3C
CN + H
H3C
H CN
R
S
si
三个基团按顺序规则排列，对映异位面顺时针为 re (rectus)，反时针为 si (sinister)
COOH
COOH
H COOH
H OH HO H
H2O
H
H +H
H
COOH
COOH
(±)
种基团叫非对映异位基，相应也有非对映异位面。
CH3CH2C* H(CH3)CH2COOH Br2,P CH3CH2C* H(CH3)C* HBrCOOH
COOH H 2 * Br Br2,P H 3 * CH3
C2H5
(2R,3R)
COOH H 2 H Br2,P H 3 * CH3
H
CHO
H
Cl OH
H
H 是对映异位原子
re
H
O H3C
OH
OH
HCN
H3C
CN + H
H3C
H CN
R
S
si
三个基团按顺序规则排列，对映异位面顺时针为 re (rectus)，反时针为 si (sinister)
COOH
COOH
H COOH
H OH HO H
H2O
H
H +H
H
COOH
COOH
(±)
种基团叫非对映异位基，相应也有非对映异位面。
CH3CH2C* H(CH3)CH2COOH Br2,P CH3CH2C* H(CH3)C* HBrCOOH
COOH H 2 * Br Br2,P H 3 * CH3
C2H5
(2R,3R)
COOH H 2 H Br2,P H 3 * CH3
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第2章立体化学
立体化学是化学的一个重要分支，指的是研究分子或离
子在空间中的排列方式及其对物质性质影响的学科。
立体化学主要关注分子的三维结构、构象和手性，可以应用于医药、材料、生物等领域。
1. 分子的三维结构
分子的三维结构是指分子各个原子在空间中的排列方式，它决定了分子的性质和反应能力。
例如分子的极性、电荷分布、键角、键长等都与分子结构有关。
研究分子结构有助于理解分子的性质和反应规律，并可以为有机合成、药物设计、材料制备等提供依据。
分子结构的测定可以通过一系列技术手段，如X射线衍射、NMR、质谱等。
通过这些方法可以得到分子的三维结构，
进而揭示其性质和反应规律，为化学研究提供依据。
2. 分子的构象
构象指的是分子在空间中各个连续单元之间的相对排列
方式。
例如苯环的两种构象：平面构象和扭曲构象。
苯分子有着六个碳原子和六个氢原子，它们按照平面六边形的方式排列。
但实际上，苯分子在空间中并不是完全平面的，其结构存在一定的扭曲。
苯环的两种构象分别对应着平面构象和扭曲构象。
构象的不同也可能会影响分子的性质和反应能力。
构象的研究还包括手性分子的研究。
手性分子是指分子
中存在对映异构体的分子，也是立体化学的重要研究对象。
手性分子在生物体系中广泛存在，如葡萄糖、氨基酸等。
对于手
性分子的合成、分离、鉴别和药物研究等，需要对其构象进行深入研究。
3. 分子的手性
手性是分子结构的另一个重要方面，它是指分子结构镜像体之间的异构性。
手性分子分为左旋体和右旋体两种，它们是立体异构体，具有相同结构但构型不同的特点。
手性分子的手性性质可以影响分子的加工性能、药效等性质。
手性分子的研究包括手性分离、合成和应用等。
手性分离指的是将手性混合物中的两种异构体分离出来，以应用到药物研究和生物学研究等领域。
手性合成则是指合成手性分子，例如四氯化钛催化下的不对称合成等。
手性应用则是指利用手性分子提高分子性能和优化化学反应等。
例如药物研究中的对映体选择性和立体效应的研究等。
4. 立体异构物
立体异构物是指分子在空间中存在两种或多种不同的构型。
相应的，分子的各种性质和反应也会发生变化。
立体异构物的研究包括化学合成、分离、表征和应用等。
例如研究对映异构体的不同性质和反应规律，将其应用于新型药物和极端条件催化剂等领域。
总之，立体化学作为一门独立的学科，研究分子的三维结构与构象、手性和立体异构物等方面，为有机合成、药物设计、材料制备等提供了基础理论和实际应用基础。
在未来的研究中，立体化学还有着广泛的应用空间，需要继续深入研究和探索。