高等有机化学课件3-第三章 立体化学

联苯类化合物
NO2 CO2H
NO2 CO2H
有对称面（能同镜影分子重选），非手性。
NO2 CO2H
CO2H NO2
CO2H NO2
NO2 CO2H
手性分子
6
Br Br 6'
Br
Br
2' 2 Cl Cl
Cl
Cl
(R)-2,2’-二氯-6,6’-二溴联苯
(R)-2,2’-dibromo-6,6’-dichlorobiphenyl
构型异构： 顺反异构： H
Cl CH3 Cl H
COOH H OH CH3 HO
CH3 H
COOH H CH3
H
对映异构：
D-(-)-乳酸 mp: 52.8° 非对映异构： H
H COOH OH OH CH3
L-(＋)-乳酸
COOH H HO OH H CH3
构象异构：
H H
CH3 H H CH3
V U X
R R
V W Z W Z
S S
V
V W X W X
S R
U X
U Z
R S
U Z
Y (A)
Y ( B)
Y (C)
Y ( D)
A和B（C和D）为对映异构体，A和C或者D（B和 C或者D）为非对映异构体。
• 对映异构体之间有相同的性质（除了对偏 振光和手性环境），然而非对映异构体具 有不同的熔点、沸点、溶解度、反应性等 物理、化学及光谱性质。 • 多手性中心的分子最多具有2n个异构体（n ＝分子中手性中心数），但有时分子内存 在着对称面，这时异构体数减少。
今有两试管分别置入（－）乳酸和（＋）乳酸，我 们如何知道它们的构型？
CO2H H OH CH3
R
CO2H OH H CH3
S
• D-，L-表示法
Rosanoff 建议，用甘油醛作为标准： D/L绝对构型 CHO CHO
H OH CH2OH OH H CH2OH
D-(+)-甘油醛
L-(-)-甘油醛
COOH H H H H
H C Cl C
Cl H
COOH
α-古柯间二酸
交替对称轴 (Sn):
包含该轴分子绕轴转动360o/n的角度，而后在垂直于该轴 的平面上进行对映操作时获得的分子与原分子重合 H H H H 旋转90o C C H H H H
投影 H C H H H
S4
H H Me H Me
无论取代基之间的不同之处多么小，只要不 同，就是手性分子。 如
H BrCH2CH2CH2CH2CH2CH2 C CH2CH2CH2CH2CH2Br CH3
H CH3CH2CH3 C OH D
※含手性碳的手性分子构型的表示方法 • Fisher投影式
CO2H H2N C CH3 H
CO2H H2N H CH3
第三章：立体化学
立体化学是讨论分子的三维结构的 一个有机化学领域。 立体异构体是指 具有相同化学组成和相同原子连接顺序， 而具有不同三维结构的化合物。这种三 维结构也称“构型”。
构造 Constitution
分子 结构 Molecular structure
构型 Configuration
立体化学 Stereochemistry
手性化合物都具有光学活性
但是没有光学活性的物质不一定是非手性化合物
3-1-2 光学活性分子的判断
对称平面 (σ): 将分子平均分成互成实物与镜象关系的平面
H2O, NH3, CH4的对称面？
CH3
对称中心 (i)：分子中的一个点，由该分子中任一 部分向该中心画出的直线以等距离延长到另一 侧时会遇到相同部分
对位交叉
CH3 CH3 H H H H
邻位交叉
第三章：立体化学
•3－1 光学活性与手性 •3－2 顺反异构 •3－3 构象分析
3-1 光学活性与手性
3-1-1 3-1-2 3-1-3 3-1-4 3-1-5 3-1-6 概念 光学活性分子的判断 光学活性分子的种类 具有多个手性中心的分子 对映异构体的构型测定 光学活性化合物的获得
CO2H O S CH3
P CH CH CH H3C ph 2 2 3
..
(S)
(R)
（二）含有手性轴的化合物
A. 丙二烯型化合物（allene）
A C C C B
CH3 CH3 H C C C H
D C
CH3 CH3 H C C C CH3
CH3 H C C C H CH3
非手性（有对称面）
非手性
D C B C D C C B
S.逆时针方向排列
（S为拉丁语，sinister，左）
R.顺时针方向排列
（R为拉丁语，rectus,右）
在Fisher 投影式中
• 最小基团在垂直方向：
H HOC OH CH2OH
HOCH2 H OH CHO
(R)
(R)
顺时针旋转为R
• 最小基团在水平方向：
CH2OH H OH CHO
25 [α] D =＋19.8o (C 2.2g/100ml, CHCl3)
25
（六）外消旋体 （racemic mixtures ,or racemate）
• 等量的对映异构体混合物称为外消旋体，它是非光 学活性的。 • 消旋体不仅在偏振光或手性条件下与单一对映异构 体不同.当它是固态时，许多性质也不同，如： m.p., 溶解性、溶解热等。
手性
B. 螺环类化合物
NH2
H (R)-spiro[3.3]-2,6-heptanediamine
(R)-螺[3.3]-2,6-庚二胺
NH2 H
H CH3
H C CH3
(S)-4-ethylidine-1-methylcyclohexane
(S)-1-甲基-4-亚乙基环己烷
C.旋转受阻型的手性分子 (atropisomers)
例1：aspartic acid
in H2O [α] D20= + 4.36o 例2:
CH3 HO2CCH2C CO2H C2H5
[α]
HO2C
* CO2H NH2
90 －1.86o [α] D =
25 o = － 5.0 D
(C 16.5g/100ml, CHCl3)
[α] D =－0.7 o (C 10.6g/100ml, CHCl3)
例如：
H
H C C C CH3
H CH3
CH3
1
H
2
CH3
3
R
（三）螺旋型手性分子
H H
hexahelicene
trans-cyclooctene
（四）其它手性分子
CH3 CO2H
HO2C (CH2)10
Fe
HO2C
H Fe(CO)4
H
CO2H
3-1-4 具有多个手性中心的分子
(一)具有两个手性中心 例:
..
N C A B
通常的三取代胺， 构型翻转非常快。
Cl H N Me
H N Cl Me
(室温下不翻转， 可以分离得到。)
•氮原子出于桥头时
N CH3 N CH3
Troger’s base
As原子：
..
As Et Me
S原子：
Ph
O
S
CH2Ph
[α]27 D = +92.4°
• 手性中心为非碳原子时，未配位电子 对顺序最小。
NaOH
¡ £
NaN3
¡ £
(S)-(+)-乳酸
(S)-(+)-丙氨酸
（三）生物化学方法：类似化合物同酶作用时， 酶进攻具有相同构型的化合物（利用了 酶的反应专一性）。 （四）光学比较法：同系物中，相同构型常具 有相同的旋光方法。 （五）特殊的x-ray晶体衍射方法。
HO CH3 H HO H H
CH3
H
CH3 CH2CH2COOH
H OH
Cholic acid （胆酸） 11 stereogenic centers
• 赤式和苏式
分子中有两手性中心，且有两取代基相同， 第三个取代基不同时，用Fisher投影式表示：
Y W W Z X X X X Z Y W W W X Z Y X X Z W W Y W X
所有其它化合物可以通过化学转化到甘油醛来 确定其构型： 如：
CO2H H OH CH3 H CO2H OH CH2OH H CHO OH CH2OH
D－（－）
D－（－）
D－（＋）
• Cahn-Ingold-Prelog 体系
按照CIP规则（手性规则，1966年三人同时提出）， 手性分子的绝对构型用“R”和“S”来表述。 设：取代基的顺序为 A > B > C > D A A
如：酒石酸
CO2H H HO OH H CO2H
外消旋体
CO2H HO H H OH CO2H
CO 2H H H OH OH CO 2H
meso-内消旋体
（二）含有多个手性中心的化合物：
(S)ห้องสมุดไป่ตู้H H (R) H
.
CH3 OH OH OH CH3 (S) H HO (R) H
.
CH3 OH H OH CH3
3-1-1 概念
（一）光学活性物质：能使偏振光平面发生 偏转的物质称为光学活性物质。 （Optically active compounds） （二）手性： 光学活性的化合物与其镜像 不能完全重叠的这种性质又称为“手 性”。（Chirality）
（三）非手性：分子具有能与其镜像重合的 性质 (Achirality)