有机化学(手性碳原子化合物)
有机化学的手性合成方法研究
有机化学的手性合成方法研究手性合成是有机化学中令人着迷的领域之一。
手性化合物是指具有非对称碳原子的化合物，其与镜像异构体非重合且不可重叠。
由于手性化合物在生物学、医药学和材料科学等领域具有重要的应用价值，研究人员一直致力于寻找高效可行的手性合成方法。
本文将就目前常用的手性合成方法进行介绍。
一、非手性催化剂手性诱导合成法非手性催化剂手性诱导合成法是通过添加手性诱导剂来使反应过程中形成手性产物。
手性诱导剂可以是手性分子或手性配体，通过与反应物形成稳定的间接或直接化学键，使手性诱导剂的手性信息转移到合成物中。
这种方法相对简单易行，广泛应用于大量手性化合物的合成。
例如，通过采用金属催化剂和手性配体的催化剂手性诱导合成法，可以高选择性地合成手性化合物。
二、手性催化剂直接合成法手性催化剂直接合成法是指手性催化剂直接参与反应并介导反应进行。
手性催化剂可为有机分子、金属配合物或生物分子等，其结构对合成产物的手性选择性起着决定性作用。
这种方法具有高立体选择性和环境友好性等优点。
例如，通过采用手性膦化合物、手性有机胺、手性酸碱等作为手性催化剂，可以高效合成手性化合物。
三、手性晶体催化合成法手性晶体催化合成法是利用具有手性结构的晶体催化剂来促进手性化合物的合成。
手性晶体催化剂具有非常特殊的手性识别性能，可以在催化反应过程中引导产物形成特定的手性结构。
这种方法广泛应用于手性酮、手性醇等手性分子的合成。
例如，利用手性有机盐晶体或金属有机配合物晶体作为催化剂，可以实现多种手性化合物的合成。
四、手性固定相合成法手性固定相合成法是通过在固体表面修饰手性吸附剂，使反应物在固定相上发生手性选择性的反应。
手性固定相合成法具有高效、无需手性诱导剂和催化剂等优点。
例如，通过在固体表面修饰手性金属有机框架或手性多孔材料，可以实现手性分子的高选择性合成。
综上所述，有机化学的手性合成涉及多种方法，包括非手性催化剂手性诱导合成法、手性催化剂直接合成法、手性晶体催化合成法和手性固定相合成法等。
手性碳
手性碳手性碳原子定义：人们将连有四个不同基团的碳原子形象地称为手性碳原子（常以*标记手性碳原子）。
举例：手性碳原子存在于许多有机化合物中特别是和生命现象有关的有机化合物中。
例如：葡萄糖、果糖、乳酸等。
判断方法：1、手性碳原子一定是饱和碳原子；2、手性碳原子所连接的四个基团要是不同的。
手性碳原子的化学性质：旋光性：分子的化学结构决定其是否有手性。
在有机化合物中，手性分子大多数都含有手性碳原子，所以，一般来说，可以通过判断分子是否有手性碳原子来断定分子是否有手性。
含有一个手性碳原子的分子一定是个手性分子。
一个手性碳原子可以有两种构型，所以，含有一个手性碳原子的化合物有两种构型不同的分子，它们组成一对对映异构体，一个使偏振光右旋，另一个使偏振光左旋。
因有手性碳原子的存在而存在光学异构体。
手性碳的旋光性:为什么有*C原子就可能具有旋光性这是因为:(1)一个*C就有两种不同的构型:(2)二者的关系:互为镜象(实物与镜象关系,或者说左,右手关系).二者无论如何也不能完全重叠.与镜象不能重叠的分子,称为手性分子.分子的构造相同,但构型不同,形成实物与镜象的两种分子,称为对映异构体(简称:对映体).对映体:成对存在,旋光能力相同,但旋光方向相反.二者能量相同(分子中任何两原子的距离相同).判断一个化合物是不是手性分子,一般可考查它是否有对称面或对称中心等对称因素.而判断一个化合物是否有旋光性,则要看该化合物是否是手性分子.如果是手性分子,则该化合物一定有旋光性.如果是非手性分子,则没有旋光性.所以化合物分子的手性是产生旋光性的充分和必要的条件.2,对称因素:(1). 对称面把分子分成互为实物和镜像关系两半的假想平面,称为对称面.(2). 对称中心分子中任意原子或原子团与P点连线的延长线上等距离处,仍是相同的原子或原子团时,P点就称为对称中心.(3). 对称轴以设想直线为轴旋转360./ n,得到与原分子相同的分子,该直线称为n 重对称轴(又称n阶对称轴).(4). 交替对称轴(旋转反映轴)结论:A.有对称面,对称中心,交替对称轴的分子均可与其镜象重叠,是非手性分子;反之,为手性分子至于对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据.B.大多数非手性分子都有对称轴或对称中心,只有交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物是少数.∴既无对称面也没有对称中心的,一般可判定为是手性分子.旋光性19世纪后半叶，化学家们发现了一种特别奇妙的同分异构现象，后来证明，这种现象在生命化学中是极其重要的。
有机化学(手性碳原子化合物)课件
总结词
新技术的开发将进一步推动手性碳原子化合 物的应用。
详细描述
随着合成技术和分析方法的不断进步，手性 碳原子化合物的制备和分离将更加高效和精 确。此外，新技术的发展也将促进手性碳原 子化合物在药物合成、生物催化等领域的应 用，提高相关产业的技术水平和生产效率。
新应用的探索
总结词
手性碳原子化合物的新应用将不断涌现。
生物合成法
总结词
利用生物酶的催化作用，在生物体内或体外合成手性碳原子化合物。
详细描述
生物合成法利用生物酶的专一性和高效性，通过生物反应过程将底物转化为手 性碳原子化合物。该方法通常需要特定的微生物或细胞培养条件，并可以产生 光学纯度较高的产物。
物理合成法
总结词
通过物理手段将手性碳原子引入到分子中，是一种新兴的手性碳原子化合物合成方法。
手性碳原子化合物的异构体包括对映异构体和非对映异构体。对映异构体是指具 有相同化学组成但互为镜像的分子，而非对映异构体则是指具有不同化学组成的 分子。
性质
手性碳原子化合物具有旋光性，即能 使偏振光发生旋转的性质。旋光度的 大小取决于手性碳原子化合物的浓度 、温度和波长等因素。
手性碳原子化合物的物理性质和化学 性质与非手性碳原子化合物相似，但 它们在结晶、熔点、溶解度等方面可 能存在差异。
总结词
随着科技的发展，手性碳原子化合物在 新材料的研发中具有广阔的应用前景。
VS
详细描述
手性碳原子化合物具有独特的物理和化学 性质，如光学活性、不对称合成等，使其 成为新型功能材料的重要候选者。在未来 的新材料研发中，手性碳原子化合物有望 在光电材料、生物医用材料等领域发挥重 要作用。
新技术的开发
有机化学(手性碳原子化合物) 课件
有机化学(李景宁)6.
CH3 Cl H H Br CH3
HO CH3
H
H
（3）锯架式
CH3 Cl H OH CH3 H
H H
Cl
CH3 H
竖立
CH3 OH CH3
Cl OH CH3
H
交叉式
重叠式
（4）纽曼式
CH3 H H CH3 Br OH
OH H
Br H
CH3 CH3
交叉式
CH3 H HO Br H CH3
重叠式
三、绝对构型与相对构型
手性和对映体 生活中的对映体 (1)-镜象
沙漠胡杨
生活中的 对映体(2) -镜象
左右手互为镜象
井冈山风景
桂林风情
1. 对称面——若一个平面能把一个分子分为互为镜
像的两部分，则这个平面即为这个分子的对称面（用 σ 表示）。如：
Br C H C
Br H
苯或环己烷分子有多少个对称面？
(提示：环烷烃分子骨架可以按照平面多边形来处理)
CH3
当一对对映体与手性试剂反应时，反应速度表现
出一定的差异，甚至一个反应，另一个不反应。
生物体中的酶即为一种手性催化剂，只对对映体
中的某一个起催化作用，正因为如此，对映体的
生理作用有很大差别，如：(+)-葡萄糖对人体具
有营养价值，而(-)-葡萄糖则不能被人体所代谢
。又如: (-)-氯霉素具有消炎抗菌作用，而其右 旋体则毫无疗效。
CH3 H Cl H CH3 Cl
H
CH3 H
Cl CH3
第三节 含一个手性碳原子 化合物的对映异构
一、对映体和外消旋体 只含一个手性碳的分子一定是手性分子而具有旋光性 如：在2-甲基-1-丁醇 一个手性碳，因此必然为手性分子，存在两个异构 体：
有机化学中的手性识别与拆分
有机化学中的手性识别与拆分有机化学是研究有机物质的结构、性质和变化的学科。
手性识别与拆分是有机化学中一个重要的研究领域，它涉及到手性化合物的性质、合成和应用等方面。
本文将从手性的概念、手性识别的方法、手性拆分的策略等方面进行探讨。
手性是指分子或物质的非对称性质。
在有机化学中，手性分子由不对称的碳原子或其他原子组成，它们的镜像异构体无法通过旋转或平移重叠，因此具有不同的性质。
手性分子的存在对于生命体系、药物研究和有机合成等领域具有重要意义。
手性识别是指区分手性分子的方法和技术。
目前，常用的手性识别方法包括光学方法、核磁共振方法、质谱方法和色谱方法等。
其中，光学方法是最常用的手性识别方法之一。
光学活性物质对于不同偏振光的旋光度有不同的响应，通过测量旋光度可以确定手性分子的结构和组成。
核磁共振方法则是通过测量手性分子在磁场中的响应来识别手性。
质谱方法和色谱方法则是利用分子的质量差异或分子在柱上的分离来实现手性识别。
手性拆分是指将手性分子分离为其对映异构体的过程。
手性拆分的策略多种多样，常见的手性拆分方法包括晶体拆分、化学拆分和生物拆分等。
晶体拆分是通过晶体生长的方式将手性分子分离为不同的晶体，进而得到对映异构体。
化学拆分则是通过化学反应将手性分子转化为其他化合物，从而实现手性分子的拆分。
生物拆分则是利用生物体系中的酶或其他生物分子对手性分子进行选择性催化，从而实现手性分子的分离。
手性识别与拆分在药物研究和合成中具有重要的应用价值。
在药物研究中，手性药物的对映异构体往往具有不同的药理活性和毒性。
因此，通过手性识别和拆分可以选择性地合成和使用具有更好活性和安全性的手性药物。
在有机合成中，手性识别和拆分可以帮助合成化学家选择性地合成手性分子，从而提高合成效率和产率。
总之，手性识别与拆分是有机化学中的重要研究领域。
通过手性识别和拆分，我们可以更好地理解和利用手性分子的性质，为药物研究和有机合成等领域提供更多的选择和可能性。
6、有机化学：立体化学(4H)
四、构型的标记法（R/S法） 1、在透视式中，R/S法标记构型的步骤 按照次序规则，确定手性碳原子所连四个原子或基
团的优先次序；
将最次的原子或基团置于距观察者最远处； 观察其余三个原子或基团由优到次的排列方式，如
为顺时针者：R构型；反之，逆时针者：S构型。
观察
COOH C HO CH3 H
分析：
（Ⅰ）式与（Ⅱ）式、（Ⅲ）式与（Ⅳ）式可分
别组成两对对映体，形成两组外消旋体。
（Ⅰ）式和（Ⅲ）式属于什么关系？
它们构造式相同，但既不能完全重合，又不呈 实物与镜像的关系。像这种立体异构体称为非对映 异构体，简称非对映体。试问还有非对映体吗？ 事实上，（Ⅰ）式和（Ⅳ）式、（Ⅱ）式和
（Ⅲ）式、（Ⅱ）式和（Ⅳ）式也均为非对映体。
H2O)。这表示为，在20℃时以钠光灯为光源测得浓 度是0.1g· mL-1的乳酸水溶液的比旋光度为右旋的 3.8°。 问：式中+3.8°能省略“+”符号吗？ 比旋光度是旋光物质的一个重要物理常数。 制糖工业就是利用测定旋光度的方法来确定糖溶 液的质量浓度。
第二节 手性和对称因素
一、手性的概念 物质的分子和它的镜象不能完全重叠的特征
异 构 现 象
构造异构
立体异构
第一节 物质的旋光性
一、偏振光
Nicol 棱晶
平面偏振光
只在一个平面上振动的光称为平面偏振光， 简称偏振光或偏光。
二、物质的旋光性
糖溶液
旋光度
水
Nicol 棱晶
有机物使偏振面旋转一定角度的性质称为物 质的旋光性或光学活性。具有旋光性的物质叫做 旋光性物质或光学活性物质（如糖、乳酸等） ，
一、丙二烯型化合物
以2,3-戊二烯为例。
有机化学(手性碳原子化合物)
结论： 异构体数目—— 2n = 22 = 4非（对映n：体手性碳原子数目）
对映体数目—— 2n – 1 = 2（2-1）= 2（对）
4
二. 含两个相同手性碳原子化合物的对映异构
COOH
H
OH
HO
H
COOH
HO
H
H
OH
COOH
COOH
(1) 对映体 (2)
[α ]2D0
+12°
-12°
（± ）酒石酸 外消旋体
5
三.含三个不同手性碳原子化合物的对映异构
CH3 Br H H Br Br H
C2H5
CH3 H Br H Br Br H
C2H5
八个旋光异构体、组成四对对映体。 C-2差向异构体
差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手 性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同，这两个光活 异构体称为差向异构体。
CH 3
CH 3
CH 3
CH 3
9
7
C3H 6
4 1 C3H
H
2 3
H
5
7
C3H 1
4
6 C3H
H2 3
H
5
sp sp2
当A≠B ，分子有手性。
A
A' Cl
Cl
CCC
C=C=C （有手性）
B
B' H
H
C H 3
类似物：
C l
无
H
H
H H O O C
有
H C O O H
10
2. 联苯型化合物
a c
对映异构
子
内消旋体
3-C—— 非手性碳
有机化学(手性碳原子化合物)
末端两苯环不在同平面上。
三、含其它不对称原子的光活性分子
CH3CH2
CH3 N+ C6H5 OHCH2C6H5
C6H5
CH2C6H5 P+ CH3 BrCH2CH2CH3
无悔无愧于昨天，丰硕殷实 的今天，充满希望的明天。
CCC
CH3
CH3
7
CH3 6
4 1 CH3
H
2 3
H
5
7
C H3
1
4
6 CH3
H2 3
H
5
sp sp2
当A≠B ，分子有手性。
A
A' Cl
Cl
CCC
C=C=C （有手性）
B
B' H
H
CH3
类似物：
Cl
无
H
H
H
HOOC
H COOH
有
2. 联苯型化合物
a c
d b
a
b
c
d
(a + c )或( b +d )
C-2差向异构：由C-2引起的差向异构。（C-2构型相反）
COOH H OH R H OH HO H R
COOH
Ⅰ
COOH HO H S HO H
H OH S COOH
Ⅱ
对映异构
COOH
COOH
H OH R HO H R
假 HO H (s) H OH (r)
不 H OH S
对 COOH
称 原
Ⅲ
HO H S COOH Ⅳ
三.含三个不同手性碳原子化合物的对映异构
CH3 Br H H Br Br H
C2H5
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一、含手性轴的化合物
1. 丙二烯型化合物
手性轴 H
H
CC C
CH3
CH3
中心碳原子两个 键平面正
交, 两端碳原子上四个基 团，两两处于互为垂直的平
面上。
H
H
CCC
CH3
CH3
H
H
CCC
CH3
CH3
7
CH3 6
4 1 CH3
H
2 3
H
5
7
CH3 1
4
6 CH3
H2 3
H
5
sp sp2
当A≠B ，分子有手性。
H 0.094
COOH 0.156
某些原子或基团的半径如下：
CH3
F
Cl
Br
I
OH
0.173 0.138 0.189 0.211 0.220 0.145
NH2 NO2 0.156 0.192
COOH Cl
HOOC Cl
O2N
NO2
OH
HO
当一个苯环对称取代时（即邻位两个取代基相同时）， 分子无手性。
COOH
H
OH
HO
H
COOH
HO
H
H
OH
COOH (1) 对映体
COOH (2)
[α ]2D0
+12°
-12°
（± ）酒石酸 外消旋体
COOH
COOH
H
OH HO
H
H
OH HO
H
COOH
COOH
(3) 同一物质 (4)
0°
0°
（m）酒石酸
内消旋体（分子中有对称面）
结论：旋光异构体的数目 = 2 n – 1 n为偶数：
O2N Cl
HOOC Cl
二、 含手性面的化合物 螺旋型分子。
(-)-[6]-螺苯 (-)-[6]-hexahelicene
(+)-[6]-螺苯 (+)-[6]-hexahelicene
末端两苯环不在同平面上。
三、含其它不对称原子的光活性分子
CH3CH2
CH3 N+ C6H5 OHCH2C6H5
A
A' Cl
Cl
CCC
C=C=C （有手性）
B
B' H
H
类似 物：
CH3
Cl
无
H
H
H
HOOC
H COOH
有
2. 联苯型化合物
a c
d b
a
b
c
d
(a + c )或( b +d )
0.29 nm
苯环间碳碳键旋转受阻，产生位阻构象异构。
HH
当同一环上邻位有不对称取代时（取代基或原子体积较大）, 整个分子无对称面、无对称中心, 分子有手性。
HO
H
Cl
H
H
Cl
COOH
COOH
(3) 对映体 (4)
167℃
167℃
-9.3°
+9.3°
外消旋体 m.p 157℃
结论： 异构体数目—— 2n = 22 = 4 非（对n映：体手性碳原子数目） 对映体数目—— 2n – 1 = 2（2-1）= 2（对）
二. 含两个相同手性碳原子化合物的对映异构
对映体——互为物体与镜象关系的立体异构体。 对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的，一个是右旋的。所以对映 异构体又称为旋光异构体。
含一个手性碳原子化合物的对映异构
手性碳原子（或手性中心）——连有四个各不相同基团的碳原 子，用C*表示。
含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子。 它有两种不同的构型，是互为实物与镜象关系的立体异构体，称
Ⅰ
COOH HO
对映异构
COOH
COOH
H OH R HO H R
假 HO H (s) H OH (r)
不 H OH S HO H S
对 COOH
COOH
称 原
Ⅲ
Ⅳ
子 内消旋体
3-C—— 非手性碳
3-C——假手性碳
不含手性碳原子化合物的对映异构
即：含手性轴及手性面化合物的对映异构
C2H5
八个旋光异构体、组成四对对映体。 C-2差向异构体
差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手 性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同，这两个光活
异构体称为差向异构体。
C-2差向异构：由C-2引起的差向异构。（C-2构型相反）
COOH H OH R H OH HO H R
COOH
内消旋体的数目 = 2 n / 2 – 1，立体异构体总数 = 2 n – 1 + 2 n / 2 – 1 n为奇数：
内消旋体的数目 =2 ( n – 1 ) / 2，立体异构体总数 = 2 n – 1
三.含三个不同手性碳原子化合物的对映异构
CH3 Br H H Br Br H
C2H5
CH3 H Br H Br Br H
C6H5
CH2C6H5 P+ CH3 BrCH2CH2CH3
含不同手性碳原子化合物的对映异 构
对映异构
对映异构是指分子式、构造式相同，构型不同，互呈镜像对映关系的立 体异构现象。
对映异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，只是对平面偏振光 的旋转方向（旋光性能）不同。在手性环境条件下，对映体会表现出某 些不同的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。
分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。
为对映异构体（简称为对映体）。
含两个手性碳原子化合物的对映异构
一、 含两个不同手性碳原子化合物的对映异构
COOH
COOH
H
OH HO
H
H
Cl
Cl
H
COOH
COOH
(1) 对映体 (2)
m.p 173℃
[α
]
20
D
-7.1°
173℃ +7.1°
(± ) 外消旋体 m.p 145℃
COOH
COOH
H
OH