3 第三章 立体化学

CHO H HO
(S) (R)
（18）
CHO HO H
(S) (R)
OH
H H
OH H
H OH
(R) OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
（19）
（20）
（21）
（22）
CH3 H H
(S) (S)
CH3 HO Ph
(R) (R)
CH3 H Ph
(S) (R)
CH3 HO H
(R) (S)
Et
(S)
Cl CH3
H
（11）
COOH (R) H OH CH3
（12）
CH3 (R) H2N H Ph
（13）
用Fischer式标记构型时的两种情况：
1. 最小基团在竖键上时，直接读出结果，如 （11）； 2. 最小基团在横键上时，得到相反的结果， 如（12）和（13）；
3. 此时也可采用如下的标记方式：
5. 按照上述规则即可标记一个化合物的立体构 型（注意：要将构型的符号放在括号内！）。 例如：
Br
( R)
Cl
(S)
CH=CH2 CH3 CH2OH
( R)
H
Cl CO2H
H
HO
H CH3
(R)-2-氯-2-溴乙酸
(S)-2-氯-1-丙醇
(R)-3-丁烯-2-醇
用Fischer 投影式表示时的立体化学标记：
例如：
（a）一个异构体很容易地放入手性受体的位 点，从而发挥生理作用； （b）但另一个异构体却放不到相同的受体位 点中去，从而不起生理作用。
再如天冬酰胺：
O H2N H O (S)-asparamide
天然的是苦的
O H2N H 2N H O (R)-asparamide
具有甜味
OH NH2
OH
§3.2 对映异构现象与 分子结构的关系
一、对映异构现象的发现 是在1848年，由L.Pasteur研究酒石酸盐的结 晶时发现的 。
1874年van’t Hoff 和Le Bel，J.A.分别独立提 出：如果一个碳上连有四个不同原子或基 团，则有两种不同的排列形式，即有两种 不同的四面体构型：
d c a b a b d c
对称面（mirror plane）（σ）：假如有一个 平面可以把分子分割成两部分，一部分正 好是另一部分的镜像，这个平面就是分子 的对称面。要会用来判断给定的化合物是 否旋光！ All molecules with a plane of symmetry are achiral.
例如：
对称
不对称
COOH (R) HO H (R) Cl H COOH ± H H COOH (S) OH (S) Cl COOH COOH ( R) HO H (S) H Cl COOH COOH (S) H OH ( R) Cl H
±
COOH
（15）
CHO H H
(R)
（16）
CHO HO HO
(S) (S)
（17）
Chapter 3
Stereochemistry The Arrangement of Atoms in Space
本
章
要
点
• 了解异构体的分类、旋光现象的产 生； • 深入了解几种构型式之间的转化； • 掌握R/S构型的标记方法； • 了解对映体的拆分
同分异构的种类
位置异构 (如 1-氯丙烷和2- 氯丙烷) 构造异构
（1）以手当模型，手臂表示最小基团的方 向，最小基团在左侧用左手，在右侧则用右 手；然后以拇指表示横键上的另一个基团， 食指朝上，表示竖键朝上的基团，中指朝 下，表示竖键朝下的基团；将这只手转向观 察者，按三个基团的大小顺序确定构型：顺 时针为R，逆时针为S。
（2）把最小的基团依次交换到竖键上， 然后再按规则标记：
(R)-2,3-二羟基丙醛（甘油醛)
H3CO H
(R)-2-甲基-1-苯基丙胺
O
C OH CH3O>COOH>CH 2OH>H
HO见原子或基团由高到低的顺序如下：
-I，-Br，-Cl，S（-SO2R，-SR，-SH），-F （这些都是按照原子序数排列） >O（-OCOR，-OR，-OH）（比的是O上所连 原子的大小） >N（-NO2，-NR2，NHCOR，-NHR，-NH2） （比的是N上所连的基团或原子的大小） >C(-COCl，-COOR，COOH，-COR， -CHO，-CR2OH，-CHROH，-CH2OH， -C6H5，-C≡CH，t-Bu，-CH=CH2，CHMe2， -CH2CH2CH3，-CH2CH3)> -D，H
四、构型的R/S命名规则 D/L标记法： 来自糖的标记， 如甘油醛， （标记 构型的）OH 在碳链右侧 的为D-构型， 在左侧的 为L-构型。
IUPAC法：化合物的立体化学用R/S命名法。
次序规则(sequence rule)要点如下：
1．所连原子按原子序数排列，较大的为较优 基团；重同位素原子较优。即：
从而奠定了立体有机化学的基础。
1.手性和对称因素（Chirality and Symmetric elements）
生活中的手型物体：
手性（Chiral）：即实物与镜象的不重合性。 也可以说，手性是物质具有旋光性和对映异 构现象的必要条件。
手性分子：含一个手性碳的化合物一定是手性 的，但有两个以上手性碳原子的化合物却不 一定具有手性。一个分子是否具有手性，取 决于分子本身的对称性，也就是与分子内的 对称因素有关。
a或b为对映体， 不能重合，如c 所示。
再如：
对映体的性质： 非手性条件下，对映体的物理及化学性 质相同；
但在手性条件下，如手性试剂、手性溶 剂、手性催化剂等，两个对映体的反应速 度不同，有的对映体之一甚至不反应。 例如生物体内的酶是一种生物催化剂， 它是具有手性的，在体内进行的生物化学 反应是高度立体选择性的。
sawhorse projection
例如，乳酸的立体式及Fischer式可表示如下：
COOH H3C H OH HO COOH H CH3 H COOH OH CH3
使用Fischer投影式时应注意下列几点：
i. 横键在前、竖键在后； 按照习惯，主碳链从上到下； 投影式不能离开纸面，可在纸面上旋转 n180°，但不能旋转90°、270°等，否则 转变为其对映体：
对称中心（center of symmetry）：用i 来表示。
CH3
这不是 CH3 对称 Cl 中心 Cl
All molecules with a center of symmetry are achiral.
§3.3 含一个手性碳原子 化合物的对映异构
一、对映体（Enantiomers） 若两种立体异构体互为镜像与实物的对映关 系（要掌握定义！），就把它们称为对映 异构体，简称对映体。例如：
2. 比旋光度：浓度为每毫升含1g旋光性物质 的溶液，在1dm长的盛液管中测得的旋光度 称为该物质的比旋光度。其定义为：
[α]t =
1(dm) x c (g/ml) 溶液 lxd
液体
或
t [α] =
λ =589.3nm，为钠光的波长， t = 15-30˚С, 常为20或25˚С ，α为仪器测得的旋光度。
例如：
H CH3CH2 Cl Cl>CH3CH2>CH3>H CH3 (CH3)2CH Cl Cl>CH(CH3)2>CH3CH2CH2>H H CH2CH2CH3
(R)-2-氯-丁烷
(R)-2-甲基-3-氯己烷
H H2N CH2OCH3 CH3 C 2H5
H OH CH3
(S)-1-甲氧基-2-丙胺
即，一个大的原子序数优于两个或三个小的序数 之和。
Cl>CH2Cl>CH3CH2>H
CH2CH2Br>CH3CH2 “先比较每个基团中原子序数最高的取代基”是指 在相等距离上有较大的取代基：
(R)
CH3 CH2CH2Br H CH2CHMe2
(S)
CH3 CH2CH2CH2Br CH2CHMe2
H
OH Ph
H H
OH H
H Ph
CH3
CH3
CH3
CH3
（23）
（24）
（25）
（26）
这样的两个C*分别用A，B来表示，即A-B 型化合物。即有四个对映体，两对外消旋体。 不呈镜像关系的立体异构体叫做非对映异构 体（Diastereomers）。分子中有两个或两个以 上手性中心时，就有非对映异构体。非对映体 的物理性质不同，化学性质相似（参见表3.1）。
原子的 连接顺序
碳干异构 (如丁烷和异丁烷 ) 官能团异构( 甲醚和乙醇) 互变异构 (乙醛和乙烯醇) 顺反异构 (如顺和反-2-丁烯) 对映异构 构象异构 (如丁烷的对位交叉式 和邻位交叉式 )
同分异构 构型异构 立体异构
空间 连接顺序
非手性化合物实物与镜像可以重合，而手性 化合物实物与镜像不能重合：
H< D <T <Li <B<C <N <O <F<Si< P< S <Cl <Br<I
把手性中心上所连的基团按大小排列。（以 下标记方法必须掌握！）
让序列最低的 (4) 远离观察者：
观察者从最小基团的相反方向观察其它三个 基团：其大小若为顺时针，R构型，逆时针为 S构型。
2. 若直接相连的原子（叫做“关键原子”， key atoms）相同，则逐个比较与第一个原 子相连的第二个原子序数的大小，以此类 推。常见的不含杂原子的烷基的优先顺序 为： CH3CH2CH2CH2- >CH3CH2CH2CH3CH2- >CH3 即，直链烷基，碳数越多越大。 (H3C) 3C->(H3C) 2CH->H3CCH2->CH3带支链的大小顺序为： 叔>仲>伯