高等有机化学第二章立体化学
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2024版《有机化学》课件立体化学
药物活性
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
高等有机化学第2章
旋化。只有极个别旋光体在室温不用加热、光照或
催化剂，就能自行外消旋化。多数外消旋化一般要
在加热、光照、催化剂或化学试剂作用下才能发生。
（1）含-H和-手性中心的羰基化合物通过酮型烯醇型互变异构可自行外消旋化。
如（+）-2-苯基丙酸缓慢失去旋光性。
Ph H 3C H R C C OH O Ph H H 3C S C C OH O
产物构型与反应物构型相同的反应叫构型保持。
1-苯基-2-丙醇与对甲苯磺酰氯的反应为构型保持。
H 3C H C PhCH 2 OH + TsCl H 3C H C PhCH 2 OTs + HCl
吡啶
25C
S
S
构型保持的反应的相关手性中心的化学 键在反应过程中不会发生化学键断裂。
2.4.2 构型反转（inversion of configuration）
如果某一立体异构体反应物能同时生成几种立体异构
体产物，其中一种的量超过其它立体异构体，这种反 应称为立体选择性反应。
H CH3 CH3 CH3 t-BuOK CH3CH2CHCH3 C C + + CH3CH2CH CH2 C C DMSO H I H CH3 H 60% 20% 20%
位置选择性为查依采夫消除，其立体选择性为过渡态
H H t-Bu O LiAlH4 H 3O+ t-Bu major H H OH
主要从a键方向加成，得较稳定的反-4-叔丁基环己醇 。
亲核试剂体 积较大
H H t-Bu O
+ LiAlH(OCH3 )3 H 3 O
a-H的位阻大
H
OH H
t-Bu major
空间上较为有利
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
南开大学高等有机化学课件-第二章立体化学原理
立体异构(Stereoisomer)是指具有相同构造而仅在某些
原子或基团的空间排列上不同的几种结构。它属于拓扑学
范畴，分析其相互关系时很重要。 如果两个立体异构之间的关系是一个物体与其不能重
叠的镜像之间的关系时，那么这两个结构就是对映异构体
(Enantiomer)，并且每一个结构都称为手征性的（Chiral)。 不是对映体的立体异构体是非对映异构体
光学纯度与对映体过量(Enantiomeric Excess, e.e.)数 值相等
ee =
[R] - [S] [R] + [S]
X 100%
测定旋光度随波长的变化，比在单一波长上测定旋光度
可提供更多的信息，对确定分子的手性非常重要，这种技
术叫旋光色散(Optical Rotatory Dispersion, ORD) 。 所得到的旋光度随波长的变化曲线被称为旋光色散曲线 (ORD Curve), 该曲线取决于分子的构型其吸收光谱，可用 于判别其构型与已知的相似分子构型的关系。
(Enantiomerically Pure or Homochiral)化合物。
而当某一种对映体的含量超过其另一种时成为富对映 体(Enantiomerically Enriched),它将有净的偏振光的偏离 值并称为旋光活性(Optically Active)的。
除了构造和构型以外，还有第三个重要的结构层次即
顺序规则
原子大小排序, 递降时序位排列顺时针 为RR-(rectus) 右, 顺 S-(sinister) 左, 逆
Fisher投影式
CH3 Ph H CH3 H H Ph CH3
锯架式
H CH3 H Br Ph
Newman投影式
Chapter-2 立体化学
O CH2
HO2C 3 (CH2)n
21 O CH2
Rp
导向原子
3 CO2H
1
Fe 2 PPh2 导向原子
Sp
12
2
2015-10-15
2.2 几组立体化学名词
(1) cis和trans
除 双 键 有 cis/trans 异 构 体 外 , 两 个 烯 键 之 间 的 单 键 C(sp2)−C(sp2)也有s-cis和s-trans之分。
15
Ph
H
CH3
H
CH3
Br
赤式
Br
CH3
H
H
CH3
OH
苏式
Br
CH3 H
H CH3
Ph
Br
Ph
CH3 H
CH3 H
赤式
Ph
H
CH3
H
CH3
Br
16
H CH3
Ph
H CH3
N(CH3)2 O
O
N(CH3)2
H
CH3
H
CH3
Ph
赤式
Br
H
Me
H
Me
Br
Me H
H
Br Me
Br
Br
Me
H
H
Me
Br
苏式
CHO
14
在Fischer投影式中, 将不同的基团写在竖键上, 凡是相同基 团位于同侧的是赤式, 相同基团位于异侧的为苏式。
Y XW XW
Z
Y WX WX
Z
Y WX XW
Z
Y XW WX
Z
赤式dl对
苏式dl对
赤式和苏式各有一对对映体, 赤式和苏式互为非对映体。 若Y=Z时, 赤式为内消旋体, 苏式仍含一对对映体。
高等有机化学立体化学
∴既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是手性分子。
分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。
（四）对映体
实验事实：
同为乳酸， 为什么会具 有不同的光 学性质呢？
CH3 CH COOH
OH α 羟基丙酸 ( 乳酸)
来源 从肌肉中得到的肌肉乳酸 葡萄糖发酵得到的乳酸 酸牛奶中得到的乳酸
旋光性 。
+ 3.82 。
HO H
CH
3
3
横前 竖后
CHO
CHO
H
C CH3 NH2
Fischer H 投 影 式
NH2 CH3
CHO
CHO
CHO
H
C CH3 NH2
Fischer H N H 2 投 影 式
NCH H23 CH H 3
使用费歇尔投影式应注意的问题： 基团的位置关系是“横前竖后” 不能离开纸平面翻转180°，也不能在纸平面上旋转 90°或270°与原构型相比。 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构型。
5. 比旋光度（specific rotation)
为]来表示：—— 在一定温度和波长（通常为钠光灯，
波长为589 nm）条件下，样品管长度为1dm，样品浓度
为1g•ml-1时测得的旋光度。是一物理常数。 D --- 钠光源，波长为589nm；
aDT
3.82
。 0
COOH
COOH
HC
H
HO C3H
OH
C3 H
-
COOH
COOH
C3 H
H OH
CH H3C OH
-
旋光性与比旋光度
一、旋光性 1. 偏振光( plane-polarized light ) 光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。
分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。
（四）对映体
实验事实：
同为乳酸， 为什么会具 有不同的光 学性质呢？
CH3 CH COOH
OH α 羟基丙酸 ( 乳酸)
来源 从肌肉中得到的肌肉乳酸 葡萄糖发酵得到的乳酸 酸牛奶中得到的乳酸
旋光性 。
+ 3.82 。
HO H
CH
3
3
横前 竖后
CHO
CHO
H
C CH3 NH2
Fischer H 投 影 式
NH2 CH3
CHO
CHO
CHO
H
C CH3 NH2
Fischer H N H 2 投 影 式
NCH H23 CH H 3
使用费歇尔投影式应注意的问题： 基团的位置关系是“横前竖后” 不能离开纸平面翻转180°，也不能在纸平面上旋转 90°或270°与原构型相比。 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构型。
5. 比旋光度（specific rotation)
为]来表示：—— 在一定温度和波长（通常为钠光灯，
波长为589 nm）条件下，样品管长度为1dm，样品浓度
为1g•ml-1时测得的旋光度。是一物理常数。 D --- 钠光源，波长为589nm；
aDT
3.82
。 0
COOH
COOH
HC
H
HO C3H
OH
C3 H
-
COOH
COOH
C3 H
H OH
CH H3C OH
-
旋光性与比旋光度
一、旋光性 1. 偏振光( plane-polarized light ) 光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。
高等有机化学 第2章 立体化学
+A +A -A -A
+B (Ⅰ)
-B （Ⅱ）
+B （Ⅲ）
-B （Ⅳ）
其中(Ⅰ)与(Ⅳ)，(Ⅱ)与(Ⅲ) 互为对映体。因此，有两对对 映体，而(Ⅰ)与(Ⅱ)或(Ⅲ)，(Ⅳ)与(Ⅱ)或(Ⅲ) 则为非对映 异构体。
旋光异构
CHO H H OH OH CH2OH HO HO CHO H H CH2OH HO H CHO H OH CH2OH H HO CHO OH H CH2OH
构象非对映异构
如
H H
CH3 CH3 H H
与 H
两种异构体A和B
A和B分子中的原子是否具有相同的连接顺序 否 构造异构 是 立体异构 A和B是否具有不能相互重合的实物与镜像 是 对映异构 否 非对映异构
本章主要内容
2.1 旋光异构 (对映异构)
旋光性与分子结构的关系 2.1.2 含一个手链碳原子化合物的旋光异构 2.1.3 含两个及多个手性碳原子的化合物的 旋光异构 2.1.4 外消旋化及构型的转化 2.1.5 外消旋体的拆分 2.1.6 手性合成——不对称合成 2.1.7 分子的不对称性
H R O R H R[ C R' OH C R H O R C* C R'
]
d,l－ R
C* C R'
外消旋化
因为当酮式转变为烯醇式时，手性碳原子变成了平 面型的非手性碳原子。当其再变为酮式时，氢可以从 平面上面，也可以从平面下面回到手性碳原子上。这 两个机会是相等的，因而生成等量的相反构型的酮， 实现了外消旋化。
H Cl Cl H F H H Cl H F F H Cl H H Cl F H Cl H H Cl H F H F H
180° 绕 轴 旋转
+B (Ⅰ)
-B （Ⅱ）
+B （Ⅲ）
-B （Ⅳ）
其中(Ⅰ)与(Ⅳ)，(Ⅱ)与(Ⅲ) 互为对映体。因此，有两对对 映体，而(Ⅰ)与(Ⅱ)或(Ⅲ)，(Ⅳ)与(Ⅱ)或(Ⅲ) 则为非对映 异构体。
旋光异构
CHO H H OH OH CH2OH HO HO CHO H H CH2OH HO H CHO H OH CH2OH H HO CHO OH H CH2OH
构象非对映异构
如
H H
CH3 CH3 H H
与 H
两种异构体A和B
A和B分子中的原子是否具有相同的连接顺序 否 构造异构 是 立体异构 A和B是否具有不能相互重合的实物与镜像 是 对映异构 否 非对映异构
本章主要内容
2.1 旋光异构 (对映异构)
旋光性与分子结构的关系 2.1.2 含一个手链碳原子化合物的旋光异构 2.1.3 含两个及多个手性碳原子的化合物的 旋光异构 2.1.4 外消旋化及构型的转化 2.1.5 外消旋体的拆分 2.1.6 手性合成——不对称合成 2.1.7 分子的不对称性
H R O R H R[ C R' OH C R H O R C* C R'
]
d,l－ R
C* C R'
外消旋化
因为当酮式转变为烯醇式时，手性碳原子变成了平 面型的非手性碳原子。当其再变为酮式时，氢可以从 平面上面，也可以从平面下面回到手性碳原子上。这 两个机会是相等的，因而生成等量的相反构型的酮， 实现了外消旋化。
H Cl Cl H F H H Cl H F F H Cl H H Cl F H Cl H H Cl H F H F H
180° 绕 轴 旋转
第二章 立体化学
法命名。
三、外消旋体的拆分(resolution of racemate)
非手性分子在非手性（原料、试剂、溶剂、催化剂等 都没有手性 ）条件下反应，得到的往往是外消旋体。
化学拆分法
外消旋体的拆分方法较多，常见的有微生物降解法、 柱色谱分离法、诱导结晶法以及化学拆分法等。 化学拆分法：通过手性试剂（拆分剂）转化为非对映 异构体，然后用物理方法分步结晶或蒸馏分离，分离 后再恢复到原来的左旋体和右旋体，即达到分离的目 的。 外消旋乳酸的拆分过程如下：
外消旋乳酸化学拆分：
外消旋乳酸化学拆分：
化学拆分法
用化学方法拆分外消旋体，关键是拆分剂的选择。 拆分剂必须满足以下条件：
1）拆分剂与被拆分的外消旋体之间的化合物必须是 容易形成，且容易分解； 2）所形成的化合物，二者物理性质(溶解度、沸点等) 差别较大。
规律：碱性拆分剂用于酸性物质，酸性拆分剂用于碱 性物质。
高等有机化学
第二章 立 体 化 学
Stereochemistry
第二章 立体化学
本章内容：
一、立体化学基础 1. 异构现象 2. 对映异构现象
萜类
3. 旋光化合物分类
4. 对映异构体的表示方法
5. 次序规则与构型的命名（重点） 二、环状化合物的立体异构 三、外消旋体的拆分（化学拆分法） 四、立体专一性反应与立体选择性反应（了解）
（4）Fischer投影式 •在书写Fischer投影式时有一个约定俗成的规则： 水平方向上的价键（横键）及其所键接的基团都指 向纸平面的前方，竖直方向上的价键（竖键）及其 所键接的基团都指向纸平面的后方，也就是常说的 “横前竖后”原则。
•在平面投影式中，横线代表伸向纸平面前面的键， 竖线代表伸向纸平面后面的键，两线交点在纸平面上， 代表手性碳原子。需要注意以下几点：
三、外消旋体的拆分(resolution of racemate)
非手性分子在非手性（原料、试剂、溶剂、催化剂等 都没有手性 ）条件下反应，得到的往往是外消旋体。
化学拆分法
外消旋体的拆分方法较多，常见的有微生物降解法、 柱色谱分离法、诱导结晶法以及化学拆分法等。 化学拆分法：通过手性试剂（拆分剂）转化为非对映 异构体，然后用物理方法分步结晶或蒸馏分离，分离 后再恢复到原来的左旋体和右旋体，即达到分离的目 的。 外消旋乳酸的拆分过程如下：
外消旋乳酸化学拆分：
外消旋乳酸化学拆分：
化学拆分法
用化学方法拆分外消旋体，关键是拆分剂的选择。 拆分剂必须满足以下条件：
1）拆分剂与被拆分的外消旋体之间的化合物必须是 容易形成，且容易分解； 2）所形成的化合物，二者物理性质(溶解度、沸点等) 差别较大。
规律：碱性拆分剂用于酸性物质，酸性拆分剂用于碱 性物质。
高等有机化学
第二章 立 体 化 学
Stereochemistry
第二章 立体化学
本章内容：
一、立体化学基础 1. 异构现象 2. 对映异构现象
萜类
3. 旋光化合物分类
4. 对映异构体的表示方法
5. 次序规则与构型的命名（重点） 二、环状化合物的立体异构 三、外消旋体的拆分（化学拆分法） 四、立体专一性反应与立体选择性反应（了解）
（4）Fischer投影式 •在书写Fischer投影式时有一个约定俗成的规则： 水平方向上的价键（横键）及其所键接的基团都指 向纸平面的前方，竖直方向上的价键（竖键）及其 所键接的基团都指向纸平面的后方，也就是常说的 “横前竖后”原则。
•在平面投影式中，横线代表伸向纸平面前面的键， 竖线代表伸向纸平面后面的键，两线交点在纸平面上， 代表手性碳原子。需要注意以下几点：
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如果在生成产物过程中反应物失去了立体化学 的完整性，那么这个反应进行时发生外消旋化 作用。
如果仅仅丧失一部分立体化学完整性的许多反 应实例，我们把它称为部分外消旋化作用。
R 1 R 2C R 3X
ห้องสมุดไป่ตู้
-X -
R 1 C +
N u -
R 2 R 3
R 1
R 1
R 2C R 3N u+N uC R 3 R 2
手性的描述
因此，D，L与R，S以及旋光度的左旋， 右旋它们彼此之间没有必然联系。
CHO
H
OH
CH2OH
D
CHO H C OH
CH2OH
R-甘油醛
CO2H
H2N
H
CH2SH
L-半光氨酸 R-半光氨酸
不含手性中心的手性分子
手性轴和手性面的化合物，如某些旋光 性的丙二烯、联芳基、亚烷基环己烷就
是轴型非对称分子的例子（手征轴）。
H H H H
H C H 2 C H 3 H C H 2 C H 3
H 3 CO H H O C H 3 H 3 CO H H O C H 3
手征中心
除了碳手征中心外，还有硫、磷、氮手征中 心，如
S O
P H3CH2CH2C CH3
具有三个不同取代基的胺原则上是能够有旋
光性的因为它们是手征的，但是角锥体翻转
所需要的活化能太小，以致不能将对映异构
体分离。当它变为季胺盐时，就不能翻转而
变成手性的。
CH3
+N
Ph
PhH2C
CH2CH CH2
手性的描述
手性可以用菲舍尔（Fischer）惯用法（D，L） 或凯恩-英格尔德-泼莱劳格（Cahn-IngoldPrelog）惯用法（R，S）来描述 。
H O H
H O H C H O
它依靠对映异构体与手征试剂反应时速度的差 别。一种手征分子与另一种手征分子反应的过 渡态能量，对于每一种对映异构体来说都可以 是不同的。
如果一个外消旋混合物(R-分子+S-分子)与一 个旋光性试剂（R-试剂）反应，那么两个过渡 态（R-分子…R试剂和S-分子…R试剂）彼此
具有非对映异构的关系。
动力学拆分
+
P h
H P h C H 3
HC H 3
赤 型 （ 67% ）苏 型 （ 33% ）
HC H 3 C l
O H -
P h
H OC H P H 3 h+P h HC H O 3H
构型保留：在反应中立体化学方面有意义的原 子的空间排列在反应物和产物中是相同的。
构型转变：在反应中立体化学方面有意义的原 子的空间排列在反应物和产物中是对映异构的 关系。
O Ph Cat* [O}
O O * Ph+
O
Ph *
CH2CH OH
Ti(OR)4,t-BuOOH (+)diisopropyltartrate CH2CH
OH 37%yieldrecovered,95% e.e.
+
OCH3 OH racemic
NH2 CO2H H+
L-valine
H2N OCH3
用一个旋光性试剂（拆分剂）来处理对 映异构体混合物，使其转变为非对映异 构体混合物，然后利用非对映异构体的 沸点、溶解度等性质的差异，通过蒸馏 或重结晶而使其分离，
2-苯基-3-甲基丁酸的拆分为例
H (H 3C )2H C
Ph
R -(-)
Ph
C O 2H
(H 3C )2H C
外消旋混合物
Ph
CH3
如果一个点配基被一个新的点配基取代时产生 一个手征组合体(chiral assembly),则原来的 组合体就是潜手征的。
用字母pro-R 和 pro-S来规定手征分 子中的异位配基
选取潜手征中心上的一个异位配基，并且认为
P u ree n a n tio m e r a ch ira lin te rm e d ia te ra ce m icp ro d u ct
有机分子发生外消旋化作用时最常见的机理过 程是：从不对称碳原子处断裂掉一个配基而得 出一个平面的三配位中间体。
当不存在象非对称溶剂化作用这样特殊的效应 时，这样一个中间体能以两边相等的几率被俘 获，结果产生等量的对映异构体产物。
2.1 对映异构关系
手性（chirality）是用来描述一种物体和它的镜象 不能重叠时一个名称，历史上手征性和旋光性非常 密切相关，化学家们能互换地使用旋光的和手征的 这两种描述方法。
旋光性是手征分子的一种性质，即旋转偏振光平面 的能力。旋光度的符号和大小都与测量条件有关， 包含温度、溶剂和射入样品中的入射光的波长。
第二章 立 体 化 学
异构体:分子式相同而构造（即化合物中键的 特定结合方式和原子的顺序）不同的各种分子 集合体之间互称为异构体。包括：碳链异够构， 官能团异构，官能团位置异构和互变异构。 写出分子式为C5H10的各种异构体
构造相同而原子或基团的空间排列上不同的化 合物是立体异构体。包括：构型异构和构象异 构。
H C O 2H
S-(+)
NH2
H R-(+)
非 对 映 异 构 的 羧 酸 铵 盐 （ R-酸 ， R-胺 和 S-酸 ， R-胺 ） 的 混 合 物 ， 从 乙 醇 -水 中 重 结 晶
重 结 晶 后 的 产 物 ： R， R盐
酸化
Ph H
(H 3C )2H C
C O 2H
R -(-)-酸
从 滤 液 中 回 收 的 盐 富 集 了 的 S， R盐 酸化
部 分 拆 分 的 S-（ +） -酸
拆分的分类
化学拆分：这种拆分试剂与消旋体发生 反应而进行的拆分称为化学拆分。
包结拆分：如果利用拆分试剂与消旋体 之间的物理作用，比如生成氢键等而将 其拆分开来，叫包结拆分。
动力学拆分
动力学拆分
用来描述利用与旋光性试剂的选择性反应进行 对映异构体分离的一个术语。
H-O + N (C H 3 )2 苏 型
P h H ;
H-O + N (C H 3 )2 赤 型
P h C H 3
某些立体专一反应
在这些立体专一过程中，起始物都是一 对对立体异构体，产物彼此也是立体异 构体。
每个反应进行时，只得到单一一种立体 异构体，而不混杂有另一种立体异构体。
某些立体选择性反应
2.4.2 异位配基
如果所发生的过程涉及到C（1）上的两 个质子，则结果应得到立体化学上不同 的状态。氘取代C（1）上的质子产生一 个手征性产物1-氘-1，3-丙二醇：
H O
O H
HD
R -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
H O HH
O H
H O
O H
DH
S -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
H O
O H
HD
R -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
H O HH
O H
H O
O H
DH
S -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
C（1）上的两个质子在拓扑学上是不相当的， 因为一个氢被取代产生的产物与另一个氢被取 代而产生的产物是不同的，它们是立体异构体。 这种类型的配基称为异位的， （heteortopic）,并且由于取代的产物是对映 异 构 体 的 (enantiotopic).1 ， 3- 丙 二 醇 的 C （1）和C（3）都是潜手征中心 （prochiralcenters）.
2S,3R
2R,3S
2,3,4-三羟基丁醛中的立体异构关系
非对映异构体的性质
非对映异构体在化学和物理性质上可以 是不相同的。它们具有不同的熔点、沸 点、折射率、溶解特性、偶极矩、比旋 光度等等。
在非对映异构体中可以把每个手征中心
按顺序规则规定为R或S。
2.2.2拆分和动力学拆分
拆分是把一个含有等量对映体的混合物 （称为消旋体或外消旋混合物）分离成 其组分的过程。
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：如环氧化反应
H3C(H2C)7 H H
H3C(H2C)7
(CH2)8OH CH3CO3H H
(CH2)8OH CH3CO3H
H
HO(H2C)8
2.2 非对映异构关系
2.2.1 非对映异构体
它们之间不是物体与其镜象的关系的立 体异构体。
HO H OH
H
CHO
HOH2C2R,3R
对映异构体
H HO H
HO
CHO
HOH2C 2S,3S
非对映异构体
非对映异构体
非对映异构体
HO HO
H HOH2C
H CHO
HH
HO 非对映异构体 HOH2C
OH CHO
H3C(H2C)7
O
H
H
HO(H2C)8
H O
H
H3C(H2C)7
亲核取代反应
H3C(H2C)5
HOSO2C6H4pCH3CH3CO2-
H(CH2)5CH3 H3CO2C
H3C
CH3
H3C(H2C)5
HOSO2C6H4pCH3CH3CO2-
H3C (CH2)5CH3 H3CO2C
H3C
H
某些立体专一反应
反式环烯可作为分子中有非对称性面的 例子。
H
H
CCC
HO2C
CO2H
R-(-)- 戊 二 烯 二 酸
S-（ +） -螺 环 [3， 3]-庚 -1， 5-二 烯
如果仅仅丧失一部分立体化学完整性的许多反 应实例，我们把它称为部分外消旋化作用。
R 1 R 2C R 3X
ห้องสมุดไป่ตู้
-X -
R 1 C +
N u -
R 2 R 3
R 1
R 1
R 2C R 3N u+N uC R 3 R 2
手性的描述
因此，D，L与R，S以及旋光度的左旋， 右旋它们彼此之间没有必然联系。
CHO
H
OH
CH2OH
D
CHO H C OH
CH2OH
R-甘油醛
CO2H
H2N
H
CH2SH
L-半光氨酸 R-半光氨酸
不含手性中心的手性分子
手性轴和手性面的化合物，如某些旋光 性的丙二烯、联芳基、亚烷基环己烷就
是轴型非对称分子的例子（手征轴）。
H H H H
H C H 2 C H 3 H C H 2 C H 3
H 3 CO H H O C H 3 H 3 CO H H O C H 3
手征中心
除了碳手征中心外，还有硫、磷、氮手征中 心，如
S O
P H3CH2CH2C CH3
具有三个不同取代基的胺原则上是能够有旋
光性的因为它们是手征的，但是角锥体翻转
所需要的活化能太小，以致不能将对映异构
体分离。当它变为季胺盐时，就不能翻转而
变成手性的。
CH3
+N
Ph
PhH2C
CH2CH CH2
手性的描述
手性可以用菲舍尔（Fischer）惯用法（D，L） 或凯恩-英格尔德-泼莱劳格（Cahn-IngoldPrelog）惯用法（R，S）来描述 。
H O H
H O H C H O
它依靠对映异构体与手征试剂反应时速度的差 别。一种手征分子与另一种手征分子反应的过 渡态能量，对于每一种对映异构体来说都可以 是不同的。
如果一个外消旋混合物(R-分子+S-分子)与一 个旋光性试剂（R-试剂）反应，那么两个过渡 态（R-分子…R试剂和S-分子…R试剂）彼此
具有非对映异构的关系。
动力学拆分
+
P h
H P h C H 3
HC H 3
赤 型 （ 67% ）苏 型 （ 33% ）
HC H 3 C l
O H -
P h
H OC H P H 3 h+P h HC H O 3H
构型保留：在反应中立体化学方面有意义的原 子的空间排列在反应物和产物中是相同的。
构型转变：在反应中立体化学方面有意义的原 子的空间排列在反应物和产物中是对映异构的 关系。
O Ph Cat* [O}
O O * Ph+
O
Ph *
CH2CH OH
Ti(OR)4,t-BuOOH (+)diisopropyltartrate CH2CH
OH 37%yieldrecovered,95% e.e.
+
OCH3 OH racemic
NH2 CO2H H+
L-valine
H2N OCH3
用一个旋光性试剂（拆分剂）来处理对 映异构体混合物，使其转变为非对映异 构体混合物，然后利用非对映异构体的 沸点、溶解度等性质的差异，通过蒸馏 或重结晶而使其分离，
2-苯基-3-甲基丁酸的拆分为例
H (H 3C )2H C
Ph
R -(-)
Ph
C O 2H
(H 3C )2H C
外消旋混合物
Ph
CH3
如果一个点配基被一个新的点配基取代时产生 一个手征组合体(chiral assembly),则原来的 组合体就是潜手征的。
用字母pro-R 和 pro-S来规定手征分 子中的异位配基
选取潜手征中心上的一个异位配基，并且认为
P u ree n a n tio m e r a ch ira lin te rm e d ia te ra ce m icp ro d u ct
有机分子发生外消旋化作用时最常见的机理过 程是：从不对称碳原子处断裂掉一个配基而得 出一个平面的三配位中间体。
当不存在象非对称溶剂化作用这样特殊的效应 时，这样一个中间体能以两边相等的几率被俘 获，结果产生等量的对映异构体产物。
2.1 对映异构关系
手性（chirality）是用来描述一种物体和它的镜象 不能重叠时一个名称，历史上手征性和旋光性非常 密切相关，化学家们能互换地使用旋光的和手征的 这两种描述方法。
旋光性是手征分子的一种性质，即旋转偏振光平面 的能力。旋光度的符号和大小都与测量条件有关， 包含温度、溶剂和射入样品中的入射光的波长。
第二章 立 体 化 学
异构体:分子式相同而构造（即化合物中键的 特定结合方式和原子的顺序）不同的各种分子 集合体之间互称为异构体。包括：碳链异够构， 官能团异构，官能团位置异构和互变异构。 写出分子式为C5H10的各种异构体
构造相同而原子或基团的空间排列上不同的化 合物是立体异构体。包括：构型异构和构象异 构。
H C O 2H
S-(+)
NH2
H R-(+)
非 对 映 异 构 的 羧 酸 铵 盐 （ R-酸 ， R-胺 和 S-酸 ， R-胺 ） 的 混 合 物 ， 从 乙 醇 -水 中 重 结 晶
重 结 晶 后 的 产 物 ： R， R盐
酸化
Ph H
(H 3C )2H C
C O 2H
R -(-)-酸
从 滤 液 中 回 收 的 盐 富 集 了 的 S， R盐 酸化
部 分 拆 分 的 S-（ +） -酸
拆分的分类
化学拆分：这种拆分试剂与消旋体发生 反应而进行的拆分称为化学拆分。
包结拆分：如果利用拆分试剂与消旋体 之间的物理作用，比如生成氢键等而将 其拆分开来，叫包结拆分。
动力学拆分
动力学拆分
用来描述利用与旋光性试剂的选择性反应进行 对映异构体分离的一个术语。
H-O + N (C H 3 )2 苏 型
P h H ;
H-O + N (C H 3 )2 赤 型
P h C H 3
某些立体专一反应
在这些立体专一过程中，起始物都是一 对对立体异构体，产物彼此也是立体异 构体。
每个反应进行时，只得到单一一种立体 异构体，而不混杂有另一种立体异构体。
某些立体选择性反应
2.4.2 异位配基
如果所发生的过程涉及到C（1）上的两 个质子，则结果应得到立体化学上不同 的状态。氘取代C（1）上的质子产生一 个手征性产物1-氘-1，3-丙二醇：
H O
O H
HD
R -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
H O HH
O H
H O
O H
DH
S -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
H O
O H
HD
R -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
H O HH
O H
H O
O H
DH
S -1 -氘 -1 ,3 -丙 二 醇
C（1）上的两个质子在拓扑学上是不相当的， 因为一个氢被取代产生的产物与另一个氢被取 代而产生的产物是不同的，它们是立体异构体。 这种类型的配基称为异位的， （heteortopic）,并且由于取代的产物是对映 异 构 体 的 (enantiotopic).1 ， 3- 丙 二 醇 的 C （1）和C（3）都是潜手征中心 （prochiralcenters）.
2S,3R
2R,3S
2,3,4-三羟基丁醛中的立体异构关系
非对映异构体的性质
非对映异构体在化学和物理性质上可以 是不相同的。它们具有不同的熔点、沸 点、折射率、溶解特性、偶极矩、比旋 光度等等。
在非对映异构体中可以把每个手征中心
按顺序规则规定为R或S。
2.2.2拆分和动力学拆分
拆分是把一个含有等量对映体的混合物 （称为消旋体或外消旋混合物）分离成 其组分的过程。
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：如环氧化反应
H3C(H2C)7 H H
H3C(H2C)7
(CH2)8OH CH3CO3H H
(CH2)8OH CH3CO3H
H
HO(H2C)8
2.2 非对映异构关系
2.2.1 非对映异构体
它们之间不是物体与其镜象的关系的立 体异构体。
HO H OH
H
CHO
HOH2C2R,3R
对映异构体
H HO H
HO
CHO
HOH2C 2S,3S
非对映异构体
非对映异构体
非对映异构体
HO HO
H HOH2C
H CHO
HH
HO 非对映异构体 HOH2C
OH CHO
H3C(H2C)7
O
H
H
HO(H2C)8
H O
H
H3C(H2C)7
亲核取代反应
H3C(H2C)5
HOSO2C6H4pCH3CH3CO2-
H(CH2)5CH3 H3CO2C
H3C
CH3
H3C(H2C)5
HOSO2C6H4pCH3CH3CO2-
H3C (CH2)5CH3 H3CO2C
H3C
H
某些立体专一反应
反式环烯可作为分子中有非对称性面的 例子。
H
H
CCC
HO2C
CO2H
R-(-)- 戊 二 烯 二 酸
S-（ +） -螺 环 [3， 3]-庚 -1， 5-二 烯