3-立体化学基础(09药学)
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立体化学PPT课件
一、分子的对称因素和手性 （3）手性膦、手性氮与手性砜类化合物
一、分子的对称因素和手性
（4）含手性轴的化合物：分子的轴上原子
不是对称的被取代，而使分子具有手性。
一、分子的对称因素和手性
a. 丙二烯衍生物 （具手性轴）
C6H5
C6H5
C CC
a-C10H7
C10H7- a
CH3
CH3
C CC
H
H
反应停事件
O H
N
O
NH
O
O
(S)-thalidomide
O H
N
O
O
O NH
(R)-thalidomide
1984年荷兰药理学家Ariens极力提倡手性药物以单一对 映体上市， 抨击以消旋体形式进行药理研究以及上市。 他的一系列论述的发表，引起药物部门广泛的重视。
1992年，美国食品和医药管理局提出法规，申报手性药 物时，必须对不同对映体的作用叙述清楚。
2001年诺贝尔化学奖授予了3位美日科学家，表彰他们 在手性催化氢化反应和手性催化氧化反应领域所做出的 重大贡献。
目前，研究和发展新的手性技术，借此获得光学纯的手 性药物，已成为许多实验室和医药公司追求的目标。
构造： 分子中各原子间相互结合的顺序（连接顺序） 构型：原子或基团在空间的排列方式 构象：具有一定构型的分子由于单键旋转使分子内的 原子或原子团在空间产生不同的排列。 问题： 二甲基环己烷有多少构造异构体？ 1，3-二甲基环己烷是否存在构型异构体？ 其中顺式构型是否存在构象异构体？
同分异构
碳架异构
构造异构 官能团异构 位置异构
互变异构
构型异构 顺反异构
立体异构
3 立体结构化学
与C3对称轴成109º28’角度 与C3对称轴平行(旋转120º 后重叠)
X X
翻转(45kj/mol)
(II)取代环己烷的构象：
H C
1
H H
H
2
H H
5 3
H
H H
4
H
6
H
H
H H
1,3-二直立作用，斥力： kj/mol H H 0 H CH3 3.8 CH3 CH3 15.1
影响小 ∴大基团有选择在e键上的稳定构象 —CH3 —CH2CH3 —CH(CH3)2 —C(CH3)3
E
斥力
吸引力
事实： 扭转张力+非键张力=12kj/mol 分子热运动（分子碰撞所产生的能量）：84kj/mol 所以分子旋转是存在的，而且很快：
r 等于范德华半径和
10-11s
这种构象不能分离， 只是稳定构象、过 度构象而已
4、构象的表示方法： ——乙烷
重叠式 1) Newman投影式：
H H Φ=0 H H H H
e- ： a95 ： 5 96 ： 4 97 ： 3 99.9 ： 0.1
从上述实验事实总结出如下规则： 1、环己烷多元取代物最稳定的构象是e键取代基最多的构象 trans-1,2-二甲基环己烷的最稳定构象： trans-1,3-二甲基环己烷的最稳定构象： trans-1,4-二甲基环己烷的最稳定构象： 2、环上有不同取代基时，大的取代基在e键上，特大基团一定在e键上 cis-1-甲基-2-叔丁基环己烷：
H H H
o
H H HH
H H C C H H C
H H
109 28' H
弯曲键（香蕉键） 为了使键角更接近109o28’，环丁烷、环戊烷、环己烷通过在空间的 扭曲，形成非平面结构：
X X
翻转(45kj/mol)
(II)取代环己烷的构象：
H C
1
H H
H
2
H H
5 3
H
H H
4
H
6
H
H
H H
1,3-二直立作用，斥力： kj/mol H H 0 H CH3 3.8 CH3 CH3 15.1
影响小 ∴大基团有选择在e键上的稳定构象 —CH3 —CH2CH3 —CH(CH3)2 —C(CH3)3
E
斥力
吸引力
事实： 扭转张力+非键张力=12kj/mol 分子热运动（分子碰撞所产生的能量）：84kj/mol 所以分子旋转是存在的，而且很快：
r 等于范德华半径和
10-11s
这种构象不能分离， 只是稳定构象、过 度构象而已
4、构象的表示方法： ——乙烷
重叠式 1) Newman投影式：
H H Φ=0 H H H H
e- ： a95 ： 5 96 ： 4 97 ： 3 99.9 ： 0.1
从上述实验事实总结出如下规则： 1、环己烷多元取代物最稳定的构象是e键取代基最多的构象 trans-1,2-二甲基环己烷的最稳定构象： trans-1,3-二甲基环己烷的最稳定构象： trans-1,4-二甲基环己烷的最稳定构象： 2、环上有不同取代基时，大的取代基在e键上，特大基团一定在e键上 cis-1-甲基-2-叔丁基环己烷：
H H H
o
H H HH
H H C C H H C
H H
109 28' H
弯曲键（香蕉键） 为了使键角更接近109o28’，环丁烷、环戊烷、环己烷通过在空间的 扭曲，形成非平面结构：
有机化学精品课件之立体化学基础55页PPT
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有机化学精品课件之立体化学基础
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
有机化学精品课件之立体化学基础共55页
有机化学精品课件之立体化学基础
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春收长丝，秋熟靡王税。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春收长丝，秋熟靡王税。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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最新第-3-章-立体化学基础Y课件PPT
a ab b
ac b
db
da
dc
c
c
a
（1）
（2） 对映体 （3）
对映体
2021/2/25
相同构型
C O O H H O H
C H 3
C H 3 H O H
C O O H
C O O H H C H 3
O H
C H 3 H O H
C O O H
同一种构型
同一种构型
C 2 H 5 H B r
C H 3
第-3-章-立体化学基础Y
二、 对映异构体和手性分子
（一）对称分子和不对称分子
* 丁烷：CH3CH2CH2CH3
实物和镜像能 完全重合，为 对称分子。
镜 面
* 2-溴丁烷：CH3CH(Br)CH2CH3
实物和镜像不能 完全重合，为不 对称分子。
镜 面
2021/2/25
（三）分子的对称性与手性
1、对称因素
* 如：C N P S等。
C
d c
分别和四个不相同基团相连接
b 的碳原子，称为手性碳原子。
a、b、c、d互不相同。如：2-丁醇、2-氯
丁烷中各有一个手性碳原子。
2021/2/25
标出手性碳
O
*
C H3 C H C
OH
乳酸
O
OH
Br
CH 3
*
H
* C3HC2HC2HC2HC2HC C2HC2HC2HC3H
H
C H
CH3
HOOC
COOH
对称中 心
COOH H
C
OH
2021/2/25
（3）简单对称轴（Cn）
立体化学 课件
Structure（结构)分子内所有原子的完整排列方式。 不但包括连接方式，而且还包括他们在空间的取向.
33 第33页33，共44页。
立体异构体分类
Isomers 两种物质有相同组成，但有不同的性质
异构体
isomers
same connectivity?
NO
constitutinal isomers
H2N
NO2
H2N C
H2N
CN C
CN
26 第262页6，共44页。
非线性光学材料
分子极性高还不能保证生成的晶体SHG高（反平行排列）
二阶电磁化率
0
统计平均：仅29%有机晶体非中心对称
引入不对称中心（分子晶体工程）
100%非中心对称（高SHG)
27 第272页7，共44页。
非线性光学材料
例如
H2N
*
*
N
O
OH H
CH3
OCH3
美登素对各种肿瘤，如L-1210、P-388白血病、S-
180、W-256、路易斯肺癌和体外鼻咽癌等均有显著
疗效。
13 第13页13，共44页。
天然产物结构与活性
FK506(免疫活性化物）
由筑波链霉菌，通过酦酵、纯 化分离出的有效成分！
具有十分强大的免疫抑制作用，其 免疫抑制作用约是环孢素A的10-100 倍。
第5页5，共44页。
天然产物结构与活性
Epibatidine
Cl N
H N
呃瓜多尔三色蛙
JACS, 114, 3475 (1992) ; TL, 34, 3251 (1993); TL, 34, 4477 (1993).
H
毒液成份
33 第33页33，共44页。
立体异构体分类
Isomers 两种物质有相同组成，但有不同的性质
异构体
isomers
same connectivity?
NO
constitutinal isomers
H2N
NO2
H2N C
H2N
CN C
CN
26 第262页6，共44页。
非线性光学材料
分子极性高还不能保证生成的晶体SHG高（反平行排列）
二阶电磁化率
0
统计平均：仅29%有机晶体非中心对称
引入不对称中心（分子晶体工程）
100%非中心对称（高SHG)
27 第272页7，共44页。
非线性光学材料
例如
H2N
*
*
N
O
OH H
CH3
OCH3
美登素对各种肿瘤，如L-1210、P-388白血病、S-
180、W-256、路易斯肺癌和体外鼻咽癌等均有显著
疗效。
13 第13页13，共44页。
天然产物结构与活性
FK506(免疫活性化物）
由筑波链霉菌，通过酦酵、纯 化分离出的有效成分！
具有十分强大的免疫抑制作用，其 免疫抑制作用约是环孢素A的10-100 倍。
第5页5，共44页。
天然产物结构与活性
Epibatidine
Cl N
H N
呃瓜多尔三色蛙
JACS, 114, 3475 (1992) ; TL, 34, 3251 (1993); TL, 34, 4477 (1993).
H
毒液成份
有机化学ppt课件第八章立体化学
05
立体选择性合成策略与方 法
不对称合成策略简介
不对称合成定义
利用非手性原料合成具有特定构型手性化合物的 方法。
不对称合成意义
获得单一手性化合物，避免消旋体的产生，提高 药物疗效和降低副作用。
不对称合成策略
手性源合成法、手性辅剂诱导合成法、动力学拆 分和热力学拆分方法等。
手性源合成法
手性源概念
农业科学
立体化学在农业科学中也有潜在 的应用价值，例如通过研究农药 和化肥的立体结构来提高其效果 和降低对环境的负面影响。
THANKS
感谢观看
构型对化合物性质的影响
不同构型的碳原子在化合物中具有不 同的化学和物理性质，如旋光性、反 应活性等。
Fisher
Fisher投影式是一种表示有机化合物立体结构的方法，通过横线
和竖线表示碳原子的键合关系。
Fisher投影式的书写规则
02
在Fisher投影式中，横线代表伸向纸面前方的键，竖线代表伸向
具有手性的起始原料， 可提供手性中心。
手性源合成法原理
以手性源为原料，通过 保留或转化其手性中心 ，合成目标手性化合物 。
手性源合成法应用
天然产物全合成、药物 合成等。
手性辅剂诱导合成法
01
手性辅剂概念
在反应中能与底物形成非对映异构体，从而控制反应立体选择性的添加
剂。
02
手性辅剂诱导合成法原理
手性辅剂与底物形成非对映异构体，利用非对映异构体之间的性质差异
判断手性碳原子构 型
根据旋光度的正负及大小，结合其他信息判断手性碳原子 的构型。
注意事项
旋光法只能判断化合物是否具有旋光性，不能确定其绝对 构型。
X射线衍射法确定绝对构型
第十七章 立体化学基础
第十七章 立体化学基础【竞赛要求】有机立体化学基本概念。
构型与构象。
顺反异构（trans -、cis -和Z -、E -构型）。
手性异构。
endo -和exo -。
D,L 构型。
【知识梳理】从三维空间结构研究分子的立体结构，及其立体结构对其物理性质和化学性质的影响的科学叫立体化学。
一、异构体的分类按结构不同，同分异构现象分为两大类。
一类是由于分子中原子或原子团的连接次序不同而产生的异构，称为构造异构。
构造异构包括碳链异构、官能团异构、位置异构及互变异构等。
另一类是由于分子中原子或原子团在空间的排列位置不同而引起的异构，称为立体异构。
立体异构包括顺反异构、对映异构和构象异构。
二、立体异构 （一）顺反异构分子中存在双键或环等限制旋转的因素，使分子中某些原子或基团在空间位置不同，产生顺反异构现象。
双键可以是C=C 、C=N 、N=N 。
双键产生顺反异构体的条件是双键两端每个原子所连二基团或原子不同。
如：顺反异构的构型以前用顺– 和反– 表示。
如：a b ca bcab c a dcab c c dcH H C = CH 3 CH 3 C 顺 – 2 – 丁烯 H CH 3C =CH 3H C 反 – 2 – 丁烯但顺反异构体的两个双键碳原子上没有两个相同的取代基用这种命名法就无能为力。
如：系统命名法规定将双键碳链上连接的取代基按次序规则的顺序比较，高序位基在双键同侧的称Z 型，反之称E 型。
如上化合物按此规定应为E 型。
命名为E – 4 – 甲基 – 3 – 已基 – 2 – 戊烯。
所谓“次序规则”，就是把各种取代基按先后次序排列的规则。
（1）原子序数大的优先，如I ＞Br ＞Cl ＞S ＞P ＞F ＞O ＞N ＞C ＞H ，未共用电子对为最小；（2）同位素质量数大的优先，如D ＞H ；（3）二个基团中第一个原子相同时，依次比较第二、第三个原子； （4）重键，如：分别可看作：（5）当取代基的结构完全相同，只是构型不同时，则R ＞S ，Z ＞E 。
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COOH
2
C
1
OH
4
H
5
C
3
H
3
HOOC
2
C
HO
1
4
H
H 3 C3
5
➢对映体分子具有相同 的构造，即他们在原子 或基团连接方式上完全 相同，只是原子或 基团 在空间的排列方式不同。
异构体之间互变，必须
什么样的分子有手性呢？ 断裂分子中的两个键。
2021/3/10
讲解：XX
16
第三节 分子的对称性和手性
讲解：XX
18
(2). 对称中心(symmetric center, i ) 若分子中有一点，通过该点画任何直线，如果
在离此点等距离的两端有相同的原子，则该点称为 分子的对称中心。
i
H
H
H3C H
H CH3
H
H
具有对称中心的分子和它的镜像能重合，因此它不具有
手20性21/3，/10 不具有旋光性
讲解：XX
2021/3/10
讲解：XX
14
手性（chirality ） ：实物与镜像不重合，像左右手， 称为手性分子，具有手性。
COOH
2
C
1
OH
4
H
5
C3H3
HOOC
2
C
HO
1
4
H
H3C3
5
手性分子：分子有对映异构现象。
2021/3/10
讲解：XX
15
对映异构体（enantiomers）：一个化合物的分子与 其镜像不能相互重合，称这两个分子为对映异构体(对 映体)。 对映异构体的旋光性不同，也称旋光异构体。
3
第一节 平面偏振光及旋光性
光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂 直。
•如果让光通过一个象栅栏一样的 Nicol 棱镜 (起偏镜) 就不是所有方向的光都能通过，而只有与棱镜晶轴方 向平行的光才能通过。
•透过棱晶的光就只能在一个方向上振动，只在一个 平面振动的光，称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。
2021/3/10
讲解：XX
4
Nicol棱镜 (偏振片)
晶轴
ba c d
2021/3/10
只有一个振动平面的光
偏振光
与棱镜晶 轴平行的 振动平面
旋光度——
无旋旋光光性物质 光活性物质
讲解：XX
5
乳酸、葡萄糖、 果糖、蛋白质等
2021/3/10
讲解：XX
6
➢结论： 物质有两类：
（1）旋光性物质——能使偏振光振动面旋转的性质， 叫做旋光性物质。乳酸、葡萄糖等 （2）非旋光性物质——不具有旋光性的物质，叫做 非旋光性物质。水、乙醇、乙酸等
第三章
立体化学基础
Organic Stereochemistry
2021/3/10
讲解：XX
1
同分异构
碳链异构
位置异构 构造异构
官能团异构
立体异构
互变异构 构型异构
构象异构
顺反异构 对映异构
构造异构：分子组成相同而原子（团）相互连接方式和顺序不同
立体异构：分子中原子（团）在空间排列方式不同
2021/3/10
讲解：XX
2
学习立体化学的意义
1、生命物质多具有立体结构上的专一性；
2、药物的构效关系十分重要，如（+）-葡萄糖具 有营养价值，而（-）-葡萄糖无营养；
左旋氯霉素有抗菌作用，而右旋体几乎无效。
OH
O2N
OH NHCOCHCl2
3、不对称合成(手性催化合成药物)，2001年诺贝
尔20化21/3学/10 奖（美）诺尔斯、讲解（：X日X ）野依良治。
测定温度 旋光度（旋光仪上的读数）
[α
]t
λ
=
比选光度 波长
（钠光D)
α Lx C
溶液的浓度（g/ml） 盛液长度（分米dm）
2021/3/10
讲解：XX
8
问题？
• 为什么物质有旋光性？什么样的物质有旋光性？ • 旋光性与那分子结构有什么关系吗？
COOH
H C OH
CH3 2-hydroxypropanoic acid
•兰色为COOH •红色为OH •粉红为CH3 •浅绿为H
2021/3/10
讲解：XX
9
（-）左旋乳酸 （+）右旋乳酸
2-羟基-丙酸(乳酸)
2021/3/10
讲解：XX
10
分子
2-羟基-丙酸(乳酸) 镜像
2021/3/10
讲解：XX
11
分子
镜像
2021/3/10
讲解：XX
12
2021/3/10
讲解：XX
13
第二节 对映异构和手性
对映异构现象（旋光异构现象）
*19世纪发现了许多天然有机化合物具有旋光性， *Pasteur 1848年研究酒石酸钠铵的不对称性，进而提出 了分子结构的不对称性。
*1874年范特霍夫和勒贝尔分别提出了碳的四面体学说， 指出当有机化合物具有有C*结构时，具有对映异构体，即 物质具有旋光性
➢旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度， 以“α”表示。
顺 时 针 右 旋 ， 以 “ d ” 或 “ + ” 表 示 。 其 旋 光 方 向
逆 时 针 左 旋 ， 以 “ l ” 或 “ ” 表 示 。
2021/3/10
讲解：XX
7
注意：
旋光度“α” 受温度、光源、浓度、管长等许多因 素的影响，为了便于比较，就要使其成为一个常量， 故用比旋光度[α]来表示：
3. N 阶对称轴有无不能决定分子有无旋光性
既没有对称面，也没有对称中心的分子具有手性
2021/3/10
讲解：XX
22
练习：下列化合物有无手性？
CH3 Br
H Br
H
CH3
有对称中心 有对称中心、有对称平面
F
B
F
F
Cl Cl
H O CH3 CH3 H
CH3
Cl
C=C
H
CH2CH3
两者都有对称平面、中心
一、对称因素
1、对称面(symmetry plane,σ)： 假如有一个平面 可以把分子分割成两部分，而一部分正好是另 一部分的镜像，这个平面就是分子的对称面。
2021/3/10
讲解：XX
17
•凡具有对称面σ的分子，实物和镜象可重叠，因此， 该分子无手性，无旋光性，无对映异构现象。
2021/3/10
H Cl
H
HH
Cl
Cl
H
Cl Cl HH
具有二重对称 轴，有旋光性
H
Cl
结论： n阶对称轴有无不能决定分子有无旋光性
2021/3/10
讲解：XX
21
分子的对称性和手性小结
1. 具有对称面σ的分子，实物和镜象可重叠， 因此，该分子无手性，无旋光性，无对映异 构现象。
2. 具有对称中心的分子和它的镜像能重合，因 此它不具有手性，不具有旋光性
19
(3). 对称轴(symmetry axis ,C )：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)。
H Cl
H H
Cl
2021/3/10
H
H
Cl Cl
Cl
HH
讲解：XX
H Cl
20
对称轴与分子旋光性判定
Cl C
H
旋光性