第3章 立体化学.1

一 外消旋化 一个纯的光活性物质，如果体系中 的一半量发生构型转化，就得外消旋体， 这种由纯的光活性物质转变为外消旋体 的过程称为外消旋化。如果构型转化未 达到半量，就叫部分外消旋化。
经烯醇化发生外 消旋化。
含手性碳的化合物，若手性碳上的氢 在酸或碱的催化作用下，易发生烯醇化， 在烯醇化的过程中常会发生外消旋化。
结论：用平面式分析，化合物是内消旋体。 用构象式分析，化合物是外消旋体。 是非手性分子。
例二：（1R，2R）反-1,2-二甲基环己烷
R R
例三: （1S，2S）反-1,2-二甲基环己烷
S
S
结论：用平面式分析，(1R,2R)-1,2-二甲基环己烷或(1S,2S)-1,2-二甲基
环己烷是一种有旋光的化合物。
四. 含手性碳原子的单环化合物 ——判别单环化合物旋光性的方法
实验证明：单环化合物有否旋光性可以通过其 平面式的对称性来判别，凡是有对称中心和对称平 面的单环化合物无旋光性，反之则有旋光性。
A A
A A
A A
无旋光（对称面）
有旋光
顺式和反式互为非对映异构体
1 奇数环
A A
A A
无旋光（对称面）
有旋光
一对对映体已拆分
未拆分出光活异构体
（未分电子对起不到一 个键的作用。）
C 6H 5N
R R' R"
"R
除C外，N、S、P、As 等也能作 手性中心
2. 有手性轴的旋光异构体
（1）丙二烯型的旋光异构体
（2）联苯型的旋光异构体 （3）把手化合物
（1）丙二烯型的旋光异构体
（2）联苯型的旋光异构体
X1 X2
C原子与X1（或X3）的中心 距离和C原子与X2 （或X4） 的中心距离之和超过 290pm，那么在室温 （25oC）以下，这个化合 物就有可能拆分成旋光异 构体。
NO2 COOH
X3 X4
HOOC
NO2
NO2 COOH
HOOC NO2
NO 2 NO 2
C-NO2 与 C-NO2 384pm C-NO2 与 C-CH3 365pm
例：化学析解法—形成和分离非对映体异构体的析解法
成盐 (+) — RCOOH + (-)-RNH 2 (+)-RCOO-(-)-RNH2 (-)-RCOO-(-)-RNH
分级结晶
+
HCl (+)-RCOOH + (-)-RNH3 Cl HCl (-)-RCOOH + (-)-RNH3 Cl +
[R] + [S]
当S构型的产物大于R构型的产物时，%ee 为
%ee = [S] - [R] 100% [R] + [S]
不对称合成常采用的方法
反应物 +试剂
催化剂 溶剂
产物
*1.手性反应物
*2.手性试剂
*3.手性溶剂
*4.手性催化剂 *5.在反应物中引入手性
CH3CHO + HCN
CH3CHCN OH
（A）两个双键相连
a C b
SP
C
2
a C
SP
SP
2
b
实例：a=苯基，b=萘基，1935年拆分。
Vont Hoff（荷兰）Bel（法）
（1901年诺贝尔奖）
（B）一个双键与一个环相连（1909年拆分）
H H3C
25
COOH H
[]D = 81.4o ( 乙醇 )
（C）螺环形
H H3C
H COOH
HO C H
O OH CH3 H
+
HO C H OH-
+ OH OH CH3 -H
+
HO C H3C
OH OH
H+
D-(-)-乳酸
HO -H H+ + C HO H CH3 + OH -H+ H
+
烯醇化 HO C HO H CH3 O
L-(+)-乳酸
经形成正碳离子、负 碳离子、自由基等中 间体发生外消旋化。
2
接种结晶析解法
1g R氨基醇 5g S +5g R 氨基`醇饱和液 （80℃，100ml） 2g S 氨基 醇析出
冷却至 20℃
析出2g R 氨基醇 （余下4g R,5g S）
冷却至 加水至100ml 分去晶体，剩下母液 20℃ 80℃ 加2g消旋 体
过 滤
三 不对称合成
对称的反应（选向率为0）
反应物1+反应物2
若(R) > (S)
产物1(R)+产物2(S) 若 (R) < (S)
实测 %O.P 纯R
实测 %O.P 纯S
（2）对映体过量百分率(%ee); 简称ee值
若产物是一对对映体，当R构型的产物大于S构型
的产物时，%ee 为 %ee = [R] - [S] 100%
不对称合成
不对称 的反应
立体选向性反应 0<选向率<100%
立体专一性反应 选向率≈100%
通过反应把分子中的一个对称的结构单元转化为不 对称的结构单元，称之为不对称合成。 选向率 0 用拆分法提纯
选向率
100%
几乎只有一种产物；要用 重结晶法来提纯。
关于不对称合成的几个基本概念
（1）光学纯度百分率（%O.P）
用构象式分析， (1R,2R)-1,2-二甲基环己烷或(1S,2S)-1,2-二甲基 环己烷是无数种有旋光的构象式 组合而成的混
合物。
五 不含手性碳原子的手性分子
1.有手性中心的旋光异构体 2.有手性轴的旋光异构体 3.有手性面的旋光异构体
1.有手性中心的旋光异构体
H 3C + N C H2 C H CH 2
CH3 H NHCH3 H OH C6H5 H+ H2O
含有手性碳原子的化合物，若手性 碳很容易形成正碳离子、负碳离子、自 由基等中间体时，常会发生外消旋化。
CH3 H NHCH3 C6H5 H
H2O H+
CH3 H NHCH3 HO H C6H5
D-(-)-麻黄素 有生理活性，易结晶
L-(+)-假麻黄素
CH3
由于位阻太大引起的旋光异构体称为位
阻异构体。
（3）把手化合物
HOOC (CH2)n
n=8，可析解，光活体稳定。 n=9，可析解， 95.5oC时，半衰期为444分。
n=10，不可析解。
3. 有手性面的旋光异构体
蒄（无手性）
六螺并苯（有手性）
H3C CH3
CH3
CH2COOH
第五节 消旋、拆分和不对称合成 一 外消旋化 二外消旋体的拆分 三 不对称合成
COOH H OH CH3 HO
COOH H CH3
非手性分子
有一个手 性中心
外消旋体
CHO H3C H + C2H5 HCN
CN HO H3C H H C2H5 H H3C
CN OH H C2H5
反应物有一个 手性中心
（少）
H2O COOH HO H3C H H C2H5 H H3C
（多）
COOH OH H C2H5
（3）选择吸附拆分法： 用某种旋光性物质作为吸附剂， 使之选择性地吸附外消旋体中的一种异构体（形成两个非 对映的吸附物）。 （4）诱导结晶拆分法（晶种结晶法）：在外消旋体的过饱 和溶液中，加入一定量的一种旋光体的纯晶体作为晶种， 于是溶液中该旋光体含量多，在晶种的诱导下优先结晶析 出。 （5） 化学拆分法： 将外消旋体与旋光性物质作用，得到 非对映体的混合物，根据非对映体不同的物理性质，用一 般的分离方法将它们分离。如酸：
A
A
A
A
无旋光（对称面） 有旋光
当AB不同时，顺式和反式都有手性。
2 偶数环
A A
无旋光（对称中心）
A A
有旋光
A
A A
A
无旋光（对称面）
无旋光(对称面)
思考：当AB相同和不同时有什么区别？
取代环己烷旋光性的情况分析
例一：顺-1,2-二甲基环己烷
旋转120o
(1)
(1)的构象转换体
(2)
(1)和(2)既是构 象转换体，又 是对映体。能 量相等，所以 构象分布为 (1):(2)=1:1。
碳正离子
生理活性只有麻黄素的1/5。
二 外消旋的拆分
• 外消旋体是由一对对映体等量混合而成，对映体除旋光方向
外，其它物理性质均相同。 • 用一般的物理方法（分馏、分步结晶等）不能把一对对映体 分离开来。必须用特殊方法。 • 拆分—将外消旋体分离成旋光体的过程叫“拆分”。 拆分的方法一般有以下几种： （1）机械拆分法： 利用外消旋体中对映体的结晶形态上的差异， 借肉眼直接辨认，或通过放大镜进行辨认，而把两种结晶体挑 捡分开。(目前很少用) （2）微生物拆分法： 利用某些微生物或它们所产生的酶，对对 映体中的一种异构体有选择的分解作用。
产物有二个手性中心，非对映体。
大量的实验事实证明：
一个非手性分子在反应过程中产生一个手性 中心时，产物为外消旋体；但一个手性分子 在反应过程中产生第二个手性中心时，将会 产生二个不等量的非对映体。
本章小结
1 基本概念 立体异构、对映异构、对映异构体、手性、 对称因素、比旋光度、手性中心、不对称碳原子 2 构型的表示方法 透视式、Fischer投影式 3 对映体的命名 RS、D L 相对构型、绝对构型的判断 4 判断化合物的手性★