第三章立體化學(xué)原理3

第三章立體化學(xué)原理1234對(duì)映異構(gòu)體與對(duì)稱性手性化合物的分類5外消旋體拆分不對(duì)稱合成反應(yīng)過程中的立體化學(xué)構(gòu)型異構(gòu)體構(gòu)象異構(gòu)體構(gòu)造異構(gòu)體(平面異構(gòu)體)

同分異構(gòu)體碳鏈異構(gòu)體官能團(tuán)位置異構(gòu)體官能團(tuán)異構(gòu)體互變異構(gòu)體順反異構(gòu)體對(duì)映異構(gòu)體(旋光異構(gòu)體)立體異構(gòu)體σ-單鍵的旋轉(zhuǎn)構(gòu)造異構(gòu)體：官能團(tuán)異構(gòu)官能團(tuán)位置異構(gòu)互變異構(gòu)碳鏈異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)：HHHHHHHHHHHHHHH順反異構(gòu)：自然界旋光異構(gòu)/對(duì)映異構(gòu)(S)-thalidomide(R)-thalidomide反應(yīng)停：五十年恩怨手性藥物對(duì)映異構(gòu)基本概念：手性：物體和它的鏡象不能重疊。旋光性：手性分子的一種性質(zhì)。旋光度與測量條件有關(guān)，包含溫度、溶劑和射入樣品中的入射光的波長。旋光性的分子一定是手性的，反之亦然。但在一些測量條件下，有些手征分子的旋光性可能非常小，以至無法與零相區(qū)別。在這種情況下，可以在另一個(gè)波長上測定，得出較大的旋光度。1、手性

左手右手左手右手左右手不能完全重疊左手與其鏡像不重疊手性：實(shí)物與其鏡像不能重疊的特點(diǎn)。左手的鏡像一、對(duì)映異構(gòu)體與分子對(duì)稱性生活中具有手性的例子手性分子：兩個(gè)分子互為實(shí)物與鏡像關(guān)系，且不能完全重疊。對(duì)映異構(gòu)體/旋光異構(gòu)體若實(shí)物與鏡像能重合，則實(shí)物與鏡像所代表的化合物為同一物質(zhì)。

不具有手性2、手性與分子對(duì)稱性(1)對(duì)稱面:一個(gè)平面能把分子分割成兩部分,一部分正好是另一部分的鏡像。

CH3ClHClC·對(duì)稱面有對(duì)稱面的分子能和它的鏡像重合,沒有手性。(2)對(duì)稱中心:從分子中任何一個(gè)原子或基團(tuán)向中心引一條直線,再延長到對(duì)面等距的地方,總有一個(gè)相同的原子或基團(tuán)。對(duì)稱中心翻轉(zhuǎn)180度有對(duì)稱中心的分子能和它的鏡像重合,沒有手性。對(duì)稱軸繞對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)180°之后（3）對(duì)稱軸(旋轉(zhuǎn)軸)：分子中有一條直線，當(dāng)分子以此直線為軸旋轉(zhuǎn)360/n后，得到的分子與原來的分子相同，這條直線稱n重對(duì)稱軸。對(duì)稱軸C3C4C5C6非手性分子對(duì)稱軸并不能作為分子是否具有手性的判據(jù)重合S4垂直于對(duì)稱軸的鏡面（4）交替對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)90oC對(duì)稱因素與手性的關(guān)系:

有對(duì)稱面、對(duì)稱中心或交替對(duì)稱軸的分子是非手性分子;

既無對(duì)稱中心，無對(duì)稱面，又無交替對(duì)稱軸的分子大都是手性分子。

對(duì)稱軸并不能作為分子是否具有手性判據(jù)。對(duì)于有機(jī)化合物一般為鏈狀結(jié)構(gòu)判斷是否為手性分子的依據(jù)為：一般判斷有無對(duì)稱面。B.一氯甲烷有類似的三個(gè)對(duì)稱面（只畫了其中一個(gè)）；A.甲烷分子有六個(gè)對(duì)稱面（只畫了其中一個(gè)）；C.二氯甲烷只有兩個(gè)對(duì)稱面；D.氯溴取代甲烷只有唯一的一個(gè)對(duì)稱面；E.氟氯溴取代甲烷沒有對(duì)稱面。手性碳手性中心[α]25D=-0.56旋光活性碳手性中心除了碳手性中心外，還有硫、磷、氮手性中心。具有三個(gè)不同取代基的胺原則上是能夠有旋光性的,因?yàn)樗鼈兪鞘中缘?，但是角錐體翻轉(zhuǎn)所需要的活化能太小，以致不能將對(duì)映異構(gòu)體分離。當(dāng)它變?yōu)榧句@鹽時(shí)，就不能翻轉(zhuǎn)而變成手性的。雜原子手性中心1、含有一個(gè)手性中心的分子

[α]5D=+52°

[α]5D=-52°

(±)-乳酸在非手性條件下反應(yīng)產(chǎn)物－外消旋體二、旋光化合物的分類2、含兩個(gè)（或多個(gè)）手性中心的分子當(dāng)分子中有兩個(gè)手性中心時(shí)，每個(gè)中心都有自己的構(gòu)型，并可用R,S進(jìn)行分類。含有n個(gè)不同手性碳的化合物，可能有2n個(gè)旋光異構(gòu)體。AB型A-BA-BA-BA-B

RRRSSRSSAA型A-AA-AA-A

RRRSSS(2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)赤（蘚〕型：相同原子或基團(tuán)碳鏈同側(cè)蘇（阿〕型:相同原子或基團(tuán)碳鏈異側(cè)D-赤蘚糖L-赤蘚糖L-蘇阿糖D-蘇阿糖例如：AB型（2個(gè)不同的手性碳，四個(gè)異構(gòu)體)對(duì)映異構(gòu)體(V)、(VI)為內(nèi)消旋體的兩種表示方法例如：AA型（2個(gè)相同的手性碳，三個(gè)異構(gòu)體)非對(duì)映異構(gòu)體3、環(huán)狀化合物的對(duì)映異構(gòu)體反式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)順式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體內(nèi)消旋體mp:130°反式(+)異構(gòu)體mp:175°反式(-)異構(gòu)體mp:175°對(duì)映體內(nèi)消旋體反式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)4、不含手性中心的手性分子分子中沒有手性中心處于垂直平面手性軸累積二烯烴CH2=C=CH2

不穩(wěn)定，性質(zhì)活潑spsp2丙二烯聯(lián)芳類化合物手性分子不一定含有手性碳原子若有一個(gè)苯環(huán)上的兩個(gè)取代基相同時(shí)，則分子有對(duì)稱面，沒有對(duì)映異構(gòu)。

聯(lián)苯和聯(lián)萘末端兩苯環(huán)不共平面面手型因環(huán)的擁擠，環(huán)不能共平面

如何判斷一個(gè)化合物是否是手性分子？

分子中只有1個(gè)*C 一定是手性分子，存在對(duì)映體，有旋光性;

分子中含有2個(gè)*C或2個(gè)以上

整個(gè)分子的手性須考慮整個(gè)化合物是否存在對(duì)稱因素;

有些不含手性碳原子的化合物，由于分子結(jié)構(gòu)中不存在對(duì)稱因素，也屬于手性分子。

(環(huán)狀化合物，軸手性、面手性化合物)①物理性質(zhì):除比旋光度值相同,方向相反外，其它相同。②化學(xué)性質(zhì)：非手性條件下相同；手性條件下不相同。③對(duì)映異構(gòu)體的生理活性不同。三、對(duì)映、非對(duì)映異構(gòu)體的理化性質(zhì)比較對(duì)映異構(gòu)體：底物受體靶位結(jié)構(gòu)互補(bǔ)關(guān)系酶生物體中的手性環(huán)境相同非對(duì)映體之間性質(zhì)有明顯差別酒石酸立體異構(gòu)體性質(zhì)比較對(duì)映異構(gòu)體和非對(duì)映異構(gòu)體的性質(zhì)特點(diǎn)：四、對(duì)映異構(gòu)體構(gòu)型的命名（1）D、L命名法以甘油醛為例：注意：右旋體不一定是D型，左旋體不一定是L型。用化學(xué)方法將某些旋光性化合物的構(gòu)型與甘油醛聯(lián)系而確定。(2)R/S法是1970年采用的系統(tǒng)命名法將與手性碳相連的四個(gè)基團(tuán)按次序規(guī)則排列：R型S型按照次序規(guī)則中次序最小的基團(tuán)(d)放在觀察者最遠(yuǎn)處,其它3個(gè)基團(tuán)a、b、c指向觀察者。a＞b＞c＞d順時(shí)針,R;逆時(shí)針,S!Fischer投影式確定構(gòu)型：規(guī)則:當(dāng)按次序規(guī)則最小基團(tuán)d位于豎鍵時(shí),a>b>c為順時(shí)針者,其構(gòu)型為R

型;a>b>c為逆時(shí)針者,其構(gòu)型為S型。RRBrCH3SSHOH與手性碳相連的四個(gè)基團(tuán)次序:a＞b＞c＞d當(dāng)最小基團(tuán)處在橫線的位置時(shí),a,b,c為順時(shí)針時(shí),為S構(gòu)型;當(dāng)a,b,c為逆時(shí)針時(shí),為R構(gòu)型。

RSRSOHCHOHCH2OHHCHOHOCH2OH

旋光性化合物的完整系統(tǒng)命名

——

構(gòu)型、旋光方向、名稱如果不知道旋光方向，則只需指出構(gòu)型(R)-(+)-2,3-二羥基丙醛(S)-(-)-2,3-二羥基丙醛(R)-2,3-二羥基丙醛(S)-2,3-二羥基丙醛五、潛手性分子

一個(gè)對(duì)稱性非手性分子，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，失去其對(duì)稱性而成為一個(gè)非對(duì)稱的手性分子，該對(duì)稱分子稱為“潛手性分子”。發(fā)生反應(yīng)的碳原子稱為“潛手性碳原子”。例如：關(guān)于局部面兩側(cè)的立體化學(xué)描述：潛手性面Re

和Si。如果三個(gè)配體a,b,c的優(yōu)先性定為a>b>c,則向著觀察者的以順時(shí)針取向的面稱為Re面；

逆時(shí)針取向的面稱為Si面。以苯乙酮的還原為例，前方的面為Si－潛手性面，后方的面為Re－潛手性面。（±）將外消旋體拆分成左旋體和右旋體的過程，稱為外消旋體的拆分。六、外消旋體的拆分（+）（-）1、結(jié)晶機(jī)械分離法

1848年P(guān)asteur在研究酒石酸鈉銨晶體的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)酒石酸鈉銨有兩種不同的晶體，這兩種晶體互為鏡像。

2、誘導(dǎo)晶種分離法

在外消旋體的過飽和溶液中加入一定量的右旋體或左旋體的晶體，則與晶種相同的異構(gòu)體便優(yōu)先析出。工業(yè)上生產(chǎn)氯霉素時(shí)，就是用此種方法拆分中間體的。3、化學(xué)分離法將外消旋體與旋光性物質(zhì)反應(yīng),使生成非對(duì)映體,利用非對(duì)映體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等的不同進(jìn)行分離。常用試劑：手性生物堿(-)-馬錢子堿、(-)-奎寧、(-)-番木鱉堿、(+)-辛可寧；手性酸酒石酸、樟腦磺酸等。

2-苯基-3-甲基丁酸的拆分為例常用酶（立體專一性）作催化劑進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分。外消旋體在手性催化劑作用下反應(yīng)，兩個(gè)對(duì)映體起反應(yīng)的速率是不同的。在反應(yīng)完成，反應(yīng)快的對(duì)映體富集在產(chǎn)物中，反應(yīng)慢的對(duì)映體富集在原料中。

(R,S)(R)4、生物分離法5、色譜法

在色譜柱中選擇光活性物質(zhì)作色譜柱的吸附劑，可將對(duì)映體分開。（吸附親和力不同）色譜儀

手性填料：將纖維素醚負(fù)載在硅膠上。儀器拆分（GC,HPLC…）HPLC用手性柱GC用手性柱氨基酸的分離鑒定——紙層析法溶劑前沿層析點(diǎn)原點(diǎn)溶劑前沿亮苯丙纈脯賴1、動(dòng)態(tài)立體化學(xué)

分子的立體結(jié)構(gòu)影響分子的化學(xué)性質(zhì)，按照特定立體途徑進(jìn)行的化學(xué)過程，叫動(dòng)態(tài)立體化學(xué)。

化學(xué)鍵的斷裂、生成，進(jìn)攻試劑的方向和離去基團(tuán)的取向都是立體化學(xué)的問題，能夠闡明化學(xué)反應(yīng)的歷程、反應(yīng)速度和外界條件的影響。立體化學(xué)反應(yīng)立體選擇反應(yīng)立體專一反應(yīng)七、反應(yīng)過程中的立體化學(xué)在特定反應(yīng)中，單一一種反應(yīng)物能夠形成兩種或更多種立體異構(gòu)產(chǎn)物，但觀察到的是其中一種異構(gòu)產(chǎn)物占優(yōu)勢。LiAlH490%10%LiAlH(OCH3)312%88%2、立體選擇性反應(yīng)立體選擇性的衡量標(biāo)準(zhǔn)若產(chǎn)物彼此為對(duì)映體,則其中某一對(duì)映體過量的百分率(percentenantiomericexcess,簡寫為%e.e)作為衡量該不對(duì)稱合成反應(yīng)效率高低的標(biāo)準(zhǔn),表示方法如下:

式中[R]和[S]分別為主要對(duì)映體產(chǎn)物的量和次要對(duì)映體產(chǎn)物的量。如兩個(gè)對(duì)映體產(chǎn)物的比是95:5，則%e.e=90%)

通常情況下,可假定比旋光度與對(duì)映體組成具有線性關(guān)系，因而在實(shí)驗(yàn)測量誤差略而不計(jì)時(shí)，%e.e等于光學(xué)純度百分率(percentopticalpurity,簡寫為%O.P)若產(chǎn)物為非對(duì)映異構(gòu)體時(shí),不對(duì)稱合成反應(yīng)效率用非對(duì)映過量百分率(percentdiastereomericexcess，簡寫為%d.e)來表示。

式中[A]和[B]分別為主要非對(duì)映體產(chǎn)物的量和次要非對(duì)映體產(chǎn)物的量。

在相同的反應(yīng)條件下，由立體異構(gòu)的起始物得出立體異構(gòu)的不同產(chǎn)物。3、立體專一反應(yīng)Diels-AlderReaction消除反應(yīng)環(huán)氧化反應(yīng)取代反應(yīng)立體選擇性反應(yīng)八、不對(duì)稱合成非手性化合物在非手性條件下為什么總得外消旋體？

一個(gè)分子在對(duì)稱環(huán)境下反應(yīng),不可能有選擇性。(左旋體與右旋體過渡態(tài)能量相同,反應(yīng)活化能相同,反應(yīng)速率相同)。

1、由手性化合物進(jìn)行不對(duì)稱合成[構(gòu)象分析]中間體自由基構(gòu)象能

結(jié)果：產(chǎn)物為不等量的非對(duì)映體，且內(nèi)消旋占優(yōu)勢。2、非手性分子通過引入手性基團(tuán)進(jìn)行不對(duì)稱合成一個(gè)分子的構(gòu)象決定了某一試劑接近分子的方向。S-3、手性試劑與非手性反應(yīng)物的手性合成手性的負(fù)氫轉(zhuǎn)移試劑對(duì)酮羰基的還原反應(yīng)和手性試劑對(duì)烯烴雙鍵的加成反應(yīng)兩種類型優(yōu)勢產(chǎn)物

優(yōu)勢產(chǎn)物

S-（+）-6-甲基-2-庚醇二（3-蒎基）硼烷，一種常用的手性硼試劑

4、非手性分子通過引入手性催化劑進(jìn)行不對(duì)稱合成手性配體：(R)-BINAP烯烴加氫還原Mn(Ⅱ)-Salen-Complex環(huán)氧化反應(yīng)5、選擇性生物催化不對(duì)稱合成條件溫和、高效、立體專一97%3%九、構(gòu)像分析優(yōu)勢構(gòu)象：優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象OH構(gòu)像效應(yīng)：環(huán)外反應(yīng):對(duì)反應(yīng)速度起決定性作用的是空間效應(yīng)，一般情況下a-鍵上的官能團(tuán)比e-鍵上相同的官能團(tuán)的反應(yīng)