有機(jī)化學(xué)-陸陽主編-立體化學(xué)Chapter-2-Stereochemistry省公開課金獎全國賽課一

Stereochemistry第二章立體化學(xué)1/99Content2.1Chirality,Chiralmolecules&Enantiomer

手性、手性分子和對映體2.2FischerProjectionFormulas費(fèi)歇爾投影式

2.3OpticalActivity物質(zhì)旋光性

Learnonyourown

自學(xué)2.4Racemate外消旋體2.5Diastereomer&MesoCompound

非對映體和內(nèi)消旋體2.6D/Lsystem&R/Ssystem構(gòu)型標(biāo)識方法2/992.7EnantiomerWithoutChiralCarbon

無手性碳原子對映體Learnonyourown

自學(xué)2.8SplitofRacemate外消旋體拆分

Learnonyourown

自學(xué)2.9SourceofChiralmolecules&BiologicalEffect

手性分子起源和生物作用Learnonyourown

自學(xué)3/99立體化學(xué)從三維空間揭示分子結(jié)構(gòu)和性能。手性分子是立體化學(xué)中及其主要部分之一。4/99分子中原子間排列次序、結(jié)合方式同分異構(gòu)結(jié)構(gòu)異構(gòu)碳架異構(gòu)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)(包含互變異構(gòu))構(gòu)型異構(gòu)順反異構(gòu)旋光異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)立體異構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，原子在空間排布方式不一樣5/99Keywords:1.手性2.手性碳原子3.手性分子和非手性分子4.對映異構(gòu)（或旋光異構(gòu)）5.旋光度和比旋光度6.對映體和非對映體7.外消旋體和內(nèi)消旋體8.對映異構(gòu)體表示方法（Fischer投影式）9.構(gòu)型標(biāo)識6/99問題：什么是手性？一、手性觀察自己雙手，二者有什么聯(lián)絡(luò)和區(qū)分？2.1Chirality,Chiralmolecules&Enantiomer

手性、手性分子和對映體7/99手性結(jié)論：1.互為實(shí)物與鏡像關(guān)系；

2.相同但不能重合（合）；鏡面手套與左右手相互關(guān)系:8/99思索題：假如把手換成物質(zhì)（分子），考查實(shí)物（分子）與其鏡像（分子）之間會有怎樣關(guān)系？二、手性分子和對映體9/99以乙醇（CH3CH2OH

）為例：實(shí)物鏡像實(shí)物與其鏡像完全重合，不具手性，這種分子稱為非手性分子；實(shí)物與其鏡像是同一個物質(zhì)。

1、非手性分子10/99以乳酸（CH3CHOHCOOH）為例：

2、手性分子和對映體實(shí)物與其鏡像不能完全重合，含有手性，這種分子稱為手性分子；實(shí)物與其鏡像是兩種物質(zhì)（對映體）；這種異構(gòu)現(xiàn)象稱為對映（或旋光）異構(gòu)。演示：乳酸對映異構(gòu)11/99小結(jié)：

1.實(shí)物與其鏡像能完全重合（不具手性）；

實(shí)物與鏡像為同種分子-非手性分子。

2.實(shí)物與其鏡像不能完全重合（手征性簡稱手性）；

實(shí)物與鏡像為兩種分子-手性分子。12/99從天文學(xué)到地球科學(xué)，從化學(xué)到生物學(xué)，幾乎處處都有手性顯身影。13/99Notsuperposable14/99年8月發(fā)生于大西洋阿爾貝托颶風(fēng)，其螺旋含有手性特征。15/99在植物學(xué)中，手性也是一個主要形態(tài)特征。絕大部分攀緣植物是沿著主干往右纏繞，但也有少部分是往左纏繞，如香忍冬。左手性紫藤右手性多花紫藤16/99LouisPasteur有機(jī)分子手征性發(fā)覺

1848年，法國化學(xué)家LouisPasteur發(fā)覺酒石酸兩種不一樣存在形式：左旋酒石酸和右旋酒石酸，并把這兩種晶體分開。17/9918/991.存在對映異構(gòu)（異構(gòu)現(xiàn)象之一）；2.含有旋光性（見第三節(jié)）；

因?yàn)槭中苑肿铀a(chǎn)生不一樣異構(gòu)體其旋光性不一樣，所以對映異構(gòu)又稱為旋光異構(gòu)或光學(xué)異構(gòu)。三、手性分子特點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)19/993.生理活性不一樣**例：20/99DNA在生命產(chǎn)生、演變、進(jìn)化這么漫長過程中，自然界造就了許多分子，手性分子占去了很大百分比。組成蛋白質(zhì)氨基酸都是L型氨基酸，多糖和核酸單糖是D型糖。生物分子手性同一性資料：21/99在農(nóng)藥使用上，手性農(nóng)藥使用能夠到達(dá)降低劑量，提升藥效作用；而且降低不良和無效對映體可能造成環(huán)境污染。如除草劑Metolachlor以消旋體形式問世以來，每年以2萬多噸產(chǎn)量投放市場，1997年后以手性替換消旋體，使用量降低了40％，這相當(dāng)于每年少向環(huán)境中排放8千多噸化學(xué)物質(zhì)。

手性與環(huán)境：手性技術(shù)與手性產(chǎn)品符合綠色化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)異丙甲草胺22/99“反應(yīng)?！笔?953年由一家德國企業(yè)合成藥品—thalidomide（沙利度胺）。能夠有效地阻止女性懷孕早期嘔吐。在歐洲、南美洲被醫(yī)生大量使用，但該藥妨礙了孕婦對胎兒血液供給，造成大量“海豹畸形嬰兒”出生。23/99“反應(yīng)?！北瘎?4/99(R)-thalidomide(S)-thalidomide致畸作用是S-異構(gòu)體，而R-構(gòu)型即使大劑量使用，也不會引發(fā)致畸作用。沙利度胺兩個異構(gòu)體：25/99

資料：藥品構(gòu)效關(guān)系十分主要如:(+)-葡萄糖含有營養(yǎng)價值，而(-)-葡萄糖無營養(yǎng)；

(-)-氯霉素有抗菌作用，而(+)-幾乎無效;(-)-多巴治療帕金森癥，而(+)無效，有毒；

(+)-四咪唑抗憂郁藥，而(-)-四咪唑抗腫瘤輔助藥；氯霉素**26/99四、手性分子判定方法1、最可靠方法是考查分子本身與其鏡像關(guān)系(模型,但不現(xiàn)實(shí));非手性分子手性分子27/99①對稱面

假設(shè)：-H、-C、-Cl、-CH3、-OH均為球體順-1，2-二氯乙烯乙醇兩個對稱面2、考查分子對稱性（對稱面、對稱中心）原因

28/99乙醇對稱面CH3-CH2-OH29/99分子對稱面含有對稱面分子為非手性分子30/99②對稱中心.HHHHCH3CH3COOHCOOH==有對稱性原因分子，普通是非手性分子。31/99例乳酸有一個手性碳原子，正是這種碳原子使乳酸分子產(chǎn)生了手性，有兩種異構(gòu)體。*CH3CHCOOHOHD-(-)-乳酸（糖發(fā)酵）

L-(+)-乳酸（肌肉中）比旋光度：-3.82° +3.82°（第三節(jié)）與4個不相同原子(基團(tuán))相連接碳原子稱為手性碳原子3、多數(shù)情況,依據(jù)分子中是否存在手性碳原子（以C*表示）來判定。32/99練習(xí):指出以下化合物中手性碳原子。CH3-CHCl-CH2CH3

CH3-CH-CH-CH2CH3

OHOHHOHHHHCH3CH3H*************膽固醇33/99已知：含一個手性碳化合物如乳酸，有兩種異構(gòu)體。用CH3CHOHCOOH（平面結(jié)構(gòu)式），無法區(qū)分二者，可見對映異構(gòu)體必須用立體結(jié)構(gòu)式表示。2.2FischerProjectionFormulas費(fèi)歇爾投影式34/99透視式：注：實(shí)線連接原子（基團(tuán)）位于紙平面上；實(shí)楔線連接原子（基團(tuán)）指向紙前面；虛楔線連接原子（基團(tuán)）指向紙后面。一個手性碳35/99COOHHOHCOOHHHOCOOHHHHOOHHOOC鋸架式Newman投影式這些表示方法書寫麻煩，多手性碳時均不易使用。二個手性碳36/99

十字線表示手性碳四價，交點(diǎn)代表手性碳(位于紙平面），橫鍵向前，豎鍵向后。1、Fischer投影式以乳酸為例：37/99（1）手性碳（）位于紙面（十字線交點(diǎn)）；（2）與*C結(jié)合橫向兩原子（基團(tuán)）位于紙面前方；（3）與*C結(jié)合豎向兩原子（基團(tuán)）位于紙面后方；（4）普通將主碳鏈放在豎線上，把命名時編號最小碳放在上端。2、投影規(guī)則這么固定下來分子模型投影，得到Fischer投影式為最嚴(yán)格Fischer式，用D/L法命名時必須用這種Fischer式。38/99乳酸對映異構(gòu)體Fischer投影式CH3COOHHOHCH3COOHHOHCOOHCOOHHHCH3HOOHCH339/99

Fischer投影式看起來是一個平面結(jié)構(gòu)式，但它表示卻是含有一定空間構(gòu)型分子，所以和其它表示分子立體結(jié)構(gòu)式子不一樣，不能任意旋轉(zhuǎn)，也不能任意改變手性碳連接原子或基團(tuán)位置。另外含多個手性碳化合表示起來雖不很確切（所表示構(gòu)象全部是重合式），但依然使用。3、注意事項(xiàng)

P16介紹了相關(guān)Fischer投影式改變，但構(gòu)型保持幾個操作，如將Fischer投影式不離開紙面翻轉(zhuǎn)180°，同一手性碳上原子（基團(tuán)）交換偶數(shù)次等，待學(xué)習(xí)構(gòu)型命名后是能夠證實(shí)。40/991、Fischer投影式不能離開紙面進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。2、若要知道兩個投影式是否能重合，只能使它在紙面上旋轉(zhuǎn)180°,而不能旋轉(zhuǎn)90°或270°。比較投影式時必須恪守以下規(guī)則：41/9942/99

3、Fischer式中*C上所連原子或基團(tuán)能夠兩-兩交換偶數(shù)次。若交換奇數(shù)次，將會使構(gòu)型變?yōu)樗鼘τ丑w。43/99Problem3:以下Fischer式是否表示同一化合物？

COOH CH2OH H OH HO H CH2OH COOH

1

2 COOH OH HO H HOCH2 COOH CH2OH H

3

4旋轉(zhuǎn)180℃后可重合鏡像關(guān)系--對映體交換偶數(shù)次后與1同44/99同一個異構(gòu)體能夠用幾個不一樣方法表示其立體結(jié)構(gòu)。如：2R,3S-2,3,4-三羥基丁醛：

CHOH———OHHO———HCH2OH

CHOHCOHHOCH

CH2OHFischer投影式

透視式45/99H OHHO HCHOCH2OH鋸架式OHCCH2OHHHOOHHNewman投影式46/991.什么是旋光性？2.什么物質(zhì)含有旋光性？3.物質(zhì)旋光性是怎樣測定？4.測定旋光性有何意義？5.什么是左旋體和右旋體？6.符號(+)、(－)、d、l、、[

]D

所表示意義？7.t要處理問題：t[]D=

C×L自學(xué)2.3OpticalActivity物質(zhì)旋光性

47/99答：使平面偏振光旋轉(zhuǎn)性質(zhì)手性物質(zhì)含有旋光性旋光儀不一樣旋光性物質(zhì)，生理活性不一樣使平面偏振光偏振面向左（右）旋轉(zhuǎn)

(+)或d：右旋體；(－)或l：左旋體；：旋光度；[

]D

：比旋光度

t[]D=

C×Lt48/99例：肌肉運(yùn)動時產(chǎn)生乳酸，其[]

20D=（+）3.82°表示以鈉光D-線作為光源，溫度20℃，其比旋光度為右旋3.82度。假如溶劑不是水，還應(yīng)注明溶劑類型,有時還需注明溶液濃度。49/99練習(xí)：將膽固醇樣品260mg溶于5ml氯仿中，然后將其裝滿5厘米長旋光管，在室溫經(jīng)過偏振鈉光測得旋光度為-2.5°

,計算膽固醇比旋光度。

[]tD=（氯仿）解：50/99外消旋體：等量對映體混合物。用(±)或(dl)表示。

例：2.4Racemate外消旋體51/99資料：對映體、外消旋體物理性質(zhì)比較名稱(+)-乳酸(

)-乳酸(

)-乳酸

mp（℃）：

262618[]20D：+3.82-3.82

0pKa（25℃）：3.763.763.76無旋光性？結(jié)論：對映體之間物理性質(zhì)除旋光方向相反外，其余均相同；外消旋體除無旋光性外，其它物理性質(zhì)與單一對映體不一樣。對映體化學(xué)性質(zhì)比較

與非手性試劑反應(yīng)時化學(xué)性質(zhì)相同，反應(yīng)速度也相同；若與手性試劑反應(yīng)，化學(xué)性質(zhì)相同，但反應(yīng)速度有差異。52/99一、非對映異構(gòu)體（以2-羥基-3-氯丁二酸為例）

問題：1.指出該化合物中手性碳原子。

2.兩手性碳所連接原子(基團(tuán))分別是？**

4321結(jié)構(gòu)式：2.5Diastereomer&MesoCompound

非對映體和內(nèi)消旋體53/99[a]D:+7.1°-7.1°+9.3°-9.3°非對映異構(gòu)體(非對映體)彼此不呈鏡像關(guān)系立體異構(gòu)體對映體對映體有四個異構(gòu)體：由此可見這種異構(gòu)現(xiàn)象稱為旋光異構(gòu)更為恰當(dāng)！2054/99結(jié)論：1.含有不相同手性碳原子化合物其旋光異構(gòu)體數(shù)目為2n個(n為不相同手性碳原子數(shù)目)。例：有24=16個異構(gòu)體（16章）2.非對映體不是實(shí)物與鏡像關(guān)系，相互間旋光性不一樣,物理性質(zhì)不一樣?；瘜W(xué)性質(zhì)相同，但反應(yīng)速度存在差異。尤其是酶催化反應(yīng)，差異更大。55/99資料：[a]D:-12°

0°旋光性不一樣（包含旋光方向、比旋光度）mp:170℃ 140℃溶解度:139（g.100ml-1水）125（g.100ml-1水）

非對映體之間可采取分步結(jié)晶、分餾等伎倆進(jìn)行分離。

56/99手性分子立體結(jié)構(gòu)與受體立體結(jié)構(gòu)(受體靶位)有互補(bǔ)關(guān)系時，其活性部位才能進(jìn)入受體靶位，產(chǎn)生應(yīng)有生理作用。而一對對映體只有其中一個適合進(jìn)入一個特定受體靶位，產(chǎn)生生理效應(yīng)。對映體和非對映體生物學(xué)性質(zhì)往往大不相同。

3、生物學(xué)性質(zhì)57/99

問題：1.指出該化合物中手性碳原子。

2.

兩手性碳所連接原子、基團(tuán)分別是？**

4321二、內(nèi)消旋化合物（以2，3-二羥基丁二酸為例）58/99相同化合物對映體對映體？[a]D:+12°-12°0°

含有相同手性碳原子化合物其旋光異構(gòu)體數(shù)目<2n內(nèi)消旋化合物或內(nèi)消旋體（m）

假如一個分子有兩個或兩個以上手性中心，并有一個內(nèi)在對稱面，這個分子就叫做內(nèi)消旋體。59/99問題：1.外消旋體與內(nèi)消旋體有何區(qū)分？2.外消旋體與內(nèi)消旋體都無旋光性，其本質(zhì)是否相同？

內(nèi)消旋體是非手性分子；而外消旋體是由含有手性兩個對映異構(gòu)體等量混合而得混合物。二者都無旋光性,但有本質(zhì)不一樣。分子內(nèi)有一個對稱面，對稱面上半部是下半部鏡像，分子上下兩部分對偏振光影響相互抵消，整個分子無旋光性。60/99和一樣，不一樣分子，其構(gòu)型不一樣。所以和順反異構(gòu)體命名一樣，命名有立體特征化合物時，應(yīng)標(biāo)出分子中各個原子（或基團(tuán)）特有固定空間排列方式。2.6D/Lsystem&R/Ssystem構(gòu)型標(biāo)識方法61/99構(gòu)型

是指一個立體分子中原子或基團(tuán)在空間排布方式。

對映體構(gòu)型

是指手性碳所連4個原子或基團(tuán)在空間不一樣排布方式。62/99一、D/L構(gòu)型標(biāo)識法以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，人為要求手性碳連-OH投影在右邊，D型；在左邊，L型。CH2OHCHOHCHO**CH2OHCHOHOH*CH2OHCHOHOHD-甘油醛L-甘油醛63/99注意：這種構(gòu)型命名法是依據(jù)嚴(yán)格Fischer投影式中C*上取代基處于位置而確定其構(gòu)型。慣用于糖類、脂類、氨基酸命名。例：D-葡萄糖L-油脂L-氨基酸例：64/99和順反命名法一樣，D/L構(gòu)型標(biāo)識法也存在著不足。新構(gòu)型標(biāo)識法提出例：構(gòu)型無法確定65/99二、R/S構(gòu)型標(biāo)識法

1970年，國際上依據(jù)IUPAC提議采取了R/S構(gòu)型系統(tǒng)命名法，這種命名法適應(yīng)性更廣。直接依據(jù)化合物實(shí)際構(gòu)型或投影式命名，不需要與其它化合物聯(lián)絡(luò)比較。66/99①由次序規(guī)則確定（a.b.c.d）“大小”次序假設(shè)a＞b＞c＞d;②最小d在豎線上，由a

b

c（在紙平面上）順時針，R構(gòu)型；逆時針為S構(gòu)型。關(guān)鍵以為例，其中a、b、c、d分別代表四種不一樣原子或基團(tuán)由Ficher投影式確定R/S構(gòu)型67/99③最小d在橫線上，由a

b

c（在紙平面上）順時針為

S構(gòu)型；逆時針為

R構(gòu)型。68/99

COOH COOH

H OH HO H CH3 CH3

CH2Cl HHOCH2 Cl HOCH2 Cl

H

CH2ClR-(-)-乳酸S-(+)-乳酸S-2,3-二氯丙醇練習(xí)：用R/S法命名以下化合物構(gòu)型。R-2,3-二氯丙醇中大小中大小69/99CO2H ClHHOHCO2H32練習(xí)：命名以下化合物假如不考慮構(gòu)型其名稱為：2S,3R-擴(kuò)展：R/S命名法應(yīng)用于多個手性碳原子化合物注意：1.主鏈編號應(yīng)符合系統(tǒng)命名法命名標(biāo)準(zhǔn)；2-羥基-3-氯丁二酸2.再命名各手性碳構(gòu)型；CO2H ClHOHHCO2H或2370/99P222-3命名以下化合物。(1)(2)14、532232S，3R-1,3-二氯-2-甲基戊烷3-溴-1-戊烯R-71/99問題：D/L和R/S構(gòu)型命名法有沒有聯(lián)絡(luò)？沒有。就像順反異構(gòu)體構(gòu)型命名一樣，有能夠用順/反，而Z/E命名法能夠命名任何順反異構(gòu)體。手性分子構(gòu)型命名有能夠用D/L，而R/S

命名法適合用于任何旋光異構(gòu)體。72/99第七節(jié)~第九節(jié)自學(xué)1.含1個手性碳原子分子必定是手性分子。2.含多個不一樣手性碳原子分子必定是~。3.含有相同手性碳原子分子不一定是~。4.不含手性碳原子分子也可能是手性分子（第七節(jié)）。5.反應(yīng)部位位于手性碳原子，產(chǎn)物是外消旋體（第八節(jié)）。6.手性分子起源及意義（第九節(jié)）。要處理問題：73/99作業(yè)：P262-42-82-92-122-13

預(yù)習(xí)：第六章鹵代烴消除反應(yīng)歷程-自學(xué)74/99參考資料75/991、基本概念手性碳原子、手性分子、對映異構(gòu)現(xiàn)象、對映體、非對映體、內(nèi)消旋體、外消旋體、旋光性、旋光性化合物、左旋體、右旋體、旋光度、比旋光度4、對映異構(gòu)體表示方法5、旋光異構(gòu)體構(gòu)型標(biāo)識法

【復(fù)習(xí)與討論】3、內(nèi)消旋體與外消旋體有什么不一樣2、手性分子與手性碳原子關(guān)系

76/99【知識鞏固】1、指出以下各組由大到小次序①-H、-CH2CH3、-Br、-CH2CH2OH②-COOH、-CH2OH、-OH、-CHO④③①②②④①③77/99B78/99非對映注意：最可靠方法是命名；2R,3S-2-氯-3-溴丁烷2R,3R-2-氯-3-溴丁烷79/994、將構(gòu)象用Ficher投影式表示

關(guān)鍵：依據(jù)Ficher投影式投影規(guī)則，

1、將該式變成重合式；

2、碳鏈展開，手性碳上原子（基團(tuán)）左、右不變；80/995、關(guān)于旋光異構(gòu)現(xiàn)象以下概念了解正確是（）AA、手性分子一定含有旋光性，有旋光性分子一定是手性分子B、內(nèi)消旋體和外消旋體旋光度都等于零，因而實(shí)質(zhì)是一樣C、手性分子一定含手性碳原子，含手性碳原子分子一定是手性分子D、D-型一定是R-型、（＋），L-型一定是

S-型、（－）。81/996、含有對映異構(gòu)化合物是（）7、含有對映異構(gòu)烷烴分子中最少含碳原子數(shù)（）A、6個B、7個C、8個D、9個BA82/998、以下化合物中，現(xiàn)有順反異構(gòu)，又有對映異構(gòu)是（）BA9、以下各組化合物，屬于同一構(gòu)型是（）83/9910、以下化合物中，沒有旋光性是（）Ｄ84/99①②11、證實(shí)：構(gòu)型保持結(jié)論：①不離開紙平面旋轉(zhuǎn)180°；②同一手性碳上原子（基團(tuán)）交換偶數(shù)次；R-乳酸85/99*假如不熟悉這些規(guī)則，不要輕易變動Fischer投影式中原子（基團(tuán)）位置，以預(yù)防改變其分子原構(gòu)型。S-乳酸①離開紙平面旋轉(zhuǎn)180°；②同一手性碳上原子（基團(tuán)）交換奇數(shù)次；構(gòu)型改變

③在紙平面上旋轉(zhuǎn)90°或其奇數(shù)倍；R-乳酸S-乳酸證實(shí)：86/9912、以下說法正確是①含有手性碳原子化合物，一定含有旋光性。②手性分子一定含有旋光性。③含有一個手性碳原子分子，一定是手性分子。④含有n個手性碳物質(zhì)，其旋光異構(gòu)體數(shù)目為2n個。⑤

D-甘油醛就是R-甘油醛，L-丙氨酸就是S-丙氨酸。⑥

D-型一定是右旋體，L-型一定是左旋體。⑦手性分子中不一定含有手性碳原子，含手性碳原子分子也不一定是手性分子。

87/99復(fù)習(xí)：1.什么是同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體？2.分子結(jié)構(gòu)包含哪些內(nèi)容？分子式相同，但結(jié)構(gòu)不一樣現(xiàn)象~；含有同分異構(gòu)現(xiàn)象化合物互稱為~。組成份子元素種類、各種原子個數(shù)（分子式）；各原子之間連接次序、連接方式（結(jié)構(gòu)）；各原子在空間排列形式（構(gòu)象、構(gòu)型）。88/993.已經(jīng)碰到過同分異構(gòu)現(xiàn)象有哪些？順反異構(gòu)與89/99學(xué)習(xí)立體化學(xué)意義生命物質(zhì)多含有立體結(jié)構(gòu)上專一性；2.不對稱合成（手性催化合成藥品），年諾貝爾化學(xué)獎（美）諾爾斯、（日）野依良治。