《有機(jī)對(duì)映異構(gòu)》課件

有機(jī)對(duì)映異構(gòu)有機(jī)對(duì)映異構(gòu)是指兩個(gè)分子具有相同的化學(xué)式和原子連接方式，但它們的空間結(jié)構(gòu)是彼此的鏡像，無法通過旋轉(zhuǎn)或平移重合。對(duì)映異構(gòu)的定義11.結(jié)構(gòu)相似性對(duì)映異構(gòu)體是彼此互為鏡像的立體異構(gòu)體，它們具有相同的分子式和連接方式。22.空間排列不同由于對(duì)映異構(gòu)體的空間排列不同，導(dǎo)致它們?cè)谀承┪锢砗突瘜W(xué)性質(zhì)上存在差異。33.可重疊性對(duì)映異構(gòu)體無法通過旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)使它們完全重疊，如同我們的左手和右手。44.手性中心對(duì)映異構(gòu)體的產(chǎn)生通常是因?yàn)榉肿又写嬖谝粋€(gè)或多個(gè)手性中心，即與四個(gè)不同的原子或基團(tuán)相連的碳原子。2.對(duì)映異構(gòu)的產(chǎn)生原因碳原子的不對(duì)稱性當(dāng)一個(gè)碳原子連接四個(gè)不同的原子或基團(tuán)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生手性中心，從而導(dǎo)致對(duì)映異構(gòu)體的形成。手性中心的排列方式由于手性中心連接的四個(gè)基團(tuán)的空間排列方式不同，導(dǎo)致產(chǎn)生了兩種互為鏡像的對(duì)映異構(gòu)體。非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體是指不互為鏡像的手性異構(gòu)體，它們具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)。3.對(duì)映異構(gòu)體的分類外消旋體外消旋體是指由一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體等量混合而成的混合物。它們?cè)谖锢硇再|(zhì)上相同，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度等。但它們的旋光性互相抵消，總旋光度為零。非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體是指不是對(duì)映異構(gòu)體的立體異構(gòu)體，它們不是互為鏡像關(guān)系。非對(duì)映異構(gòu)體具有不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。4.手性分子的表示方法1R/S命名法根據(jù)Cahn-Ingold-Prelog優(yōu)先規(guī)則確定四個(gè)取代基的優(yōu)先順序，并將最小的取代基指向后方，觀察其余三個(gè)取代基的排列順序，如果順時(shí)針，則為R構(gòu)型，逆時(shí)針為S構(gòu)型。2D/L命名法適用于糖類和氨基酸等化合物，根據(jù)手性碳原子上的羥基或氨基基團(tuán)的空間位置，分別用D或L表示。3其他表示方法包括Fischer投影式、Newman投影式、Haworth投影式等，不同的投影式可以方便地描述手性分子的三維結(jié)構(gòu)。手性分子在自然界中的存在手性分子廣泛存在于自然界中，例如氨基酸、糖類、核酸等生物大分子。自然界中的手性分子主要以單一對(duì)映異構(gòu)體形式存在，這對(duì)生物體正常生命活動(dòng)至關(guān)重要。例如，糖類中的D型葡萄糖是生命體重要的能量來源，而其對(duì)映異構(gòu)體L型葡萄糖則不能被生物體利用。手性分子在生命活動(dòng)中的重要作用遺傳信息的傳遞DNA是生命遺傳信息的載體，其雙螺旋結(jié)構(gòu)是由手性分子構(gòu)成的。蛋白質(zhì)的折疊和功能蛋白質(zhì)是由氨基酸構(gòu)成的，氨基酸是手性分子，其立體構(gòu)型決定了蛋白質(zhì)的折疊和功能。酶催化反應(yīng)的專一性酶是生物催化劑，其活性位點(diǎn)通常是手性分子，只有特定構(gòu)型的底物才能與之結(jié)合并被催化。生物體內(nèi)對(duì)映異構(gòu)體的差異酶酶是生物催化劑，具有高度的特異性，通常只識(shí)別并催化一種對(duì)映異構(gòu)體。受體受體是生物體內(nèi)專門用來識(shí)別和結(jié)合特定分子結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，不同的對(duì)映異構(gòu)體與受體的結(jié)合能力不同。DNADNA中的堿基對(duì)以特定的方式排列，不同的對(duì)映異構(gòu)體可能無法與DNA結(jié)合。藥物對(duì)映異構(gòu)體的不同效果不同療效藥物對(duì)映異構(gòu)體可能具有不同的藥理活性，一種對(duì)映異構(gòu)體可能具有治療效果，而另一種可能無效或有毒。例如，治療帕金森病的藥物左旋多巴，其左旋體有效，而右旋體無效。不同代謝和排泄藥物對(duì)映異構(gòu)體可能在體內(nèi)被代謝和排泄的方式不同，導(dǎo)致藥效和毒性差異。例如，消旋體抗抑郁藥西酞普蘭，其左旋體代謝速度快，半衰期短，而右旋體代謝速度慢，半衰期長。藥品研發(fā)中對(duì)映異構(gòu)的研究意義11.提高藥物療效對(duì)映異構(gòu)體可能具有不同的藥理活性，選擇性地使用對(duì)映體可提高療效，降低副作用。22.減少藥物毒性有些對(duì)映異構(gòu)體可能具有毒性，而另一些則沒有，分離和使用純對(duì)映異構(gòu)體可以降低藥物毒性。33.改善藥物代謝不同的對(duì)映異構(gòu)體在體內(nèi)代謝途徑可能不同，分離和使用特定對(duì)映異構(gòu)體可以提高藥物吸收和利用率。44.促進(jìn)藥物創(chuàng)新對(duì)映異構(gòu)體的研究推動(dòng)了手性藥物的開發(fā)，為治療疾病提供了新的策略和可能性。分離手性化合物的常見方法1結(jié)晶法利用對(duì)映異構(gòu)體在溶劑中的溶解度差異進(jìn)行分離2手性色譜法使用手性固定相分離對(duì)映異構(gòu)體3手性衍生化法將對(duì)映異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為可分離的衍生物4酶催化分離法利用酶的選擇性催化作用分離對(duì)映異構(gòu)體結(jié)晶法是最傳統(tǒng)的方法，但效率較低。手性色譜法是目前最常用的方法，具有高效、快速、分離度高的優(yōu)點(diǎn)。手性衍生化法可以將難以分離的對(duì)映異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為可分離的衍生物。酶催化分離法具有高度選擇性，但酶的穩(wěn)定性和成本是需要考慮的因素。層析分離技術(shù)的應(yīng)用高效液相色譜法分離不同手性異構(gòu)體，應(yīng)用于藥物、食品和化工等領(lǐng)域。氣相色譜法適用于分離易揮發(fā)性化合物，用于分析手性藥物和農(nóng)藥。手性柱層析利用手性固定相分離對(duì)映異構(gòu)體，具有高效性和選擇性。酶催化反應(yīng)在手性合成中的應(yīng)用酶的高選擇性酶催化反應(yīng)具有高度的立體選擇性，可以有效地控制手性產(chǎn)物的生成。溫和的反應(yīng)條件酶催化反應(yīng)通常在溫和的條件下進(jìn)行，避免了高溫、高壓等苛刻條件。環(huán)境友好酶催化反應(yīng)是綠色化學(xué)的重要組成部分，能夠減少環(huán)境污染。化學(xué)合成手性化合物的策略手性池手性池是指包含大量手性中心或手性輔助基團(tuán)的反應(yīng)體系，通過手性池的定向誘導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)手性化合物的選擇性合成。不對(duì)稱催化不對(duì)稱催化劑可以有效地催化反應(yīng)，從而獲得高光學(xué)純度的手性化合物。選擇合適的催化劑，并優(yōu)化反應(yīng)條件，可以顯著提高對(duì)映體選擇性。手性試劑手性試劑包含手性中心或手性輔助基團(tuán)，能夠與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，從而生成具有特定手性構(gòu)型的產(chǎn)物。手性拆分將外消旋體混合物分離成純對(duì)映異構(gòu)體。常用的方法包括手性色譜分離、酶催化拆分和結(jié)晶拆分等。14.不對(duì)稱合成的概念和實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱合成利用手性試劑或手性催化劑，以高選擇性地合成特定構(gòu)型的手性化合物的合成方法。實(shí)現(xiàn)方式常用的方法包括手性催化劑催化反應(yīng)、手性試劑參與反應(yīng)、手性輔助基團(tuán)方法等。關(guān)鍵技術(shù)尋找高效的手性催化劑或試劑，以及優(yōu)化反應(yīng)條件以提高反應(yīng)的立體選擇性。不對(duì)稱反應(yīng)通常使用的手性試劑手性催化劑不對(duì)稱催化劑可以有效地催化不對(duì)稱反應(yīng)，提高反應(yīng)效率，例如手性磷配體、手性金屬配合物等。手性試劑手性試劑在反應(yīng)中直接參與反應(yīng)，可以有效地控制反應(yīng)產(chǎn)物的立體選擇性，例如手性胺、手性酸等。手性助劑手性助劑可以與反應(yīng)物形成手性復(fù)合物，進(jìn)而控制反應(yīng)的立體選擇性，例如手性醇、手性胺等。不對(duì)稱催化反應(yīng)的研究進(jìn)展不對(duì)稱催化反應(yīng)是近年來化學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。它利用手性催化劑，對(duì)底物進(jìn)行不對(duì)稱催化，高效、高選擇性地生成單一對(duì)映體或非對(duì)映體。近年來，不對(duì)稱催化反應(yīng)取得了重大進(jìn)展，包括新催化劑的設(shè)計(jì)、合成和應(yīng)用，催化機(jī)理的深入研究等。光學(xué)純度的表示和測定方法旋光儀旋光儀用于測量手性化合物的光學(xué)活性，進(jìn)而計(jì)算出光學(xué)純度。核磁共振(NMR)NMR光譜可以提供有關(guān)立體化學(xué)的信息，用于定量分析對(duì)映異構(gòu)體。手性色譜手性色譜法可以分離對(duì)映異構(gòu)體，并通過峰面積計(jì)算光學(xué)純度。手性色譜柱的種類和性能特點(diǎn)手性色譜柱手性色譜柱是利用手性固定相來分離對(duì)映異構(gòu)體。手性固定相可以與對(duì)映異構(gòu)體形成非對(duì)映異構(gòu)體，從而分離出對(duì)映異構(gòu)體。分類直鏈?zhǔn)中陨V柱環(huán)狀手性色譜柱多孔手性色譜柱性能特點(diǎn)手性色譜柱具有高選擇性、高效率和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。19.手性衍生化試劑的種類及應(yīng)用手性衍生化試劑的種類手性衍生化試劑可分為兩類：手性酸類和手性胺類。手性酸類衍生化試劑常用于醇類和胺類化合物的衍生化，通過形成手性酯或酰胺。手性胺類衍生化試劑通常用于酮類和醛類化合物的衍生化，生成手性亞胺。手性衍生化試劑的應(yīng)用手性衍生化試劑在手性分析中起著至關(guān)重要的作用，可用于：提高手性化合物的分離效率改善手性化合物的檢測靈敏度確定手性化合物的絕對(duì)構(gòu)型手性化合物的絕對(duì)構(gòu)型鑒定X射線衍射法利用X射線照射晶體，根據(jù)衍射圖樣可以確定晶體結(jié)構(gòu)，從而確定手性化合物的絕對(duì)構(gòu)型。圓二色性光譜法通過測量手性化合物對(duì)左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的吸收差異，可以確定手性化合物的絕對(duì)構(gòu)型。核磁共振波譜法利用核磁共振波譜法，結(jié)合其他方法如Mosher酯法，可以確定手性化合物的絕對(duì)構(gòu)型。21.對(duì)映體分離的常見技術(shù)手性色譜法手性色譜法是分離對(duì)映異構(gòu)體的常用方法，其原理是利用手性固定相與對(duì)映異構(gòu)體之間的相互作用。手性色譜法包括手性液相色譜法和手性氣相色譜法，它可用于分離各種對(duì)映異構(gòu)體，并具有高效、高選擇性和易操作等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)晶法結(jié)晶法是分離對(duì)映異構(gòu)體的一種傳統(tǒng)方法，其原理是利用對(duì)映異構(gòu)體在溶劑中溶解度的差異。通過適當(dāng)選擇溶劑和溫度，可以使其中一種對(duì)映異構(gòu)體優(yōu)先結(jié)晶出來，從而實(shí)現(xiàn)分離。結(jié)晶法操作簡單，但效率較低。對(duì)映體純化的其他方法結(jié)晶法結(jié)晶法是一種常用的對(duì)映體純化方法，利用對(duì)映異構(gòu)體在溶劑中的溶解度差異進(jìn)行分離，可以得到高純度的對(duì)映體。重結(jié)晶法重結(jié)晶法是通過改變?nèi)芤旱臏囟然蛉軇┑念愋停箤?duì)映體從溶液中析出，從而達(dá)到分離的目的。手性膜分離技術(shù)手性膜分離技術(shù)利用手性膜對(duì)對(duì)映異構(gòu)體的選擇性透過性，實(shí)現(xiàn)對(duì)映體的分離和純化。其他方法除了上述方法外，還有其他一些對(duì)映體純化方法，例如，亞穩(wěn)態(tài)結(jié)晶、手性柱層析、手性酶法等。藥品中對(duì)映異構(gòu)體的管控1安全性和有效性對(duì)映異構(gòu)體可能具有不同的藥理作用和安全性，需要嚴(yán)格管控以確保藥物的安全性。2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括對(duì)映體純度、含量等指標(biāo)，確保生產(chǎn)的藥物符合質(zhì)量要求。3監(jiān)管措施相關(guān)部門制定和執(zhí)行嚴(yán)格的監(jiān)管措施，對(duì)藥品生產(chǎn)、流通和使用環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，確保對(duì)映異構(gòu)體得到有效管控。4技術(shù)進(jìn)步不斷發(fā)展和應(yīng)用先進(jìn)的分析技術(shù)和分離技術(shù)，提高對(duì)映異構(gòu)體檢測和分離的能力。農(nóng)藥行業(yè)中對(duì)映異構(gòu)體的應(yīng)用對(duì)映異構(gòu)體在農(nóng)藥行業(yè)的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在提高藥效和減少環(huán)境污染方面。其中，對(duì)映異構(gòu)體可以提高農(nóng)藥對(duì)靶標(biāo)生物的活性，降低對(duì)非靶標(biāo)生物的毒性。例如，S-甲草胺比其對(duì)映異構(gòu)體R-甲草胺在防除雜草方面具有更好的效果。另外，對(duì)映異構(gòu)體的使用還可以減少農(nóng)藥的用量，降低對(duì)環(huán)境的污染，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。食品工業(yè)中對(duì)映異構(gòu)體的利用風(fēng)味增強(qiáng)不同對(duì)映異構(gòu)體可能具有不同的風(fēng)味，有些對(duì)映異構(gòu)體能增強(qiáng)食品的味道。食品添加劑手性分子可以作為食品添加劑，例如甜味劑、防腐劑和香料。營養(yǎng)價(jià)值不同的對(duì)映異構(gòu)體可能具有不同的營養(yǎng)價(jià)值，例如維生素和氨基酸。手性化合物在材料科學(xué)中的應(yīng)用手性液晶材料手性分子可以引入液晶材料中，形成手性液晶，這些材料具有獨(dú)特的旋光性和光學(xué)活性，在光學(xué)器件、顯示技術(shù)和傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。手性納米材料手性納米材料是具有手性的納米尺度材料，它們?cè)诖呋?、傳感、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。手性高分子材料手性高分子材料具有特殊的螺旋結(jié)構(gòu)和光學(xué)活性，在生物材料、光學(xué)材料和電子材料等方面具有應(yīng)用潛力。手性分子在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用11.手性催化劑手性催化劑在不對(duì)稱合成中起著至關(guān)重要的作用，能高效地合成特定構(gòu)型的產(chǎn)物。22.手性分離利用手性柱或手性衍生化試劑，可以分離混合物中不同對(duì)映異構(gòu)體。33.結(jié)構(gòu)研究手性分子結(jié)構(gòu)的研究，可以揭示分子間相互作用和反應(yīng)機(jī)制，為藥物設(shè)計(jì)和材料開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。44.手性探針手性探針用于識(shí)別和研究生物體系中手性環(huán)境，例如蛋白質(zhì)的構(gòu)象和活性位點(diǎn)。手性化合物研究面臨的問題合成工藝復(fù)雜手性化合物的合成通常需要復(fù)雜的步驟，并需要使用特殊的手性試劑和催化劑，這使得合成成本較高，效率較低。結(jié)構(gòu)表征困難由于手性化合物具有立體異構(gòu)體，其結(jié)構(gòu)表征相對(duì)困難，需要使用特殊的分析手段，例如手性色譜和核磁共振技術(shù)。分離純化技術(shù)挑戰(zhàn)手性化合物的分離和純化是研究的重要步驟，但由于其結(jié)構(gòu)相似性，分離過程通常非常困難，需要使用專門的分離技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域拓展不足目前，手性化