1、第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 手性分子和對映體 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 第三節(jié) 旋光性 第四節(jié) 構(gòu)型標(biāo)識法 第五節(jié) 外消旋體 第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 第七節(jié) 無手性碳原子對映體第八節(jié) 外消旋體拆分 1鄧健 制作 呂以仙 審校第1頁第1頁 對映異構(gòu)又叫光學(xué)異構(gòu)或旋光異構(gòu)。它是一類與物質(zhì)旋光性質(zhì)相關(guān)立體異構(gòu)。第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ)：手性分子 第一節(jié) 手性分子和對映體(一、手性) 上頁下頁首頁順反異構(gòu)旋光異構(gòu)（對映異構(gòu)，光學(xué)異構(gòu)）Constitutional isomerStereoisomer2人民衛(wèi)生電子音像出版社第2頁第2頁 從動物肌肉中提取出乳酸和糖發(fā)酵所得乳酸，含有相同結(jié)構(gòu)式CH3CH(

2、OH)COOH。但前者能使平面偏振光向右旋轉(zhuǎn)，叫做右旋乳酸；后者卻能使平面偏振光向左旋轉(zhuǎn)，叫做左旋乳酸。 L-()-乳酸 D-()-乳酸 3設(shè)計(jì)與制作 鄧 健 呂以仙第3頁第3頁第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 旋光性 (一、偏振光和旋光性) 第三節(jié) 旋光性 一、偏振光和旋光性 上頁下頁首頁 光波振動方向與光束邁進(jìn)方向關(guān)系示意圖 普通光平面偏振光： 通過Nicol棱鏡，僅在 一個平面上振動光。4鄧健 制作 呂以仙 審校第4頁第4頁第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 旋光性 (一、偏振光和旋光性) 上頁下頁首頁 化合物能使偏振光偏振面旋轉(zhuǎn)性能稱為旋光性(optical activity)。二、旋光度與比旋

3、光度 （一）旋光度 通慣用旋光儀測定物質(zhì)旋光性，偏振面被旋光性化合物所旋轉(zhuǎn)角度稱為旋光度, 用 表示 。 5人民衛(wèi)生電子音像出版社第5頁第5頁旋光儀結(jié)構(gòu) 能使平面偏振光向右旋轉(zhuǎn)(順時(shí)針方向)物質(zhì)叫做右旋體，用符號()或d表示；能使平面偏振光向左旋轉(zhuǎn)(逆時(shí)針方向)物質(zhì)叫做左旋體，用符號()或l表示。6鄧健 制作 呂以仙 審校第6頁第6頁（二）比旋光度 (specific rotation) 為了使一個化合物旋光度成為特性物理常數(shù)，通慣用1dm長旋光管，待測物質(zhì)濃度為1g/ml，用波長為589nm鈉光(D線)條件下，所測得旋光度，稱為比旋光度。 t: 測定期溫度(C)D: 鈉光D線，波長589nm

4、: 試驗(yàn)觀測旋光值()l: 旋光管長度(dm)C: 溶液濃度(g/ml), (純液體用密度g/cm3) 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 旋光性 (二、旋光度與比旋光度) 上頁下頁首頁7人民衛(wèi)生電子音像出版社第7頁第7頁例題：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（20）通過偏振鈉光測得旋光度為-2.5, 計(jì)算膽固醇比旋光度。答：膽固醇比旋光度為96(氯仿)。 = =96 文獻(xiàn)中通慣用下列格式報(bào)導(dǎo)一個旋光性化合物比旋光度值： D20 = +98.3o (c 0.05, CH3OH)第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 旋光性 (二、旋光度與比旋光度) 上頁下頁首頁8

5、鄧健 制作 呂以仙 審校第8頁第8頁第一節(jié) 手性分子和對映體 一、手 性 觀測自己雙手, 左手與右手有什么聯(lián)系和區(qū)別？第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ)：手性分子 第一節(jié) 手性分子和對映體(一、手性) 上頁下頁首頁左右手互為鏡像與實(shí)物關(guān)系(稱為對映關(guān)系)，彼此又不能重疊現(xiàn)象稱為手性。 9鄧健 制作 呂以仙 審校第9頁第9頁二、手性分子和對映體 任何物體都有它鏡像，一個有機(jī)分子也會有它鏡像。 若實(shí)物與其鏡像能夠完全重疊，則實(shí)物與鏡像所代表兩個分子為同一個分子。所有基團(tuán)都重疊丙酸分子沒有手性 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 手性分子和對映體(二、手性分子和對映體) 上頁下頁首頁10人民衛(wèi)生電子音像出版社第10頁第

6、10頁但有些分子如乳酸, 兩個互為實(shí)物與鏡像關(guān)系分子不能重疊。 不能與其鏡像重疊分子稱為手性分子(chiral molecule)。 它們是彼此成鏡像關(guān)系，又不能重疊一對立體異構(gòu)體，互稱為對映異構(gòu)體(enantiomer) 。第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 手性分子和對映體(二、手性分子和對映體) 上頁下頁首頁一對對映體比旋光度大小相等，方向相反。11鄧健 制作 呂以仙 審校第11頁第11頁 物質(zhì)產(chǎn)生旋光性主線原因是分子手性，即任何一個含有旋光性分子必定是手性分子。 手性分子通常必定產(chǎn)生旋光性，但也有很少數(shù)手性分子沒有或旋光活性很小，或者在一些波長光段不表現(xiàn)出旋光性。 手性分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是分子內(nèi)部

7、無對稱原因。分子內(nèi)部存在對稱原因，該分子必定是非手性分子。對大多數(shù)有機(jī)化合物來說，對稱面、對稱中心是最常見對稱原因。12設(shè)計(jì)與制作 鄧 健 呂以仙第12頁第12頁對稱原因： 1. 對稱面 凡有對稱面分子，不具旋光性，也沒有對映異構(gòu)體。13設(shè)計(jì)與制作 鄧 健 呂以仙第13頁第13頁ClFFHHHHCl對稱中心 若分子中有一點(diǎn)P，通過P點(diǎn)畫任何直線，假如在離P點(diǎn)等距離直線兩端有相同原子或基團(tuán)，則點(diǎn)P稱為分子對稱中心。含有對稱中心化合物和它鏡象能夠重疊，因此不含有手性.P14設(shè)計(jì)與制作 鄧 健 呂以仙第14頁第14頁 普通地說，物質(zhì)分子凡在結(jié)構(gòu)上含有對稱面或?qū)ΨQ中心，就不含有手性，也就沒有旋光性。反

8、之，同時(shí)不含有對稱面和對稱中心分子就有手性和旋光性。15設(shè)計(jì)與制作 鄧 健 呂以仙第15頁第15頁 有機(jī)化合物分子含有手性最常見情況是存在手性碳原子。手性碳原子是指與4個不相同原子或原子團(tuán)相連碳原子，慣用“ * ”號標(biāo)出。如： 必須指出是： 1. 有手性碳原子分子并不一定是手性分子。 2. 沒有手性碳原子分子并不一定不是手性分子。 3. 一個分子中只有一個手性碳原子時(shí)，則它一定是手性分子。 4. 手性碳原子是判斷分子是否手性主要依據(jù)。16設(shè)計(jì)與制作 鄧 健 呂以仙第16頁第16頁問題：下列化合物哪些含手性碳原子？4.5.1. CH2Cl22. CHCl33.CH3CHClCH2CH36.7.8

9、.第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 手性分子和對映體(二、手性分子和對映體) 上頁下頁首頁17鄧健 制作 呂以仙 審校第17頁第17頁四、判斷手性辦法 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 手性分子和對映體(四、判斷對映體辦法) 1. 最直接辦法是建造一個分子及其鏡像模型。假如兩者能重疊，闡明分子無手性，沒有對映異構(gòu)現(xiàn)象；假如兩者不能重疊，則為手性分子，有對映異構(gòu) 現(xiàn)象，存在對映體。 2. 考察分子有無對稱現(xiàn)象（對稱面和對稱中心）。假如分子有對稱現(xiàn)象，則該分子與其鏡像就能重疊，沒有手性。 3. 大多數(shù)情況下，可依據(jù)分子中是否存在手性碳原子(或手性中心) 來判斷分子是否有手性。上頁下頁首頁18人民衛(wèi)生電子音

10、像出版社第18頁第18頁問題：下列化合物是否存在對映異構(gòu)體？第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 手性分子和對映體(四、判斷手性辦法) 上頁下頁首頁19鄧健 制作 呂以仙 審校第19頁第19頁第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 對映異構(gòu)體結(jié)構(gòu)能夠用模型、透視式(立體結(jié)構(gòu)式) 或費(fèi)歇爾(Fischer)投影式表示。(一) 三維模型 上頁下頁首頁20人民衛(wèi)生電子音像出版社第20頁第20頁(二) 立體結(jié)構(gòu)式 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 上頁下頁首頁21鄧健 制作 呂以仙 審校第21頁第21頁(三) 費(fèi)歇爾投影式 寫Fischer投影式要點(diǎn)： (1) 水平線和垂直

11、線交叉點(diǎn)代表手性碳，位于紙平面上。 (2) 連于手性碳橫鍵代表朝向紙平面前方鍵。 (3) 連于手性碳豎鍵代表朝向紙平面后方鍵。橫前豎后第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 上頁下頁首頁22人民衛(wèi)生電子音像出版社第22頁第22頁在符合“橫前豎后”規(guī)則前提下,亦可得到不同F(xiàn)ischer投影式。 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 上頁下頁首頁嚴(yán)格Fischer 投影式：普通將主鏈放在豎直線上，把命名時(shí)編號最小碳原子放在上端 ( 主鏈下行) 。23鄧健 制作 呂以仙 審校第23頁第23頁 可用以下方法判斷不同 Fischer 投影式是否表示相同構(gòu)型化合物。 (1) Fischer式平移

12、或紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180，其構(gòu)型不變。 但Fischer式不能離開紙面翻轉(zhuǎn)或沿紙面旋轉(zhuǎn)90 (或270)。 (2) Fischer 式中同一個手性碳上所連原子或基團(tuán)兩兩互換偶多次，其構(gòu)型不變。第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 上頁下頁首頁24鄧健 制作 呂以仙 審校第24頁第24頁 同一個異構(gòu)體能夠用幾個不同方法表示其立體結(jié)構(gòu)。如：2R,3S-2,3,4-三羥基丁醛：Fischer投影式 立體結(jié)構(gòu)式 鋸架式 Newman投影式 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 上頁下頁首頁25人民衛(wèi)生電子音像出版社第25頁第25頁第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 費(fèi)歇爾投影式 上頁下頁首頁26人民

13、衛(wèi)生電子音像出版社第26頁第26頁第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié) 構(gòu)型標(biāo)識法 (D/L構(gòu)型標(biāo)識法) 第四節(jié) 構(gòu)型標(biāo)識法 構(gòu)型是指一個特定立體異構(gòu)分子中原子或基團(tuán)在空間排列方式。對映異構(gòu)體構(gòu)型普通指手性中心所連四個不同原子或原子團(tuán)在空間排列次序。一、D/L 構(gòu)型標(biāo)識法 相對構(gòu)型上頁下頁首頁 以甘油醛為原則，人為要求：嚴(yán)格費(fèi)歇爾投影式中羥基在碳鏈右邊為D型，它對映體為L型。 D-()-甘油醛 L-()-甘油醛 () () 27人民衛(wèi)生電子音像出版社第27頁第27頁 以甘油醛為基礎(chǔ), 通過化學(xué)辦法合成其它化合物, 假如與手性原子相連鍵沒有斷裂, 則仍保持甘油醛原有構(gòu)型。第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié) 構(gòu)

14、型標(biāo)識法 (D/L構(gòu)型標(biāo)識法) 上頁下頁首頁 D-()-甘油醛 D-()-甘油酸 D-()-乳酸 D-()-乳酸 L-()-乳酸 這種人為要求構(gòu)型，叫做相對構(gòu)型。 旋光性化合物旋光方向與構(gòu)型之間沒有固定關(guān)系。 D-L構(gòu)型表示辦法中，費(fèi)歇爾投影式必需是嚴(yán)格, 假如投影式不符合這樣要求，應(yīng)按前述兩種辦法加以調(diào)整。 D-L構(gòu)型表示法有一定不足。 28鄧健 制作 呂以仙 審校第28頁第28頁二、R/S 構(gòu)型標(biāo)識法 絕對構(gòu)型 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié) 構(gòu)型標(biāo)識法 (R/S構(gòu)型標(biāo)識法) 上頁下頁首頁 依據(jù)基團(tuán)順序規(guī)則，擬定與手性碳原子相連4個基團(tuán)優(yōu)先順序大小，假設(shè)順序?yàn)閍bcd。將優(yōu)先順序最小基團(tuán)d處

15、于眼睛對面最遠(yuǎn)位置上，然后再看abc排列順序，如順時(shí)針方向定為R構(gòu)型(拉丁文Rectus縮寫)，假若abc是逆時(shí)針方向則定為S構(gòu)型(拉丁文Sinister縮寫). R構(gòu)型 S構(gòu)型 (abc順時(shí)針) (abc逆時(shí)針)R-S命名法 R-S構(gòu)型法標(biāo)識時(shí)，不必調(diào)整費(fèi)歇爾投影式為嚴(yán)格。 29人民衛(wèi)生電子音像出版社第29頁第29頁第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié) 構(gòu)型標(biāo)識法 (R/S構(gòu)型標(biāo)識法) 上頁下頁首頁下面簡介將Fischer投影式和R-S構(gòu)型聯(lián)系起來簡樸辦法。(1) 小橫反。(2) 小豎同。(基團(tuán)順序?yàn)閍bcd) S S R S30鄧健 制作 呂以仙 審校第30頁第30頁第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié)

16、構(gòu)型標(biāo)識法 (R/S構(gòu)型標(biāo)識法) 上頁下頁首頁 R-S標(biāo)識法應(yīng)用較廣泛，當(dāng)分子中含有多個手性碳原子時(shí)，它能標(biāo)識出每一個手性碳原子構(gòu)型。 當(dāng)前D-L構(gòu)型標(biāo)識法仍在使用，尤其是糖類化合物和氨基酸。 D/ L 與R/S無相應(yīng)關(guān)系 無論是 D/L 還是 R/S 標(biāo)識辦法，都不能通過其標(biāo)識構(gòu)型來判斷旋光方向。31人民衛(wèi)生電子音像出版社第31頁第31頁名 稱熔點(diǎn)CpKa溶解度(g/100 mL H2O)D-(+)-乳酸L-(-)-乳酸()-乳酸262618+3.8-3.803.763.763.76第五節(jié) 外消旋體 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第五節(jié) 外消旋體 一對對映體等量混合物稱為外消旋體(racemic m

17、ixture 或 racemate)。通慣用() 或 dl 表示。外消旋體是混合物。 一對對映體含有相同熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度、pKa, 二者比旋光度大小相等，方向相反。外消旋體物理性質(zhì)與單一對映體有些不同，它不含有旋光性，熔點(diǎn)、密度和溶解度等常有差異。但沸點(diǎn)與純對映體相同。 上頁下頁首頁32鄧健 制作 呂以仙 審校第32頁第32頁第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 一、非對映體 含有n 個不相同手性碳原子化合物,其光學(xué)異構(gòu)體數(shù)目是 2n 個！如2,3-二氯丁醛有4個光學(xué)異構(gòu)體。 ( a ) ( b ) ( c ) ( d )2S,3R2R,3S2S

18、,3S2R,3R上頁下頁首頁33人民衛(wèi)生電子音像出版社第33頁第33頁( a ) ( b ) ( c ) ( d ) (a)和(c)是彼此不成鏡像關(guān)系光學(xué)異構(gòu)體, 叫作非對映體(diastereomers); 同樣, (a)和(d)之間也是非對映體。彼此不成鏡像關(guān)系立體異構(gòu)體叫非對映體。 非對映體含有不同物理性質(zhì)。如沸點(diǎn)、溶解度、旋光性等都不相同。 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 上頁下頁首頁34鄧健 制作 呂以仙 審校第34頁第34頁二、內(nèi)消旋化合物 酒石酸分子中有2個相同手性碳。假如按照 2n 規(guī)則, 可有 4個立體異構(gòu)體。但事實(shí)上酒石酸分子只有3個立體異構(gòu)體。( a

19、 ) ( b ) ( c ) ( d )(a) 和 (b) 是對映體 (a) 和 (c) 是非對映體 (b) 與 (c) 是非對映體 2R 3R 2S 3S 2R 3S 2S 3R 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 上頁下頁首頁35人民衛(wèi)生電子音像出版社第35頁第35頁( a ) ( b ) ( c ) ( d )將 (d) 在紙平面上旋轉(zhuǎn)180，就和 (c) 完全相同。 象 (c) 這種構(gòu)型分子, 即使有兩個手性中心, 但作為分子整體來說是非手性。 (c) 稱為內(nèi)消旋化合物 (meso compound)，用符號m或meso表示。 內(nèi)消旋化合物是純凈物，不含有旋光性。 第

20、五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 上頁下頁首頁36鄧健 制作 呂以仙 審校第36頁第36頁熔點(diǎn)（）溶解度(g/100mLH2O) ()-酒石酸170139.0-12()-酒石酸170139.0 +12內(nèi)消旋酒石酸140125.00()-酒石酸20620.00 由于內(nèi)消旋體存在，酒石酸只有三種立體異構(gòu)體, 其數(shù)目少于按照 2n 規(guī)則所預(yù)測數(shù)目。 酒石酸立體異構(gòu)體物理性質(zhì) 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 上頁下頁首頁37鄧健 制作 呂以仙 審校第37頁第37頁問題： (1) 用Fischer 投影式寫出 2,3,4-三羥基丁醛所有光學(xué)異構(gòu)體，并指出各異構(gòu)體之

21、間關(guān)系（對映體、非對映體或內(nèi)消旋體？） (2) 將 ()、(+) 和內(nèi)消旋酒石酸三者等量混合物進(jìn)行分步結(jié)晶，可得到兩部分均無旋光性結(jié)晶。是哪兩部分? 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第六節(jié) 非對映體和內(nèi)消旋化合物 上頁下頁首頁38人民衛(wèi)生電子音像出版社第38頁第38頁第七節(jié) 無手性碳原子對映體 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第七節(jié) 無手性碳原子對映體 大多數(shù)含有旋光性化合物分子內(nèi)都存在手性碳原子。但尚有一些化合物雖無手性碳，就整個分子而言卻包括手性原因，使它與其鏡像不能重疊。這類分子也是手性分子。 1. 單鍵旋轉(zhuǎn)受阻聯(lián)苯型化合物一對對映體 上頁下頁首頁39鄧健 制作 呂以仙 審校第39頁第39頁2. 丙二烯型化

22、合物 當(dāng)AB時(shí)，I 和 II 互為鏡像。彼此不能重疊, 為一對對映體。 1,3-二氯丙二烯之因此含有手性, 是由于分子二分之一與另二分之一互相垂直。(+)-1,3-二氯丙二烯 (-)-1,3-二氯丙二烯 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第七節(jié) 無手性碳原子對映體 上頁下頁首頁40人民衛(wèi)生電子音像出版社第40頁第40頁*3. 螺苯型化合物()-6-螺苯 (+)-6-螺苯 已拆分出六螺旋環(huán)烴一對對映體。并已合成了九螺旋環(huán)烴及十二螺旋環(huán)烴。第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第七節(jié) 無手性碳原子對映體 上頁下頁首頁41鄧健 制作 呂以仙 審校第41頁第41頁問題：下列哪些化合物為手性分子？ 2,7-二氯螺3.5壬烷1-亞乙

23、基-4-氯環(huán)己烷2,3-戊二烯 1,2-丁二烯 第五章 立體化學(xué)基礎(chǔ) 第七節(jié) 無手性碳原子對映體 上頁下頁首頁42人民衛(wèi)生電子音像出版社第42頁第42頁1）物理性質(zhì) 對映體：旋光方向不同，其它物理性質(zhì)（熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度、電離常數(shù)等）相同。非對映體：物理性質(zhì)不同，包含旋光性（旋光方向可相同可不同，內(nèi)消旋體則無旋光性）。非對映體之間可采取分步結(jié)晶、分餾等手段進(jìn)行分離。 2）化學(xué)性質(zhì) 對映體：與非手性試劑反應(yīng)時(shí)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。非對映體：官能團(tuán)相同，化學(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。對映異構(gòu)體性質(zhì)43設(shè)計(jì)與制作 鄧 健 呂以仙第43頁第43頁 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(shí)，其活性部位才干進(jìn)