对映异构分子式课件.ppt

1、主讲人 李晓萍 2010年10月15日 Email: 第六章 对映异构 第一节 物质的旋光性 第二节 对映异构现象与分子结构的关系 第三节 含一个C*化合物的对映异构 第五节 构型的R、S命名规则第六节 环状化合物的立体异构第七节 不含C*原子化合物的对映异构第四节 含两个C*化合物的对映异构第八节 外消旋体的拆分第九节 亲电加成反应的立体化学 重点：重点：物质的旋光性与分子结构的物质的旋光性与分子结构的关系。关系。R/S命名法。各种表示构型的方命名法。各种表示构型的方法及相互间的转换、法及相互间的转换、反应过程中的立反应过程中的立体化学问题。对映异构体、非对映异体化学问题。对映异构体、非对映

2、异构体、外消旋体及内消旋体等概念。构体、外消旋体及内消旋体等概念。难点：对立体化学的理解。如表示构难点：对立体化学的理解。如表示构型的方法及相互间的转换和反应过程型的方法及相互间的转换和反应过程中的立体化学问题。中的立体化学问题。学时数：学时数：6学时。学时。同分异构同分异构分子式相同而构造式不同。指键合原子间的排列次序。构造异构立体异构碳链异构位置异构官能团异构互变异构其他构造式相同而空间排布不同。指非键合原子间的空间关系。构型异构基团空间取向构象异构-交叉式、重叠式围绕单键旋转顺反异构or几何异构对映异构非对映异构双键顺反异构只能是非对映异构环状顺反异构既可能是对映异构，也可能是非对映异构

3、第一节 物质的旋光性光波是一种电磁波，光波是一种电磁波，它的振动方向与其它的振动方向与其前进方向垂直。在前进方向垂直。在普通光线里，光波普通光线里，光波可在垂直于它前进可在垂直于它前进方向的任何可能的方向的任何可能的平面上振动。平面上振动。光源光源传播方向传播方向普通光的振动平面物质的旋光性如果将普通光线通过一个Nicol棱晶，它好象一个栅栏，只允许与棱晶晶轴相平行的平面内振动的光线透过，而在其它平面内振动的光线则被阻挡。Nicol棱晶由两块方解石（CaCO3）按一定角度磨制后用加拿大树胶粘合而成的镜体。该棱镜只允许在同一平面内振动的光波透过，而其余光波被反射。光源普通光偏振片偏光样品管旋转角

4、度偏光通过葡萄糖等旋光物质偏光通过葡萄糖等旋光物质物质的旋光性旋光性物质旋光性物质-能使偏振光振动能使偏振光振动平面发生旋转的物质。平面发生旋转的物质。旋光度（旋光度（）-旋光性物质使偏振旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度。光振动平面旋转的角度。偏振光偏振光-只在一个平面内振动的光。只在一个平面内振动的光。物质的旋光性-偏光-光前进方向-光前进方向右旋园偏光左旋园偏光物质的旋光性 光的振动频率很高，形成了快速的交流电场，当光线照射到透明物质的分子上时，分子的原子核和电子都受到光的电场的影响。因电子质量较小，它容易受光的电场影响而发生振动。由于光波与电子震动之间的影响，光波前进的速度就减慢，从

5、而产生折射现象。物质的折射率愈大，表明光在前进中受到的阻碍愈大，其速度就愈小，也就是物质分子中电子振动愈强。如果物质分子的极化度愈大，物质与光的相互作用也就愈强，折射率也就愈大。物质的旋光性当偏光经过一个对称的区域时，这两种园偏光受到分子的阻碍相等，所以它们以相同的速度经过这个区域，因此，合成光（偏光）仍保持原来偏光的振动平面，不表现出旋光性。如果遇到不对称区域，由于不同基团极化度的差异，两个园偏光受到的阻碍就不同，速度减慢的程度也就不一样，这就导致合成光振动平面不能再维持在原来的方向，而产生一定的偏转，从而表现出旋光性。物质的旋光性旋光性物质旋光性物质左旋体（）左旋体（）右旋体（右旋体（+）

6、（）（+）跟生理过程有关系（+）葡萄糖在动物代谢中能起独特的作用，具有营养价值，但（）葡萄糖则不能被动物代谢。左旋氯霉素有抗菌作用，其对映体则无疗效。合成的葡萄糖多聚物右旋糖酐是血浆代用品，用于大出血和外伤休克时输液急救。旋光仪旋光仪-测定物质旋光度测定物质旋光度大小和方向的仪器。大小和方向的仪器。物质的旋光性零点零点-起偏棱晶起偏棱晶B和检偏棱晶和检偏棱晶D晶轴晶轴相互平行时作为零相互平行时作为零点。（即刻度盘指点。（即刻度盘指在在0位置）位置）D与刻度转与刻度转盘盘E相连相连若样品管中无旋光性物质，B和D晶轴平行时，则F视场最明亮。B和D互相垂直时，则F视场最黑暗。ABCEDF旋光仪旋光仪

7、物质的旋光性影响旋光度的因素溶液浓度样品管长度光的波长测定温度（通常20）溶剂（通常用水）为了便于比较，化学家引入了比旋光度的概念。物质的旋光性比旋光度（tD）-在钠光源下，每毫升含有1g待测物质的溶液，置于1dm长的样品管中，在温度为t下测得的旋光度数值。物质的旋光性20DB 旋光度样品的质量浓度g/mL纯液体时用密度样品管的长度dm，分米量糖计量糖计-在制糖工业中，测定蔗糖在制糖工业中，测定蔗糖溶液的旋光度，即可算出它的质量溶液的旋光度，即可算出它的质量浓度，故所用的旋光仪又叫量糖计。浓度，故所用的旋光仪又叫量糖计。物质的旋光性产生旋光性的原因-旋光性是由分子结构不对称引起的。平面偏振光也

8、是电磁波，它可以看作是由两种园偏光合并组成的。它们都围绕着光前进的方向呈螺旋形向前传播，其中一种呈右螺旋形，另一种呈左螺旋形。这两种光互为不能重叠的镜像关系。物质的旋光性第二节 对映异构现象与分子结构的关系对映异构现象的发现：1848年法国巴黎师范大学化学家、微生物学家Pasteur(18221895）在研究酒石酸钠铵晶体时，发现有两种不同的晶体，对映异构与结构的关系这两种晶体互为实物和镜像的关系，非这两种晶体互为实物和镜像的关系，非常相似，但不能重合。常相似，但不能重合。Pasteur细心地细心地用镊子将这两种晶体分开，分别溶于水用镊子将这两种晶体分开，分别溶于水中，并测定其旋光度，发现其中

9、一种是中，并测定其旋光度，发现其中一种是左旋的，另一种是右旋的，而它们的比左旋的，另一种是右旋的，而它们的比旋光度却相等。旋光度却相等。对映异构与结构的关系左旋和右旋酒石酸钠铵晶体的外形是左旋和右旋酒石酸钠铵晶体的外形是不对称的，但溶于水晶体消失后，仍不对称的，但溶于水晶体消失后，仍具有旋光性，显然它的旋光性与分子具有旋光性，显然它的旋光性与分子内部结构有关。当时他明确提出两个内部结构有关。当时他明确提出两个很重要的概念：很重要的概念：对映异构现象是由对映异构现象是由于分子中原子在空间的不同排列而引于分子中原子在空间的不同排列而引起的；起的；左旋体和右旋体分子中原子左旋体和右旋体分子中原子在空

10、间的排列是实物和镜像的关系。在空间的排列是实物和镜像的关系。对映异构与结构的关系 为了说明对映异构产生的原因，为了说明对映异构产生的原因，1874年荷兰化学家年荷兰化学家Vant Hoff（18521911）和法国化学工艺师和法国化学工艺师Le Bel（18471930）分别独立提出碳原子的四面体学说。分别独立提出碳原子的四面体学说。对映异构与结构的关系Vant Hoff Vant Hoff 和和 Le BelLe Bel当时在巴黎当时在巴黎WurtzWurtz实验室学习和工作。他们的四面实验室学习和工作。他们的四面体学说提出后，在化学界引起很大的体学说提出后，在化学界引起很大的反响，有的支持

11、，有的反对。后来大反响，有的支持，有的反对。后来大量的实验事实证明正四面体学说是正量的实验事实证明正四面体学说是正确的。由于确的。由于Vant Hoff Vant Hoff 对有机化学对有机化学发展的巨大贡献，发展的巨大贡献，19011901年他成为年他成为NobelNobel化学奖的第一个获得者。化学奖的第一个获得者。对映异构与结构的关系手性碳原子手性碳原子C*-分子中连有四个不同分子中连有四个不同原子或基团的碳原子。原子或基团的碳原子。COOHCHOHCOOHCHOH*酒石酸CH3CH3CH2CHCH3OH*仲丁醇OH乳酸CH3CHCOOH*对映异构与结构的关系物质分子与其镜像不能重物质分

12、子与其镜像不能重合是手性分子的特征。合是手性分子的特征。手性分子必定旋光，旋手性分子必定旋光，旋光的分子必定是手性的。光的分子必定是手性的。对映异构与结构的关系左右手的对映关系镜子对映异构与结构的关系手性和手性分子-手性特征是自然界普遍存在的一种现象。首先让我们来看一个例子，了解一下什么是手性：-镜面12橙子味柠檬味1和2不相同吗？也许很难一下子看出来，但是你的鼻子却很容易把他们分开：化合物1是橙子味的，而2则是柠檬味的。若用实物模型操作，你总不能让他们互相重合。实际上，它们结构之间的关系就像你的左手和右手一样，表面上一模一样，但是你的左手永远不能很舒适地戴进你的右手套里。它们在三维空间上构成

13、了一种实物和镜像的关系，无论如何都不能使它们互相重合。对映异构与结构的关系非手性分子必定不旋光，不旋非手性分子必定不旋光，不旋光的分子必定是非手性分子。光的分子必定是非手性分子。对映异构与结构的关系物质分子中含有C*，就一定是手性分子吗？分子的手性（旋光性）与分子内的对称因素有关。分子的对称因素主要有对称面和对称中心。对映异构与结构的关系对称面对称面（镜面）（镜面）-设想分子中有设想分子中有一个平面，它把分子劈成两半，这一个平面，它把分子劈成两半，这两半互为实物和镜像，这个平面叫两半互为实物和镜像，这个平面叫对称面。用对称面。用表示。表示。对映异构与结构的关系具有对称面的化合物是非手性的，它没

14、有对具有对称面的化合物是非手性的，它没有对映异构体和旋光性。映异构体和旋光性。ClHCH3Cl1,1二氯乙烷CCClClHH(E)1,2二氯乙烯有对称面对映异构与结构的关系对称中心对称中心-设想分子中有一点设想分子中有一点i,从从分子中任一基团为出发点与分子中任一基团为出发点与 i连接，连接，再延长此连线到等距离处，都遇到再延长此连线到等距离处，都遇到相同的基团，则此点叫分子的对称相同的基团，则此点叫分子的对称中心。中心。对映异构与结构的关系ClHClFFHHHiHHHHHH2,4-二氟-1,3-二氯环丁烷苯有对称中心 i对映异构与结构的关系具有对称中心的化合物是非手性的，具有对称中心的化合物

15、是非手性的，它没有对映异构体和旋光性。它没有对映异构体和旋光性。一个分子既无对称面也无一个分子既无对称面也无对称中心，一般可初步判对称中心，一般可初步判断它是一个手性分子，有断它是一个手性分子，有对映异构体和旋光性。对映异构体和旋光性。对映异构与结构的关系一种物质没有旋光性，这不是个一种物质没有旋光性，这不是个别分子的性质，而是大量任意分别分子的性质，而是大量任意分布的可与镜像重合的分子（即非布的可与镜像重合的分子（即非手性分子）宏观统计的结果。手性分子）宏观统计的结果。对映异构与结构的关系手性手性-物体和它的镜像不能重合的物体和它的镜像不能重合的特性。特性。手性分子手性分子-凡与其镜像不能重

16、合的凡与其镜像不能重合的分子叫手性分子。分子叫手性分子。对映异构对映异构-分子式、构造式相同而分子式、构造式相同而构型互呈镜像对映关系的立体异构。构型互呈镜像对映关系的立体异构。对映异构与结构的关系第三节第三节 含一个含一个C*原子化合物的对映异构原子化合物的对映异构两种乳酸两种乳酸动物肌肉运动产生动物肌肉运动产生 15D+3.82 53 3.79 葡萄糖经乳酸杆葡萄糖经乳酸杆菌发酵菌发酵15D3.82 53 3.79 比旋光度比旋光度 熔点熔点 pKa 对映异构体的概念对映异构体的概念 含有一个手性碳原子的化合物有两含有一个手性碳原子的化合物有两种对映异构体，一个是右旋体，另一个种对映异构体

17、，一个是右旋体，另一个是左旋体，它们互为对映关系，称为对是左旋体，它们互为对映关系，称为对映异构体。简称对映体。映异构体。简称对映体。（+）右旋体）右旋体 （）左旋体左旋体 许多天然产物和人体内的活性分子都是手性分子。所谓手性是指物质的分子和它的镜像不能重叠，正如我们的左、右手虽然相像但不能重叠一样。乳酸的对映异构体HHOOCCOOHHOOHHH C33左旋体右旋体CHHOHCOOHCH3（）乳酸（）乳酸-镜面左旋体右旋体互称对映（异构）体COOHHOHCH3动物肌肉运动时产生葡萄糖经乳酸杆菌发酵获得的从酸败的牛奶中得到的乳酸都是外消旋体(等量对映体的混合物)一个*C3、对映体的性质比较、对映

18、体的性质比较 一般条件下一般条件下(非手性环境下非手性环境下)对映体的物理性质相同对映体的物理性质相同 对映体的化学性质相同对映体的化学性质相同 对映体的比旋光度相同对映体的比旋光度相同 旋光方向相反旋光方向相反 在生物体内生理作用不同在生物体内生理作用不同在手性环境中在手性环境中偏振光是手性环境，对映体的旋光方向相反。偏振光是手性环境，对映体的旋光方向相反。在手性溶剂中，对映体的溶解度不同。在手性溶剂中，对映体的溶解度不同。与手性试剂反应，对映体的反应速率不同。与手性试剂反应，对映体的反应速率不同。在手性催化剂的作用下与非手性试剂反应时，在手性催化剂的作用下与非手性试剂反应时，对映体的反应速

19、率也不同。对映体的反应速率也不同。一个*C这好比两个螺丝钉，一个螺纹向左，这好比两个螺丝钉，一个螺纹向左，一个向右，如果把它们钻到木板中一个向右，如果把它们钻到木板中（非手性环境），两者都可以旋进（非手性环境），两者都可以旋进去，而且难易程度相同。如果把它去，而且难易程度相同。如果把它旋进螺帽（手性环境），那旋转的旋进螺帽（手性环境），那旋转的方向就不同了。方向就不同了。一个*C生物体中有许多手性物质，酶是生物催生物体中有许多手性物质，酶是生物催化剂，具有很高的手性，因此对映体在化剂，具有很高的手性，因此对映体在生物体内常常表现不同的生理作用。例生物体内常常表现不同的生理作用。例如左旋烟碱的毒

20、性比右旋的大；青霉菌如左旋烟碱的毒性比右旋的大；青霉菌在含有（在含有（）酒石酸的培养液中生长，）酒石酸的培养液中生长，右旋的酒石酸被消耗掉，溶液慢慢从不右旋的酒石酸被消耗掉，溶液慢慢从不旋光变成左旋，将（旋光变成左旋，将（）苹果酸盐溶液）苹果酸盐溶液在兔子身上作皮下注射，左旋体被消耗在兔子身上作皮下注射，左旋体被消耗掉，从尿中排泄出来的是（掉，从尿中排泄出来的是（+）苹果酸）苹果酸盐。盐。一个*C4、外消旋体 乳酸中有一个手性碳原子，存在对映异构体，但从酸败的牛奶中得到的乳酸没有旋光性，为什么？这种方式得到的乳酸是等量的左旋体和右旋体的混合物。把等量等量对映体的混合物称为外消旋体。表示方法：（

21、）对映体在结构上的区别是对映体在结构上的区别是空间构型不同，采用传统空间构型不同，采用传统的平面结构式，无法表示的平面结构式，无法表示基团在空间的相对位置。基团在空间的相对位置。目前普遍使用的是平面投影式，目前普遍使用的是平面投影式，它是它是1891年年Fischer提出的，所提出的，所以又叫以又叫Fischer投影式。投影式。如果采用立体的模型图，如果采用立体的模型图，书写又非常不方便。书写又非常不方便。一个*CFischer（18521919），杰出的德国有机化学家，因合成糖和嘌呤而获得1902年Nobel 化学奖。他是凯库勒（18291896）和拜尔（18351917，1905年获Nob

22、el化学奖）的学生。二.构型的表示方法 1、费歇尔投影式（1891年Fischer E提出）COOHHCH3HOCOOHCHOHH3COOHHOHCH3l乳酸投影原则投影原则把把C*置于纸平面内，四个价键按交叉置于纸平面内，四个价键按交叉的十排列，交点代表的十排列，交点代表C*原子。原子。横前竖后。横前竖后。主碳链竖向排列，把命名时编号最主碳链竖向排列，把命名时编号最小的碳原子放在碳链顶端。小的碳原子放在碳链顶端。COOHHOHCH3COOHCH3OHH投影后 一个*CFischer E投影原则记忆法 十字交叉中心碳,横前竖后定空间.主链竖向小在上,高氧化态放上边.一个*C构型的表示方法构型的

23、表示方法费歇尔投影式费歇尔投影式透视式透视式COOHCH3OHHHCOOHCH3HO-COOHCH3HOHCHOHCOOHH3CC-（）乳酸（）乳酸D（）乳酸 D/L法构型标记R（）乳酸 R/S法 一个*C3、使用费歇尔投影式注意：COOHCOOHOHOHCHCHHH33180（2）在纸面旋转90后，构型改变，与原来构型成对映异构体。COOHCOOHOHOHCHCHHH3390（3）任意互换两基团位置构型改变为对映异构体；任意互换两个基团两次，构型不变。.COOHCOOHOHCHCHHHOH互换两基团COOHOHHCH333互换两基团两次（4）在投影式中如果使一个基团保持固定而把另外三个基团顺

24、时针或逆时针调换位置，不会改变原化合物的构型。.COOHOHCHHCOOHOHCHH33顺时针构型的另一种表示方法 2、透视式CCCOOHCOOHOHHOCHHHCH33使用费歇尔投影式应注意使用费歇尔投影式应注意投影式在纸面上旋转投影式在纸面上旋转180，其构型保持不变；旋，其构型保持不变；旋转转90、270构型改变，成为它的对映体。构型改变，成为它的对映体。C*原子上任意两个基团互换位置偶数次时，构原子上任意两个基团互换位置偶数次时，构型不变；奇数次时，构型改变。型不变；奇数次时，构型改变。将将C*原子上任一基团固定，让其余三个基团按顺原子上任一基团固定，让其余三个基团按顺（逆）时针依次轮

25、转位置，构型不变。（逆）时针依次轮转位置，构型不变。投影式离开纸面翻转投影式离开纸面翻转180，构型改变。，构型改变。一个*C第四节第四节 两个两个C*原子化合物的对映异构原子化合物的对映异构COOHHOClHCOOHHCOOHOHClHCOOHH-()()COOHHOClHCOOHHCOOHOHClHCOOHH()()-23(2R,3R)-2-氯-3-羟基丁二酸(2R,3S)(2S,3R)熔点145157145157+7.1-7.1+9.3-9.3对映体对映体非对映体非对映体 两个*C四种异构体之间的关系 对映体：和；和。非对映体：和 ；和；和；和。非对映体：不呈对映异构关系的立体异构体.n

26、n-1n.为不同手性碳个数l光学异构体的数目 2l外消旋体的数目 2六个碳原子的糖CHO*CHOH*CHOH*CHOH*CHOHCH OH2四个不同手性碳原子光学异构体的数目：外消旋体的数目：非对映体非对映体-不呈物像对映关系的构型异构体。不呈物像对映关系的构型异构体。非对映体的物理性质不同，化学性质相似，非对映体的物理性质不同，化学性质相似，但反应速率有差异。但反应速率有差异。非对映体混合在一起非对映体混合在一起,可以用一般的物理可以用一般的物理方法将它们分离开来。方法将它们分离开来。两个*C构型异构体数构型异构体数=2n (n是不相同的是不相同的C*数）数）两个*C外消旋体数外消旋体数=2

27、n-12、两个手性碳原子相同COOH*CHOH*CHOHCOOHCH*CHCl*CHClCH33 酒石酸2 2，3 3二氯丁烷二氯丁烷酒石酸酒石酸 HOOCC*HOHC*HOHCOOHCOOHHOOHHCOOHHCOOHHOHHOCOOHHCOOHHOHHCOOHOHCOOHHHHOCOOHOH-()()()()右旋酒石酸右旋酒石酸左旋酒石酸左旋酒石酸内消旋内消旋(meso)酒石酸酒石酸(2R,3R)-(+)-酒石酸酒石酸(2S,3S)-()-酒石酸酒石酸(2R,3S)-内消旋酒石酸内消旋酒石酸-无旋光性(手性)有旋光性(手性)酒石酸只有三个构型异构体 两个*CHCOOHCOOHCOOHCOO

28、HCOOHHOOHOHOHOHOHHHHHHCOOH内消旋体：分子内含有两个手性碳原子，分子的两个半部互为物体与镜像关系，从而使分子内部旋光性互相抵消的光学非活性化合物称为内消旋体。酒石酸的物理常数酒石酸的物理常数酒石酸酒石酸熔点熔点 比旋光度比旋光度25D 20水溶液水溶液 溶解度溶解度g(100g水水)1 密度密度gcm3，20pKa1pKa2左左 旋旋 体体右右 旋旋 体体内消旋体内消旋体外消旋体外消旋体171171147206 +12 12 不旋光不旋光 不旋光不旋光 139 139 125 20.6 1.760 1.760 1.666 1.7882.932.933.112.964.2

29、34.234.804.24 两个*C第五节 构型的 R、S命名规则 1.D/L法D(+)甘油醛CHOCHOOHHOCH OHCH OHHH22L()甘油醛D,L是人为规定的构型标记 R/S命名自然界中糖的构型大多数为自然界中糖的构型大多数为D型型自然界中的自然界中的-氨基酸都属于氨基酸都属于L型型用用D或或L标记甘油酸和乳酸标记甘油酸和乳酸COOHCOOHOHOHCH OHCHHH23得到的构型是相对构型D（）甘油酸D（）乳酸 R/S命名2、R/S法是系统命名法，其要点是：（1）按次序规则将四个基团排序。a bcd（2）将最小基团放在观察者对面离眼晴最远的地方，其它三个基团指向观察者。d（3）

30、三个基团由大到小 a b c 顺时针方向为R 逆时针方向为S R/S标记的是绝对构型 R/S命名aabbccdd顺 R逆 S R/S命名CHOCH OHOHH2L（）甘油醛OHCOOHCOHHHS（）甘油醛 R/S命名D型左旋乳酸CHOOCCHH0H30HCOOHCH3HR（）乳酸 R/S命名D（）甘油酸COOHHCH OHOH2OHCOOHCH OH2HR（）甘油酸 R/S命名L（+）半胱氨酸COOHH NCH SHHC222CNH HR（+）半胱氨酸SHHHOO R/S命名COOHHOHCH3COOHCH3OHHHOOCCH3OHHC投影式R/S命命名名原原则则优先次序优先次序OHCOOH

31、CH3顺时针顺时针 R型型名称名称 R（）乳酸（）乳酸 一个*C说明C*上四个基团在空间排列的形象。是由仪器实际测定的。构型和旋光方向没有什么必然的对应关系D/L和R/S命名法之间并无一定的对应关系。一个*C含有两个手性碳原子化合物的构型的标记 R/S法法COOHCOOHCOOHHHOOHHHHCOOHClCl(2R,3R)(2S,3S)R/S命名第六节第六节 环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构Cl H CH3 CH3*Cl H CH3 CH3Cl H CH3 CH3环状化合物的立体异构环上含有一个手性碳原子，环上含有一个手性碳原子，对映异构体有对映异构体有2个个一、环丙烷衍生物一、环丙

32、烷衍生物1-氯-2-溴环丙烷顺顺-1-氯氯-2-溴环丙烷溴环丙烷BrClHHBrClHH反反-1-氯氯-2-溴环丙烷溴环丙烷环状化合物的立体异构ClBrHH*顺顺-1-氯氯-2-溴环丙烷溴环丙烷-BrClHH*环状化合物的立体异构ClBrHH*反反-1-氯氯-2-溴环丙烷溴环丙烷-HHClBr*1-氯-2-溴环丙烷共有四个构型异构体环状化合物的立体异构1，2-环丙烷二甲酸环丙烷二甲酸COOHCOOHHOOCCOOHHOOCHHHHHH内消旋体内消旋体对映体对映体HOOC共有三个构共有三个构型异构体型异构体环状化合物的立体异构写出顺写出顺-1-1，2-2-环己烷二甲酸和反环己烷二甲酸和反-1-1

33、，2-2-环己环己烷二甲酸的立体异构体，指出对映体、非对烷二甲酸的立体异构体，指出对映体、非对映体、内消旋体、外消旋体。映体、内消旋体、外消旋体。HOOCCOOHHHCOOHHHOOCH HHCOOHHOOC环状化合物的立体异构二、环己烷衍生物二、环己烷衍生物写出顺写出顺-1-1，3-3-环己烷二甲酸和反环己烷二甲酸和反-1-1，3-3-环环己烷二甲酸的立体异构体，指出对映体、己烷二甲酸的立体异构体，指出对映体、非对映体、内消旋体、外消旋体。非对映体、内消旋体、外消旋体。COOHHOOCHHHOOCCOOHHH环状化合物的立体异构COOHHOOCHHHOOCCOOHHH环状化合物的立体异构顺顺

34、-1-1，4-4-环己烷二甲酸和反环己烷二甲酸和反-1-1，4-4-环己环己烷二甲酸有无对映异构现象，请找出对烷二甲酸有无对映异构现象，请找出对称因素。称因素。环状化合物的立体异构HOOCCOOHHH顺1,4环己烷二甲酸HOOCCOOHHH反1,4环己烷二甲酸无对映异构体 无旋光性环状化合物的立体异构i思考题：二元取代环丁烷的立体异构体的数二元取代环丁烷的立体异构体的数目与取代基的位置关系？目与取代基的位置关系？1，2-环丁烷二甲酸环丁烷二甲酸环状化合物的立体异构第七节 不含C*原子化合物的对映异构 一、一、丙二烯型化合物丙二烯型化合物CH2=C=CH2不含*CCCCHHHH+-sp2spsp

35、2CCCCCC不含*CHHHH2，3-环戊二烯CH3CH=C=CHCH3不含*CCCCCH3H3C H H CCCCH3H3C H H CCCCH3H3C H H 不含*CCCCCCCCH3H3C H H CH3H3C H H 不含*CCCCHH3C H H 如果任何一端的碳原子连有如果任何一端的碳原子连有相同的基团相同的基团,分子即具有对称分子即具有对称面面,无手性无手性,无对映体。无对映体。不含*C二、单键旋转受阻的联苯型化合物二、单键旋转受阻的联苯型化合物不含*C-对映体6,6-二硝基联苯二硝基联苯-2,2 -二甲酸二甲酸HOOCO2NCOOHNO226254136不含*C62在联苯分子

36、中在联苯分子中,两个苯环可以围绕两个苯环可以围绕中间的单键自由旋转。若在每个中间的单键自由旋转。若在每个苯环的邻位上引入大体积基团苯环的邻位上引入大体积基团,由由于空间阻碍使得单键不能自由旋于空间阻碍使得单键不能自由旋转转,两个苯环不能处在同一平面上两个苯环不能处在同一平面上,此时此时,整个分子没有对称面和对称整个分子没有对称面和对称中心中心,具有手性具有手性,有对映体。有对映体。不含*C单键自由旋转单键自由旋转180，但同一苯环，但同一苯环上连有两个相同的基上连有两个相同的基,分子有对称面分子有对称面,无手无手性性,无对映异构体。无对映异构体。F原子体积小原子体积小,单键可以单键可以自由旋转

37、自由旋转,两个苯环可两个苯环可以共平面以共平面,分子有对称分子有对称面和对称中心面和对称中心,无手性无手性,无对映异构体。无对映异构体。HOOCNO226254136NO2HOOCFBr26254136FBr不含*C含有其它手性中心的化合物含有其它手性中心的化合物N、P、S、Si、As等等不含*CP135不含*C第八节第八节 外消旋体的拆分外消旋体的拆分外消旋体的拆分 2001年诺贝尔化学奖 2001年10月10日瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布：本年度的Nobel化学奖 奖金一半授予美国科学家一半授予美国科学家William S.Knowles和和日本科学家野依良治日本科学家野依良治另一半授予

38、美国科学家另一半授予美国科学家K.Barry Sharpless外消旋体的拆分 William S.Knowles野依良治手性催化氢化反应1938年出生于日本神户，1967年京都大学博士毕业，1972年在名古屋大学任教授1917年出生于美国，1942年从哥伦比亚大学博士毕业曾在孟山都公司任职，1986年退休。外消旋体的拆分 三位获奖科学家的贡献就在于他们找到了立体选择性合成的方法和催化剂，可以高效快速地合成一种手性分子而不生成另一种，这为开发具有新特性的分子和物质开创了一个全新的领域。目前人们已根据他们的研究成果研制出了抗生素、消炎药和心脏病药等许多药物。外消旋体的拆分COOHNHAcMeOA

39、cOH2Rh(DiPAMP)100COOHNHAcMeOAcOH(97.5)H3O+COOHNHAcHOHOHL-DOPA用于治疗帕金森病K nowles的工作PPOMeMeODiPAMP：外消旋体的拆分PhPP PhPhPh-(S)-BINAP(R)-BINAPPhPP PhPhPhOOOMeH2RuCl2(R)-BINAPOOMeOHH99.5(R)-1,2-propandiol的合成野依良治（日本）的工作可作为在工业上合成抗菌素等类似的产品。外消旋体的拆分 K.Barry Sharpless手性催化氧化反应1941年出生于美国宾夕法尼亚洲，1968年斯坦福大学博士毕业，1990年起在美国

40、斯克里普斯研究所任化学教授外消旋体的拆分C2H5OOCC2H5OOCOHOHDETHHHCH2OHMeMeMeCOOHTi(DET)OHCH2OH(R)-giycidol 95 环氧化（R）-丙烯醇的合成它用于生产阻断剂 一种治疗心脏病的药。Sharpless的工作外消旋体的拆分催化剂形成过量的对映体较少形成的对映体催化剂催化剂作用示意图一克催化剂就可以合成一吨手性产物外消旋体的拆分 互为手性的分子是一对对映异构体，在药理领互为手性的分子是一对对映异构体，在药理领域，异构体中的一种可能具有疗效，而另一种可域，异构体中的一种可能具有疗效，而另一种可能不但无效甚至有害，如能不但无效甚至有害，如(+

41、)葡萄糖在动物代谢葡萄糖在动物代谢中能起独特的作用，具有较高的营养价值，但其中能起独特的作用，具有较高的营养价值，但其对映体对映体(-)葡萄糖则不能被动物代谢。左旋的氯霉葡萄糖则不能被动物代谢。左旋的氯霉素有抗菌作用，但其对映体则无疗效。一个典型素有抗菌作用，但其对映体则无疗效。一个典型的例子就是的例子就是1960年代，在欧洲出售的一种叫年代，在欧洲出售的一种叫反应反应停停（沙利度胺（沙利度胺thalidomide)的药物，用于治疗孕的药物，用于治疗孕妇早期的妊娠反应，该药物分子的妇早期的妊娠反应，该药物分子的R型对映异构型对映异构体具有很好的镇定功能，可以减弱妊娠反应，另体具有很好的镇定功能

42、，可以减弱妊娠反应，另一种一种S型对映异构体却导致型对映异构体却导致1.2万个海豹畸形儿出万个海豹畸形儿出生的惨剧。生的惨剧。外消旋体的拆分在自然界，手性特征与我们如影随形，构成生命体的绝大多数有机分子，比如天然的蛋白质、多肽、催化酶、激素以及人体中的氨基酸等都是手性分子。生命体的分子识别体系有极强的手性识别能力，不同构型的立体异构体往往表现出极不相同的生理效能。外消旋体的拆分外消旋体的拆分将外消旋体分开成为左旋体和右旋体的操作叫外消旋体的拆分外消旋体的拆分机械拆分法微生物拆分法选择吸附拆分法诱导结晶拆分法化学拆分法外消旋体的拆分外消旋体的拆分机械拆分法机械拆分法-利用外消旋体中对映体的利用外

43、消旋体中对映体的结晶形态的差异，借肉眼直接辨认或通过结晶形态的差异，借肉眼直接辨认或通过放大镜进行辨认，而把两种结晶体挑拣分放大镜进行辨认，而把两种结晶体挑拣分开。开。此法要求结晶形态有明显的不对称性，且此法要求结晶形态有明显的不对称性，且结晶大小适宜。此法比较原始，目前极少结晶大小适宜。此法比较原始，目前极少使用，只在实验室中少量制备时偶然采用。使用，只在实验室中少量制备时偶然采用。外消旋体的拆分微生物法微生物法-某些微生物或它们所产生某些微生物或它们所产生的酶，对于对映体中一种异构体有选择的酶，对于对映体中一种异构体有选择地分解作用。利用微生物或酶的这种性地分解作用。利用微生物或酶的这种性

44、质可以从外消旋体中把一种旋光体拆分质可以从外消旋体中把一种旋光体拆分出来。出来。在含有外消旋酒石酸的培养液中，微生在含有外消旋酒石酸的培养液中，微生物只利用右旋体作为生长营养物质，结物只利用右旋体作为生长营养物质，结果右旋体被消耗，留下的是左旋酒石酸。果右旋体被消耗，留下的是左旋酒石酸。此法缺点是原料至少有一半未得到利用。此法缺点是原料至少有一半未得到利用。外消旋体的拆分选择吸附拆分法选择吸附拆分法-用某种用某种旋光性物质作为吸附剂，使旋光性物质作为吸附剂，使之选择性地吸附外消旋体中之选择性地吸附外消旋体中的一种异构体，这样就可以的一种异构体，这样就可以达到拆分的目的。达到拆分的目的。外消旋体

45、的拆分诱导结晶法诱导结晶法-是利用晶种来拆分外消旋是利用晶种来拆分外消旋体，这是一种最经济的办法。体，这是一种最经济的办法。当溶液中含有稍微过量的一种对映体，它当溶液中含有稍微过量的一种对映体，它在晶种的诱导下，优先沉淀出来，而沉淀在晶种的诱导下，优先沉淀出来，而沉淀出的量比过量的量还多。过滤后，溶液中出的量比过量的量还多。过滤后，溶液中就含有过量的另一种对映体。升高温度，就含有过量的另一种对映体。升高温度，加入外消旋体，冷却时，另一种对映体优加入外消旋体，冷却时，另一种对映体优先沉淀出来。通过这种方法，只要第一次先沉淀出来。通过这种方法，只要第一次加入少量左旋体（或右旋体）就能交替地加入少量

46、左旋体（或右旋体）就能交替地把外消旋体分为左旋体和右旋体。合霉素把外消旋体分为左旋体和右旋体。合霉素就是运用诱导结晶法进行拆分的。就是运用诱导结晶法进行拆分的。外消旋体的拆分100g()合霉素合霉素加加1g(+)氯霉素氯霉素加加100ml水水80溶解溶解20冷却冷却过滤过滤滤液滤液含过量含过量()氯霉素氯霉素加加2g()氯霉氯霉素素1.9g(+)氯霉素晶体氯霉素晶体冷却冷却过滤过滤2.1g()氯霉素氯霉素滤液滤液外消旋体的拆分化学拆分法化学拆分法-这种方法应用最广。最适用这种方法应用最广。最适用于酸或碱的外消旋体的拆分。于酸或碱的外消旋体的拆分。(+)乳酸(-)乳酸(外消旋体)2(+)苯基乙胺

47、CH3CHCOOH3NCHC6H5+*OHCH3和(-)(+)非对映体物理性质不同重结晶分离CH3CHCOOH3NCHC6H5+*OHCH3CH3CHCOOH3NCHC6H5+*OHCH3拆分剂HCl水解HCl水解(+)C6H5CHNH2HCl*CH3和(+)乳酸()乳酸和(+)盐酸胺拆分既非酸又非碱的外消旋体时，可以设法在分子中引入酸性基团，然后按拆分酸的方法拆分之。也可选用适当的旋光性物质与外消旋体作用形成非对映体的混合物，然后分离。例如：醇的拆分COCOO（）ROHCOOHCOOR物质物质非对映体物理性质不同，可用一般的分离方法将它们分开。旋光性碱外消旋体的拆分()ROH 非对映体的酯的

48、混合物NHSO2COCl()分离之例如：醇的拆分例如：醛、酮的拆分()醛NHNH2()非对映体的混合物分离之外消旋体的拆分 手性合成和光学纯度此例为非手性合成，产物是外消旋体，不具有旋光性CH3OHC*HCOOHCH3COOCH3CO还原水解CH3OHC*HCOOCH3丙酮酸甲酯()乳酸甲酯外消旋体()乳酸非手性条件非手性条件外消旋体的拆分手性合成手性合成-由非手性化合物合由非手性化合物合成手性化合物时成手性化合物时,如果反应在手如果反应在手性条件下进行性条件下进行,将将使产物中某个使产物中某个立体异构体的量占优势立体异构体的量占优势,这种合这种合成叫手性合成成叫手性合成(或不对称合成或不对称

49、合成)。外消旋体的拆分丙酮酸(+)乳酸()薄荷醇丙酮酸()薄荷醇酯(-)乳酸()薄荷醇酯(占优势)(+)乳酸()薄荷醇酯(-)乳酸(占优势)此例为手性合成，产物的一种立体异构体过量,具有旋光性CH3COOHCOCH3CH(CH3)2HO*酯化手性条件CH3COCOOC10H19还原CH3CHOHCOOC10H19*水解CH3CHOHCOOH*外消旋体的拆分光学纯度百分率（op）测定纯品100Percent optical purity不对称合成的效率不对称合成的效率对映体过量百分率（ee）RSRS100RS数值相等R型对映体对S型对映体的过量百分数percent enantiomeric ex

50、cess主要对映体的量次要对映体的量外消旋体的拆分不对称合成的产物是不等量不对称合成的产物是不等量左旋体和右旋体的混合物，左旋体和右旋体的混合物，它的比旋光度它的比旋光度取决于混取决于混合物中左、右旋体的组成。合物中左、右旋体的组成。已知光学纯2甲基1氯丁烷的+1.64，现有一个不对称合成该化合物的样品，经测定其比旋光度为+0.82，求该样品的光学纯度百分率和（+）、（-）对映体的组成比。opee测定纯品100+0.82+1.6410050该样品50右旋体50外消旋体25左旋体25右旋体75右旋体右旋体 左旋体75 25外消旋体的拆分第九节第九节 亲电加成反应的立体化学亲电加成反应的立体化学1