1、构象异构同分异构构型异构顺反异构对映异构立体异构构造异构碳架异构官能团异构位置异构互变异构 异构现象：异构现象： 立体化学起源于立体化学起源于1848年，年， 法国化学家法国化学家巴斯德巴斯德(Pasteur)将外消旋的酒石酸铵钠的结晶，分离成左旋体和右旋将外消旋的酒石酸铵钠的结晶，分离成左旋体和右旋体，从而发现了对映异构现象。体，从而发现了对映异构现象。立体化学是研究化合物分子在三维空间的立体形象与立体化学是研究化合物分子在三维空间的立体形象与其物理性质，反应性能以及生理活性之间的关系的科其物理性质，反应性能以及生理活性之间的关系的科学。学。立体化学已成为化学学科的一个重要分支，研究分子立体
2、化学已成为化学学科的一个重要分支，研究分子的立体结构与性能之间的关系已成为化学的一项重要的立体结构与性能之间的关系已成为化学的一项重要内容。内容。n20世纪世纪50年代中期，反应停年代中期，反应停(沙利度胺，沙利度胺，Thalidomide)作为镇静剂，有减轻孕妇清晨呕吐的作用而被广泛应作为镇静剂，有减轻孕妇清晨呕吐的作用而被广泛应用。结果在欧洲导致用。结果在欧洲导致1.2万例胎儿致万例胎儿致 残，即海豹婴。残，即海豹婴。于是于是1961年该药从市场上撤消。后来发现沙利度胺年该药从市场上撤消。后来发现沙利度胺R型具有镇静作用，而型具有镇静作用，而S型却是致畸的罪魁祸首。研究型却是致畸的罪魁祸首
3、。研究人员进一步研究发现沙利度胺任一异构体在体内都能人员进一步研究发现沙利度胺任一异构体在体内都能转变为相应对映体，因此无论是转变为相应对映体，因此无论是S型还是型还是R型，作为型，作为药物都有致畸作用。药物都有致畸作用。反应停事件反应停事件:(S)-thalidomide(R)-thalidomide反应停事件反应停事件NOONHHOONOONHHOOn1984年荷兰药理学家年荷兰药理学家Ariens极力极力提倡手性药物以单一对提倡手性药物以单一对映体上市映体上市， 抨击以消旋体形式进行药理研究以及上市。抨击以消旋体形式进行药理研究以及上市。他的一系列论述的发表，引起药物部门广泛的重视。他的
4、一系列论述的发表，引起药物部门广泛的重视。n1992年，美国食品和医药管理局提出法规，申报手性药年，美国食品和医药管理局提出法规，申报手性药物时，必须对不同对映体的作用叙述清楚。物时，必须对不同对映体的作用叙述清楚。n2001年诺贝尔化学奖授予了年诺贝尔化学奖授予了3位美日科学家，表彰他们位美日科学家，表彰他们在在手性催化氢化反应和手性催化氧化手性催化氢化反应和手性催化氧化反应领域所做出的反应领域所做出的重大贡献。重大贡献。n目前，研究和发展新的手性技术，借此获得光学纯的手目前，研究和发展新的手性技术，借此获得光学纯的手性药物，已成为许多实验室和医药公司追求的目标。性药物，已成为许多实验室和医
5、药公司追求的目标。 构造：构造：分子中各原子间相互结合的顺序（连接顺序）分子中各原子间相互结合的顺序（连接顺序） 构型：构型：原子或基团在空间的排列方式原子或基团在空间的排列方式 构象：构象：具有一定构型的分子由于单键旋转使分子内的具有一定构型的分子由于单键旋转使分子内的原子或原子团在空间产生不同的排列。原子或原子团在空间产生不同的排列。问题：问题：二甲基环己烷有多少构造异构体？二甲基环己烷有多少构造异构体？1，3-二甲基环己烷是否存在构型异构体？二甲基环己烷是否存在构型异构体？ 其中顺式构型是否存在构象异构体？其中顺式构型是否存在构象异构体？ 对映异构体：对映异构体：互为镜象的两种构型异构体
6、。互为镜象的两种构型异构体。手性：手性：一个物体若与自身镜象不能叠合，一个物体若与自身镜象不能叠合，具有手性。具有手性。不能与镜象叠合的分子叫手性分子；手性不能与镜象叠合的分子叫手性分子；手性分子都具有旋光性。分子都具有旋光性。能与镜象叠合的分子叫非手性分子。能与镜象叠合的分子叫非手性分子。分子的手性是存在对映异构体的必要和充分子的手性是存在对映异构体的必要和充分条件。分条件。2-1 对映异构对映异构 旋光性物质（光活性物质）：能使偏旋光性物质（光活性物质）：能使偏振光旋转的物质。振光旋转的物质。 光学活性的物质总是成对出现，一个光学活性的物质总是成对出现，一个左旋，一个右旋，互为对映体；左旋
7、，一个右旋，互为对映体；判断分子具有手性的充分必要条件：判断分子具有手性的充分必要条件：分子既没有对称面，没有对称中心，也没有四重分子既没有对称面，没有对称中心，也没有四重交替对称轴。交替对称轴。一般情况下，只要分子中既没有对一般情况下，只要分子中既没有对称面也没有对称中心，即可判断它是手性分子。称面也没有对称中心，即可判断它是手性分子。 手性分子的几种情况：手性分子的几种情况：分子含有手性中心即分子含有手性中心即不对称碳原子不对称碳原子（连接四个（连接四个不同取代基的碳原子）不同取代基的碳原子）非碳手性中心非碳手性中心（Si,N,S,P As以及以及B等）；非碳等）；非碳原子所形成的不对称四
8、面体（或三角锥体）化合原子所形成的不对称四面体（或三角锥体）化合物也有对映异构现象。物也有对映异构现象。一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性（3）手性膦、手性氮与手性砜类化合物）手性膦、手性氮与手性砜类化合物一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性（4）含手性轴的化合物：）含手性轴的化合物：分子的轴上原子分子的轴上原子不是对称的被取代，而使分子具有手性。不是对称的被取代，而使分子具有手性。一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性a.丙二烯衍生物丙二烯衍生物 （具手性轴）（具手性轴） b. 联芳基型化合物（具手性轴）联芳基型化合物（具手性轴） C6H5Ca-C10H7
9、C CC6H5C10H7-aCH3CHC CCH3HCH3H3CNH2H2N一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性NO2COOHO2NHOOCO2NHOOCN2OCOOHC=C=CABBAC=C=CABBA联苯型联苯型丙二烯型丙二烯型一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性（5 5） 手性面分子手性面分子（分子中无手性中心，（分子中无手性中心，无手性轴）无手性轴）取代对苯二酚双环醚衍生物。取代对苯二酚双环醚衍生物。OO(CH2)8HOOC一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性一、分子的对称因素和手性下列哪些化合物为手性分子下列哪些化合物为手性
10、分子 CHCOOHCH3HbdcNO2NO2HOOCHOOCCCCHCH3HCH3CCCHCH3HHa含手性轴，手性分子含手性轴，手性分子非手性分子非手性分子非手性分子非手性分子判断下列分子是否有手性：判断下列分子是否有手性：手性分子的生物作用手性分子的生物作用 手性分子的立体结构与受体的立体结构手性分子的立体结构与受体的立体结构(受受体靶位有互补关系时，其活性部位才能进入受体靶位有互补关系时，其活性部位才能进入受体的靶位，产生应有的生理作用。而一对对映体的靶位，产生应有的生理作用。而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理活性。产生生理
11、活性。 手性分子与手性生物受体之间的相互作用手性分子与手性生物受体之间的相互作用 例如：例如： HOHONH2COOHHOHOHH2NHOOCH (+)-多巴多巴（无生理效应）（无生理效应） (-)-多巴多巴（抗帕金森病）（抗帕金森病） 你认为下列阐述中哪些是正确的？哪些是你认为下列阐述中哪些是正确的？哪些是错误的？为什么？错误的？为什么？n一对对映体总有实物与镜影关系。一对对映体总有实物与镜影关系。n所有手性分子都有非对映体。所有手性分子都有非对映体。n所有具有手性碳的化合物都是手性分子。所有具有手性碳的化合物都是手性分子。具有具有R构型的手性化合物必定有右旋的旋构型的手性化合物必定有右旋的
12、旋光方向。光方向。n如果一个化合物没有对称面，它必然是手如果一个化合物没有对称面，它必然是手性的。性的。CH3OHHHHHHOH3C无旋光性图图4 4- -5 5乙醇分子对偏振光无净旋光二、旋光性和手性的关系二、旋光性和手性的关系 例如，一束平面偏振光在例如，一束平面偏振光在右旋光活性右旋光活性的物的物质中传播，其质中传播，其右旋圆偏振光右旋圆偏振光比左旋圆偏振光传比左旋圆偏振光传播的速度快，于是在通过这种物质之后，透射播的速度快，于是在通过这种物质之后，透射出来的两种圆偏振光重新组合成的平面偏振光出来的两种圆偏振光重新组合成的平面偏振光的偏振面就向右旋转了一个角度。的偏振面就向右旋转了一个角
13、度。二、旋光性和手性的关系二、旋光性和手性的关系 当偏振光通过一个当偏振光通过一个分子对称的介质分子对称的介质时，两种圆偏时，两种圆偏振光受到分子的作用相同，以相同的速度通过这种介振光受到分子的作用相同，以相同的速度通过这种介质，偏振光原来的偏振面不变，即对称分子无旋光活质，偏振光原来的偏振面不变，即对称分子无旋光活性。如果偏振光通过由性。如果偏振光通过由手性分子手性分子组成的介质，则右旋组成的介质，则右旋圆偏振光从右边接近分子，左旋圆偏振光从左边接近圆偏振光从右边接近分子，左旋圆偏振光从左边接近分子，分子，由于分子的不对称性，这两种圆偏振光所遇到由于分子的不对称性，这两种圆偏振光所遇到的基团
14、不同，不同基团的极化度不相同，所以两种圆的基团不同，不同基团的极化度不相同，所以两种圆偏振光的折射率不同，即两种圆偏振光经过手性分子偏振光的折射率不同，即两种圆偏振光经过手性分子时所时所遇到的阻力不同，从而使二者传播的速度不同。遇到的阻力不同，从而使二者传播的速度不同。二、旋光性和手性的关系二、旋光性和手性的关系三、外消旋体三、外消旋体 外消旋体（外消旋体（racemic mixture 或或racemate）：）：一对对映体的等量混合物，常用（一对对映体的等量混合物，常用（）或）或dl表示。表示。 n外消旋体是否显旋光性？为什么外消旋体是否显旋光性？为什么？ 不显旋光性。因为对映体间旋光角度
15、相不显旋光性。因为对映体间旋光角度相 等，而其方向相反，正好相互抵消。等，而其方向相反，正好相互抵消。HHOHOHCHOCCCH2OHHOHOHHCHOCCCH2OHHHOHOHCHOCCCH2OHHOHOHHCHOCCCH2OH (a) (b) (c) (d) 对映体对映体 对映体对映体 (a)与与(c)或或(d)、(b)与与(c)或或(d)间彼此不成镜像关系的立体间彼此不成镜像关系的立体异构体称异构体称非对映体非对映体。 四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体HOHOHHCO2HCCCO2HHHOHOHCO2HCCCO2HHHOHOHCO2HCCCO2HHOHOHHCO2HCCCO2
16、H(a) (b) (c) (d) 含对称面，对位交叉式构象含对称中心。是非手含对称面，对位交叉式构象含对称中心。是非手性分子，称性分子，称内消旋体。内消旋体。 对映体对映体 相同相同 内消旋体内消旋体四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体赤式和苏式：赤式和苏式：赤式：赤式：两个取代基在同侧。两个取代基在同侧。苏式：苏式：两个取代基在不同侧。两个取代基在不同侧。如：如：ClHCH3CH3HClBrBrCH3CH3HHClHCH3CH3HClBrBrCH3CH3HHErythro(赤式赤式)threo(苏式苏式)四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体酒石酸立体异构体的物理性质酒石酸立体
17、异构体的物理性质 熔点（熔点（） 溶解度（溶解度（g） ()酒石酸酒石酸()酒石酸酒石酸内消旋酒石酸内消旋酒石酸()酒石酸酒石酸170170140206139.0139.0125.020.0-12 +12 0 0 20D四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光必然为零。外消旋体与纯对映体的物理性质不同，旋光必然为零。（i）外消旋混合物）外消旋混合物 （ii）外消旋化合物）外消旋化合物 （iii）固体溶液）固体溶液外消旋化合物：外消旋化合物：左旋体与右旋体分子之间有较大亲和力，两种分子在左旋体与右旋体分子之间有较大亲和力，两种分子在晶胞晶胞中中配对，形成
18、计量学上的化合物晶体。它们熔点多数高于纯旋光体，溶解度则配对，形成计量学上的化合物晶体。它们熔点多数高于纯旋光体，溶解度则低于纯旋光体。低于纯旋光体。 外消旋混合物：外消旋混合物：纯旋光体之间的亲和力更大，左旋体与右旋体分别形成晶体。纯旋光体之间的亲和力更大，左旋体与右旋体分别形成晶体。它们熔点通常低于纯旋光体，溶解度则高于纯旋光体。它们熔点通常低于纯旋光体，溶解度则高于纯旋光体。 外消旋固体溶液外消旋固体溶液: :纯旋光体之间，与对映体之间的亲和力比较接近，两种构型纯旋光体之间，与对映体之间的亲和力比较接近，两种构型分子排列混乱。熔点、溶解度和纯旋光体比较接近。分子排列混乱。熔点、溶解度和纯
19、旋光体比较接近。 四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体2，3，4-三氯戊烷：三氯戊烷：HCH3CH3ClClClHHHCH3CH3ClClClHH（1）（1）HCH3CH3ClClClHH（2）HCH3CH3ClClClHH（2）HCH3CH3ClClClHHHCH3CH3ClClClHHHCH3CH3ClClClHHHCH3CH3ClClClHH（3）（3）（4）（4）(1)=(1)(2)=(2)(3)=(4)(4)=(3)四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体假手性碳原子：假手性碳原子：HCH3CH3ClClClHH（1）C2-SC4-RC3-sHCH3CH3ClClClHH
20、（2）C2-SC4-RC3-r四、非对映体和内消旋体四、非对映体和内消旋体（一）潜手性中心（一）潜手性中心 非手性分子非手性分子CXCX2 2Y Y2 2 如如 CHCH3 3CHCH2 2CHCH3 3C-2C-2上的两个上的两个H H地位相等地位相等, ,（立体化学环境相同）（立体化学环境相同）等位（等位（homotopichomotopic）关系。）关系。CH3CH3XH2HH22CH3CH3XHCH3CH3五、潜手性关系五、潜手性关系另一非手性分子如丙酸：另一非手性分子如丙酸： HHCH3COOH123Br2,PHBrCOOHCH3123+BrHCOOHCH3123C-2的两个的两个H
21、地位并不相等。象地位并不相等。象CX2YZ分子中的碳原子分子中的碳原子被称为被称为潜手性中心潜手性中心(prochiral center)；分子中的；分子中的X被被不同于不同于X,Y,Z的基团取代后形成的对映体时，两个基团的基团取代后形成的对映体时，两个基团(X)称为对映异位基团；两个基团的这一关系称为称为对映异位基团；两个基团的这一关系称为对映对映异位关系。异位关系。(R) (S) 五、潜手性关系五、潜手性关系 前（潜）手性碳和前（潜）手性氢前（潜）手性碳和前（潜）手性氢n被取代后，成为手性碳被取代后，成为手性碳 pro-C pro-Cn被被D D代后，得代后，得S-S-构型构型HHs sn
22、被被D D代后，得代后，得R-R-构型构型HHR RHHCH3C2H5Pro-sPro-RHCH3C2H5HCH3C2H5DDRS五、潜手性关系五、潜手性关系 具有对称面的不饱和键经过加成得到一对对映体，具有对称面的不饱和键经过加成得到一对对映体，可说明另一种潜手性关系，即可说明另一种潜手性关系，即 Prochiral face. CH3CHOre面si面(顺时针方向，OCH)(逆时针方向,OCH)如苯乙酮加氢得到外消旋产物如苯乙酮加氢得到外消旋产物-苯乙醇。苯乙醇。（二）潜手性面（二）潜手性面(prochiral face) 从左侧看，从左侧看，OCH的顺序，其转向是顺时的顺序，其转向是顺时
23、针的，称为针的，称为R面；从右侧看，称为面；从右侧看，称为S面。面。 R面与面与S面，对映异构关系，称为对映异位面；面，对映异构关系，称为对映异位面；特殊试剂可辨认。特殊试剂可辨认。Eg. CH3C DONaBH4HH3COHD+OHDH3CH(R)(S)R与S等量，外消旋CH3C DO酶还原H3CDOHH(R)aD=-0.280进攻Si面五、潜手性关系五、潜手性关系六、对映异构体的合成及化学六、对映异构体的合成及化学（一）手性中心的产生（一）手性中心的产生非手性分子转化成手性分子非手性分子转化成手性分子 如：正丁烷的氯代，控制条件可得到主要产物如：正丁烷的氯代，控制条件可得到主要产物2-2-
24、氯丁烷，该分子存在手性碳，但产物不旋氯丁烷，该分子存在手性碳，但产物不旋光。为什么？光。为什么？因为得到的是等量的左旋体和右旋体的混合物因为得到的是等量的左旋体和右旋体的混合物外消旋体外消旋体。CH3CH2CH2CH3Cl2/光CH3CH2CHCH3Cl为什么会形成外消旋体？为什么会形成外消旋体？n正丁烷的氯代历程中，产生仲丁基自由正丁烷的氯代历程中，产生仲丁基自由基中间体基中间体平面构型平面构型氯从平面上氯从平面上下方进攻机会均等。下方进攻机会均等。 CCH2CH3HH3CCCH2CH3HH3C六、对映异构体的合成及化学六、对映异构体的合成及化学（二）外消旋化（二）外消旋化(racemiza
25、tion):旋光物质旋光物质转变为不旋光的外消旋体的过程转变为不旋光的外消旋体的过程.(1)长期放置，如长期放置，如R-3-苯基苯基-2-丁酮在酸或碱的乙醇丁酮在酸或碱的乙醇水溶液中，通过烯醇化引起消旋化。水溶液中，通过烯醇化引起消旋化。(2)由于反应过程中产生碳正离子而消旋化，如：由于反应过程中产生碳正离子而消旋化，如：CCH3PhCHCH3OH或 OHCCH3CPhOHCH3CCH3PhCHCH3O或OHCPhH3CHCl-ClCPhH3CHH2OCPhH3CHOHCPhCH3HHO+六、对映异构体的合成及化学六、对映异构体的合成及化学（ 三）外消旋体的拆分三）外消旋体的拆分 n1.接种结
26、晶法接种结晶法 如谷氨酸的的拆分。如谷氨酸的的拆分。n2.生物化学法生物化学法 利用微生物或酶在外消旋体的稀溶液中利用微生物或酶在外消旋体的稀溶液中生长时，优先破坏其中一种对映体的方法。生长时，优先破坏其中一种对映体的方法。n3.手性色谱法手性色谱法 用手性的化合物如淀粉、蔗糖粉、乳糖用手性的化合物如淀粉、蔗糖粉、乳糖粉等作为吸附剂。如粉等作为吸附剂。如DL丙氨酸的拆分，淀粉为吸附丙氨酸的拆分，淀粉为吸附剂，水作洗脱剂，左旋体先被洗脱。剂，水作洗脱剂，左旋体先被洗脱。n4.化学法化学法 基于非对映体的物理性质的差别，设法制基于非对映体的物理性质的差别，设法制成非对映体。用常规分离手段分开，再经
27、一定方法处成非对映体。用常规分离手段分开，再经一定方法处理使其转换回原来的对映体。理使其转换回原来的对映体。n拆分试剂：人工合成的；天然产物。光学纯度拆分试剂：人工合成的；天然产物。光学纯度100%。n5.形成分子包和物形成分子包和物例：化学法拆分外消旋酸例：化学法拆分外消旋酸dl-酸 + 2d-碱dd-盐 + dl-盐重结晶dd-盐假设其溶解度小母液浓缩后再多次反复重结晶d-酸 + d-碱.HCl盐dd-盐HCll-酸 + d-碱.HCl盐dl-盐HCl（ 三）外消旋体的拆分三）外消旋体的拆分外消旋体的拆分实例：外消旋体的拆分实例：（ 三）外消旋体的拆分三）外消旋体的拆分（四）对映体与手性试
28、剂及非手性试剂的反应（四）对映体与手性试剂及非手性试剂的反应n一对对映体与非手性试剂反应时，反应一对对映体与非手性试剂反应时，反应速度完全相等。因过渡态也呈对映关系。速度完全相等。因过渡态也呈对映关系。n如：如：CH3CHCOOHCldl+ CH3OHHHCH3ClCOOCH3+HCH3ClCOOCH3RS当与手性试剂反应时，反应速度不相等。当与手性试剂反应时，反应速度不相等。CH3CHCOOHCldl+ S-2-丁醇HHCH3C2H5Cl+HCH3ClS C=OOHCH3C2H5 C=OOHCH3SSR（四）对映体与手性试剂及非手性试剂的反应（四）对映体与手性试剂及非手性试剂的反应（五）手性
29、分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学n1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键n例如：ClCH3-CH-CH2CH3Cl2光ClCH2-CH-CH2CH3ClClCH3-CH-CHCH3ClClCH3-CH-CH2CH2ClCH3-CCl2-CH2CH3未产生新的手性碳，原手性碳构型不变，未产生新的手性碳，原手性碳构型不变，但构型符号可能改变。但构型符号可能改变。HCH3ClC2H5HCH2ClClC2H5R-1,2-二氯丁烷HCH3ClHClS-1,3-二氯丁烷CH2CH3CH2CH2ClCH3S1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键不产生新的手性碳，产物
30、与反应物相比，不产生新的手性碳，产物与反应物相比，产物的旋光纯度也与反应物相同。产物的旋光纯度也与反应物相同。例如：用氯化氢处理具有例如：用氯化氢处理具有100%光学纯度的光学纯度的S-2-甲基甲基-1-丁醇（丁醇（比旋光度为比旋光度为:-5.756 ）得到的得到的1-氯氯-2-甲基丁烷也应是旋光纯的甲基丁烷也应是旋光纯的（比旋光度（比旋光度:+1.64 ）。）。H3CCH2OHHCH2CH3H3CCH2ClHCH2CH31.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键产生新的手性碳，产物为一对非对映体，产生新的手性碳，产物为一对非对映体，且是且是不等量不等量的。的。HCH3ClSRHClCl
31、HCH3ClHCH3CH3SS内消旋有光学活性为什么？为什么？1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键从从中间体构象的稳定性来考察中间体构象的稳定性来考察:S-2-氯丁烷的氯丁烷的 C3 氯代时两种较稳定的构象氯代时两种较稳定的构象CH3HHCH3ClCH3HHCH3Cl1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键CH3HHCH3ClCl2光Cl2CH3CH3HHClClCH3CH3ClClHHCH3HHCH3ClCl2光Cl2CH3CH3HHClClCH3CH3ClClHH内消旋S ,S-异构体71%29%1.不断裂与手性碳相连的键不断裂与手性碳相连的键2.断裂与手性碳所连的键，
32、随反应机理的断裂与手性碳所连的键，随反应机理的不同而不同。可有三种情况：不同而不同。可有三种情况：n构型保持；构型保持；n构型翻转；构型翻转；n外消旋化。外消旋化。（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学立体化学的结果为反应机理提供有力的证据。如立体化学的结果为反应机理提供有力的证据。如烷烃的卤代：烷烃的卤代：n链增长两种可能链增长两种可能：X+ RHR+ HXR+ X2RX+ XX+ RHRX + H+ X2HX +HX（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学如何确定正误呢？关键考察如何确定正误呢？关键考察是否有烷基自是否有烷基自由基由基产生。
33、产生。n使用手性分子，若手性碳上的氢被取代，生成使用手性分子，若手性碳上的氢被取代，生成的产物若为的产物若为外消旋体外消旋体，则可证实则可证实产生了烷基自产生了烷基自由基。如：由基。如：HCH3ClCH2ClC2H5CH3C2H5CH2ClCl-Cl-HClab（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学ClHCH3ClCH2ClC2H5CH3C2H5CH2ClCl-Cl-HClabCH3CH2ClC2H5ClCH3CH2ClC2H5abSR（五）手性分子在反应中的立体化学（五）手性分子在反应中的立体化学2-2 2-2 顺反异构顺反异构一、由双键引起的顺反异构一、由双键引起
34、的顺反异构（一）含（一）含C=C的化合物的化合物CCWXYZCCZYwX(A)(B)C CC CC CMeHBrEtEtHCOOHMeClHClBr(Z)(Z)(E) 顺顺反命名：当反命名：当W=Y时，时，(A)为顺式，为顺式，(B)为反式。为反式。 Z-E命名：基团按次序规则排列大小。两个优先（大）命名：基团按次序规则排列大小。两个优先（大）基团处于双键同侧，为基团处于双键同侧，为Z式；反之为式；反之为E式。式。（一）含（一）含C=C的化合物的化合物B.顺反异构体数目：顺反异构体数目：N=2n (n为双键数为双键数)C.性质：性质： 原因原因 ： 稳定性稳定性: 顺式顺式反式反式 顺式偶极矩
35、大，分子间引力也大顺式偶极矩大，分子间引力也大 密密 度度 : 顺式顺式反式反式 同上同上 折射率折射率: 顺式顺式反式反式 同上同上 熔熔 点：点：顺式顺式反式反式 同上同上 加热加热 顺式顺式反式反式（一）含（一）含C=C的化合物的化合物（二）含（二）含C=N和和N=N的化合物的化合物 键不能旋转，产生顺反异构。键不能旋转，产生顺反异构。CNWN NWCNWN NWXYXYYY(A) (B) (C) (D)命名：命名： 1.对于肟对于肟(=C=N-OH)、腙、腙(=C=N-NH2 )和其它化合物，和其它化合物， 若若W=Y，则，则 (A)为顺式，为顺式，(B)为反式。为反式。 2Z-E法：
36、氮上的未共用电子对在顺序规则中位于法：氮上的未共用电子对在顺序规则中位于H之后。之后。 3偶氮化合物偶氮化合物(C)总是顺式或总是顺式或Z型；型；(D)则是反式或则是反式或E型。型。 一、由双键引起的顺反异构一、由双键引起的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构 环中的环中的键不能自由旋转，产生顺反异构；也可能出现键不能自由旋转，产生顺反异构；也可能出现对映异构体。对映异构体。 对映体对映体 内消旋体内消旋体 反式异构体反式异构体 顺式异构体顺式异构体 顺式顺式 反式反式HCOOHHCOOHCOOHHHCOOHCOOHHHCOOHCOOHHHCOOHHHCOOHCOOH无对映
37、体一、由双键引起的顺反异构一、由双键引起的顺反异构 两个相同的环在相邻原子间并联的稠环化合物，两个相同的环在相邻原子间并联的稠环化合物，有顺反异构，无对映异构。有顺反异构，无对映异构。eg.十氢化萘十氢化萘 二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构按稠合处两个氢原子的空间情况不同，有顺式和反式两种异构体。按稠合处两个氢原子的空间情况不同，有顺式和反式两种异构体。在反式十氢萘中，两个环己烷是以在反式十氢萘中，两个环己烷是以ee键稠合键稠合，它是一个刚性分子，它是一个刚性分子，不能转换成不能转换成aa键稠合的十氢萘形式。键稠合的十氢萘形式。而在顺式十氢萘中两个环己烷是以而在顺式十氢萘中两个
38、环己烷是以ea键稠合的键稠合的，它可转换为，它可转换为ae键键稠合的构象。稠合的构象。如下图：如下图：顺顺-十氢萘的构象对映体十氢萘的构象对映体二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构两种十氢萘的稳定性不同，反式的比顺式的稳定。两种十氢萘的稳定性不同，反式的比顺式的稳定。主要是由于反式主要是由于反式十氢萘分子结构较为平展，而顺式十氢萘分子中在十氢萘分子结构较为平展，而顺式十氢萘分子中在C3、C4、C5、C7位上位上a键的氢原子彼此靠得较近，存在相互排斥作用，内能较高键的氢原子彼此靠得较近，存在相互排斥作用，内能较高而表现出相对的不稳定。如图。而表现出相对的不稳定。如图。二、脂环化合物的
39、顺反异构二、脂环化合物的顺反异构 两个不同的环并联时，有两个不同的环并联时，有顺反异构顺反异构体，也有对映异构体。体，也有对映异构体。（顺式）（反式）二、脂环化合物的顺反异构二、脂环化合物的顺反异构一、立体选择反应一、立体选择反应（stereoselective reaction）定义：同一反应物能够生成两种以上的立体异定义：同一反应物能够生成两种以上的立体异构物时，其中一异构体或对映体生成较多的反构物时，其中一异构体或对映体生成较多的反应。应。一般为反式消除一般为反式消除60% 20% 20%CH3CH2CHCH3IKOC(CH3)3DMSOC CHCH3H3CHC CCH3HH3CH+ C
40、H3CH2CH=CH2IDCHABABCD2-3 反应过程中的立体化学反应过程中的立体化学2-碘丁烷的消除反应：碘丁烷的消除反应：较稳定的构象得到较稳定的构象得到较多的消除产物。较多的消除产物。2-3 反应过程中的立体化学反应过程中的立体化学CHOCH3H3CH3CHHLiAlH4CHCH3H3CH3CHHOHCHOCH3H3CH3CHHLiAlH(OCH3)3CHCH3H3CH3CHHOH如如4-叔丁基的还原反应，为典型的高度立体选择性叔丁基的还原反应，为典型的高度立体选择性试剂的体积较小，以稳定的产物为主试剂的体积较小，以稳定的产物为主试剂的体积较大，以优先进攻空阻较小的方位。试剂的体积较
41、大，以优先进攻空阻较小的方位。2-3 反应过程中的立体化学反应过程中的立体化学二、立体专一反应二、立体专一反应 (stereospecific reaction)定义：定义：一定立体异构的原料在某种条件下只取得一定立体异构的原料在某种条件下只取得一定构型产物的反应。一定构型产物的反应。eg.C CMeHMeH+CBrBrMeHMeHBrBr(单线态二溴卡宾)C CMeHHMe+CBrBrMeHHMeBrBr2-3 反应过程中的立体化学反应过程中的立体化学CH3CH3HHBr2BrBrCH3CH3HHBrBrCH3CH3HH+CH3CH3BrHHBrCH3CH3BrHHBr顺、反-2-丁烯与溴的
42、加成二、立体专一反应二、立体专一反应CH3CH3HHBr2BrBrCH3CH3HHBrBrCH3CH3HH+CH3CH3BrHHBrCH3CH3BrHHBr二、立体专一反应二、立体专一反应符合事实的机理：符合事实的机理：溴f离子，较稳定BrBrH2C CH2+H2C CH2（环状溴正离子）反式加成（反式加成（antiaddition） 二、立体专一反应二、立体专一反应+BrHCH3CH3HBrababBrBrCH3CH3HHBrBrCH3CH3HHCH3CH3BrHHBrCH3CH3BrHHBr外消旋体二、立体专一反应二、立体专一反应+BrHCH3CH3HBrBrBrCH3CH3HHBrBrC
43、H3CH3HHcdcdCH3CH3BrHHBrCH3CH3BrHHBr内消旋体二、立体专一反应二、立体专一反应立体选择性反应和立体专一性反应立体选择性反应和立体专一性反应n如果一个反应中，有可能生成几种立体异构体，如果一个反应中，有可能生成几种立体异构体，但实际上，只得到或主要得到其中一个立体异但实际上，只得到或主要得到其中一个立体异构体或一对对映体，这样的反应，称为立体选构体或一对对映体，这样的反应，称为立体选择性反应（择性反应（stereoselective reaction）。）。 n由立体构型不同的反应物（顺由立体构型不同的反应物（顺-2-丁烯和反丁烯和反-2-丁丁烯）产生立体构型不同
44、的产物（外消旋体和内烯）产生立体构型不同的产物（外消旋体和内消 旋 体 ） 的 反 应 ， 称 为 立 体 专 一 性 反 应消 旋 体 ） 的 反 应 ， 称 为 立 体 专 一 性 反 应（stereospecific reaction） 所有的立体专一性反应都是立体选择性的，所有的立体专一性反应都是立体选择性的，但反过来就不对了，如对甲苯磺酸的消除反应：但反过来就不对了，如对甲苯磺酸的消除反应： 利用立体选择反应可有效地合成某一光学异构利用立体选择反应可有效地合成某一光学异构体。其有效程度用对映体过量百分数（体。其有效程度用对映体过量百分数（e.e enantiomeric excess
45、）来衡量。）来衡量。对映体过量百分率= R S S+ R= 100%R - %S立体选向百分率 = A B B+ A= 100%A- %B2-4 不对称合成（不对称合成（Asymmetric synthesis）光学纯度光学纯度:手性产物的比旋光度除以该纯净物质的比手性产物的比旋光度除以该纯净物质的比旋光度称为手性产物的光学纯度。旋光度称为手性产物的光学纯度。若旋光度与对映体的组成成正比，若旋光度与对映体的组成成正比，则光学纯度与对映则光学纯度与对映体过量百分数相等（大致，不够准确）。体过量百分数相等（大致，不够准确）。 手性气相和液相及手性气相和液相及NMR法更好。法更好。对称合成方法有许多
46、种，常用的一种是先在非手性原对称合成方法有许多种，常用的一种是先在非手性原料中引进一个手性基团，然后再进一步反应，与试剂料中引进一个手性基团，然后再进一步反应，与试剂发生反应的官能团由于受到手性基团的影响，发生反应的官能团由于受到手性基团的影响，就有可就有可能对两种立体选择中的某一方向更有利。能对两种立体选择中的某一方向更有利。如乳酸的制如乳酸的制备方法：备方法：2-4 不对称合成不对称合成如乳酸的制备：如乳酸的制备：CH3COCOOHCH3OHCH3COCOOCH3AI(Hg)CH3CH(OH)COOCH3H2OCH3CH(OH)COOH*外消旋体外消旋体CH3COCOOHCH3COCOOC
47、10H19AI(Hg)H2OCH3CH(OH)COOH*+HHCH(CH3)2H3COHHCH3CH(OH)COOC10H19*(-)-薄荷醇丙酮酸(-)-薄荷醇酯（-）乳酸(-)-薄荷醇酯（过量）（-）乳酸（过量）2-4 不对称合成不对称合成为什么（为什么（- -）的乳酸过量？）的乳酸过量？PrelogPrelog从分子构象分析进从分子构象分析进行解释：行解释：假定能谷的构象体中两个羰基共平面且处假定能谷的构象体中两个羰基共平面且处于反位。首先将（于反位。首先将（- -）薄荷醇的结构用简式代表：）薄荷醇的结构用简式代表：SMLCSMLC* *OHOH，即：，即：2-4 不对称合成不对称合成丙
48、酮酸（丙酮酸（-）薄荷酯相对稳定的构象体可用透）薄荷酯相对稳定的构象体可用透视式表示：视式表示：因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方进攻有利。进攻有利。2-4 不对称合成不对称合成因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方因最大基团处于纸平面的前方，还原剂从后方进攻有利。进攻有利。Prelog规律：规律：应用类似（应用类似（-）薄荷醇空间构型的）薄荷醇空间构型的试剂为光活性辅助试剂时，其试剂为光活性辅助试剂时，其-酮酸酯的主要酮酸酯的主要还原产物为还原产物为R构型。构型。2-4 不对称合成不对称合成不对称催化反应（不对称催化反应（chiral cata
49、lysis）：）： 少量催化剂与反应底物或试剂形成高反应活性的中少量催化剂与反应底物或试剂形成高反应活性的中间体催化剂作为手性模板控制反应物的对称面，经不对间体催化剂作为手性模板控制反应物的对称面，经不对称反应得到新的手性产物，而催化剂在反应中循环使用，称反应得到新的手性产物，而催化剂在反应中循环使用，达到手性增殖或手性放大作用。达到手性增殖或手性放大作用。 目前手性技术在工业中得到广泛应用，如不对称催目前手性技术在工业中得到广泛应用，如不对称催化氢化，不对称催化环丙烷化，不对称催化羰基化等。化氢化，不对称催化环丙烷化，不对称催化羰基化等。2-4 不对称合成不对称合成如美国孟山都公司在如美国孟
50、山都公司在20世纪世纪70年代成功地用不年代成功地用不对称催化氢化合成了治疗帕金森病的药物多巴。对称催化氢化合成了治疗帕金森病的药物多巴。S-构型2-4 不对称合成不对称合成（S）-萘普生（萘普生（S-Naproxen）ee值达值达96%非甾体抗炎镇痛的药物非甾体抗炎镇痛的药物20世纪世纪80年代年代，一种非甾体抗炎镇痛的新药一种非甾体抗炎镇痛的新药（S）-萘普生萘普生（S-Naproxen）走向市场，年销售额达）走向市场，年销售额达10亿美元。亿美元。2-4 不对称合成不对称合成 2-5 构象和构象分析构象和构象分析 构象：由单键旋转所形成的分子中基团在空构象：由单键旋转所形成的分子中基团在
