1、第五章对映异构第五章对映异构有机化学有机化学 第五章第五章 对映异构对映异构3.1 3.1 旋光性旋光性3.2 3.2 手性与对称性手性与对称性3.3 3.3 具有一个手性碳原子化合物的对映异构具有一个手性碳原子化合物的对映异构3.4 3.4 对映异构体构型标记法对映异构体构型标记法3.5 3.5 具有两个和两个以上手性碳原子化合物的对映异构具有两个和两个以上手性碳原子化合物的对映异构3.6 3.6 含假手性碳原子化合物含假手性碳原子化合物3.7 3.7 环状化合物的对映异构环状化合物的对映异构3.8 3.8 对映异购与构象对映异购与构象3.9 3.9 不含手性碳原子的化合物的对映异构不含手性
2、碳原子的化合物的对映异构3.10 3.10 外消旋体的拆分外消旋体的拆分3.11 3.11 对映异构与生物活性对映异构与生物活性对映异构分子的结构分子的结构分子的构造分子的构造分子的立体结构分子的立体结构分子中原子相互联结的方式和次序分子中原子相互联结的方式和次序分子中原子在空间的排列方式分子中原子在空间的排列方式同分异构现象同分异构现象构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构、官能团异构、官能碳链异构、官能团异构、官能团位置异构、互变异构等团位置异构、互变异构等构象异构构象异构构型异构构型异构顺反异构顺反异构 对映异构对映异构对映异构对映异构物质的旋光性很早就被发现，如石英晶体等无机晶物质的
3、旋光性很早就被发现，如石英晶体等无机晶体的旋光性早已被人们所知。但对有机化合物旋光体的旋光性早已被人们所知。但对有机化合物旋光性的认识则较晚。性的认识则较晚。1848年，路易年，路易巴斯德巴斯德(Louis Pasteur,18221895)对酒石酸钠铵晶体的研究，为旋光对酒石酸钠铵晶体的研究，为旋光异构现象即对映异构现象奠定了理论基础。异构现象即对映异构现象奠定了理论基础。v具有旋光异构的分子具有什么特性呢？具有旋光异构的分子具有什么特性呢？首先是在生物化学上，它们往往表现出不同的性首先是在生物化学上，它们往往表现出不同的性质来，如丙氨酸，它有两种分子，当把它们作为质来，如丙氨酸，它有两种分
4、子，当把它们作为某种细菌的食物时，只有一种被吃掉，而另一种某种细菌的食物时，只有一种被吃掉，而另一种完全保留下来。可见在生物体中的选择性是很高完全保留下来。可见在生物体中的选择性是很高的。这对于生物化学当然是相当重要的。的。这对于生物化学当然是相当重要的。对映异构起源Crystals of Sodium Ammonium Tartrate酒石酸钠铵晶体早期发现1848年年巴斯德巴斯德对映异构对映异构v天然化合物中常见天然化合物中常见Vc右旋体可医治坏血病右旋体可医治坏血病;谷氨酸右旋体有调谷氨酸右旋体有调味作用味作用;麻黄碱右旋才能舒张血管治高血压麻黄碱右旋才能舒张血管治高血压v旋光相反的异构
5、体则无用甚至有毒旋光相反的异构体则无用甚至有毒v大部分氨基酸是左旋体大部分氨基酸是左旋体v反应停治孕妇反应，但其旋光相反的异构反应停治孕妇反应，但其旋光相反的异构体则致畸体则致畸反应停：五十年恩怨反应停：五十年恩怨Thalidomide(反应停）反应停）一种治疗早期妊娠反应的药物，有很好一种治疗早期妊娠反应的药物，有很好的止吐作用。许多有呕吐反应的早期妊的止吐作用。许多有呕吐反应的早期妊娠妇女，服用此药后，可迅速把妊娠反娠妇女，服用此药后，可迅速把妊娠反应性呕吐停住，因而取名为应性呕吐停住，因而取名为“反应停反应停”。反应停反应停 其他名称：沙利度胺其他名称：沙利度胺 太胺呱啶酮太胺呱啶酮 太
6、谷山亚胺太谷山亚胺 太咪呱啶酮太咪呱啶酮主要成分：主要成分：性状：片剂。性状：片剂。功能主治：为一种镇静剂，对于各型麻风反应如发热、结节红斑、神经痛、关节痛、淋巴结肿大等，有一定功能主治：为一种镇静剂，对于各型麻风反应如发热、结节红斑、神经痛、关节痛、淋巴结肿大等，有一定疗效，对结核样型的麻风反应疗效稍差。对麻风本病无治疗作用，可与抗麻风药同用以减少反应。疗效，对结核样型的麻风反应疗效稍差。对麻风本病无治疗作用，可与抗麻风药同用以减少反应。用法及用量：口服：每日用法及用量：口服：每日100-200mg，分次服。对严重反应者，可增至，分次服。对严重反应者，可增至300-400mg（反应得到控制即
7、逐（反应得到控制即逐渐减量）。对长期反应者，需要较长期服药，每日或隔日服渐减量）。对长期反应者，需要较长期服药，每日或隔日服25-50mg。不良反应和注意：本品有强烈致畸作用，妊娠妇女禁忌。非麻风病病人不应使用此药。不良反应有口干、头不良反应和注意：本品有强烈致畸作用，妊娠妇女禁忌。非麻风病病人不应使用此药。不良反应有口干、头昏、倦怠、恶心、腹痛、面部浮肿等。近年发现本品有免疫抑制作用，可用于骨髓移植。昏、倦怠、恶心、腹痛、面部浮肿等。近年发现本品有免疫抑制作用，可用于骨髓移植。v 1953年，瑞士的一家名为年，瑞士的一家名为Ciba的药厂（现药界巨头瑞士诺华的前身之一）首的药厂（现药界巨头瑞
8、士诺华的前身之一）首次合成了一种名为次合成了一种名为”Thalidomide”的药物。此后，的药物。此后，Ciba药厂的初步实验表明，药厂的初步实验表明，此种药物并无确定的临床疗效，便停止了对此药的研发。此种药物并无确定的临床疗效，便停止了对此药的研发。v 然而当时的联邦德国一家名为然而当时的联邦德国一家名为ChemieGruenenthal的制药公司对反应停颇的制药公司对反应停颇感兴趣。他们尝试将其用做抗惊厥药物以治疗癫痫，但疗效欠佳，又尝试将感兴趣。他们尝试将其用做抗惊厥药物以治疗癫痫，但疗效欠佳，又尝试将其用做抗过敏药物，结果同样令人失望。但研究人员在这两项研究过程中发其用做抗过敏药物，
9、结果同样令人失望。但研究人员在这两项研究过程中发现，反应停具有一定的镇静安眠的作用，而且对孕妇怀孕早期的妊娠呕吐疗现，反应停具有一定的镇静安眠的作用，而且对孕妇怀孕早期的妊娠呕吐疗效极佳。此后，在老鼠、兔子和狗身上的实验没有发现反应停有明显的副作效极佳。此后，在老鼠、兔子和狗身上的实验没有发现反应停有明显的副作用（事后的研究显示，其实这些动物服药的时间并不是反应停作用的敏感用（事后的研究显示，其实这些动物服药的时间并不是反应停作用的敏感期），期），ChemieGruenenthal公司便于公司便于1957年年10月月1日将反应停正式推向了日将反应停正式推向了市场。市场。v 此后不久，反应停便成
10、了此后不久，反应停便成了“孕妇的理想选择孕妇的理想选择”（当时的广告用语），在欧洲、（当时的广告用语），在欧洲、亚洲、非洲、澳洲和南美洲被医生大量处方给孕妇以治疗妊娠呕吐。亚洲、非洲、澳洲和南美洲被医生大量处方给孕妇以治疗妊娠呕吐。v 到到1959年，仅在联邦德国就有近年，仅在联邦德国就有近100万人服用过反应停，反应停的每月销量万人服用过反应停，反应停的每月销量达到了达到了1吨的水平。在联邦德国的某些州，患者甚至不需要医生处方就能购买吨的水平。在联邦德国的某些州，患者甚至不需要医生处方就能购买到反应停。但是在美国，因为有报道称，猴子在怀孕的第到反应停。但是在美国，因为有报道称，猴子在怀孕的第
11、23到到31天内服用反天内服用反应停会导致胎儿的出生缺陷，美国食品和药品管理局（应停会导致胎儿的出生缺陷，美国食品和药品管理局（FDA）的评审专家极）的评审专家极力反对将反应停引入美国市场。最终，力反对将反应停引入美国市场。最终，FDA没有批准此种药物在美国的临床没有批准此种药物在美国的临床使用，而是要求研究人员对其进行更深入的临床研究（后来的事实证明，这使用，而是要求研究人员对其进行更深入的临床研究（后来的事实证明，这是一项多么明智的决定！）。是一项多么明智的决定！）。v 到了到了1960年，欧洲的医生们开始发现，本地区畸形婴儿的出生率明显上升。年，欧洲的医生们开始发现，本地区畸形婴儿的出生
12、率明显上升。这些婴儿有的是四肢畸形，有的是腭裂，有的是盲儿或聋儿，还有的是内脏这些婴儿有的是四肢畸形，有的是腭裂，有的是盲儿或聋儿，还有的是内脏畸形（后来的追踪调查显示，其实早在畸形（后来的追踪调查显示，其实早在1956年年12月月25日，世界上第一例因母日，世界上第一例因母亲在怀孕期间服用反应停而导致耳朵畸形的婴儿就出生了）。亲在怀孕期间服用反应停而导致耳朵畸形的婴儿就出生了）。v 1961年，澳大利亚悉尼市皇冠大街妇产医院的麦克布雷德医生发现，他经治年，澳大利亚悉尼市皇冠大街妇产医院的麦克布雷德医生发现，他经治的的3名患儿的海豹样肢体畸形与他们的母亲在怀孕期间服用过反应停有关。麦名患儿的海
13、豹样肢体畸形与他们的母亲在怀孕期间服用过反应停有关。麦克布雷德医生随后将自己的发现和疑虑以信件的形式发表在了英国著名的医克布雷德医生随后将自己的发现和疑虑以信件的形式发表在了英国著名的医学杂志学杂志柳叶刀柳叶刀上。而此时，反应停已经被销往全球上。而此时，反应停已经被销往全球46个国家！个国家！v 此后不久，联邦德国汉堡大学的遗传学家兰兹博士根据自己的临床观察于此后不久，联邦德国汉堡大学的遗传学家兰兹博士根据自己的临床观察于1961年年11月月16日通过电话向日通过电话向ChemieGruenenthal公司提出警告，提醒他公司提出警告，提醒他们反应停可能具有致畸胎性。在接下来的们反应停可能具有
14、致畸胎性。在接下来的10天时间里，药厂、政府卫生部门天时间里，药厂、政府卫生部门以及各方专家对这一问题进行了激烈的讨论。最后，因为发现越来越多类似以及各方专家对这一问题进行了激烈的讨论。最后，因为发现越来越多类似的临床报告，的临床报告，ChemieGruenenthal公司不得不于公司不得不于1961年年11月底将反应停从月底将反应停从联邦德国市场上召回。联邦德国市场上召回。v 但此举为时已晚，人们此后陆续发现了但此举为时已晚，人们此后陆续发现了1万到万到12万名因母亲服用反应停而导万名因母亲服用反应停而导致出生缺陷的婴儿！这其中，有将近致出生缺陷的婴儿！这其中，有将近4000名患儿活了不到一
15、岁就夭折了。而名患儿活了不到一岁就夭折了。而且，因为在此后一段时间里，且，因为在此后一段时间里，ChemieGruenenthal公司一直不肯承认反应公司一直不肯承认反应停的致畸胎性，在联邦德国和英国已经停止使用反应停的情况下，在爱尔兰、停的致畸胎性，在联邦德国和英国已经停止使用反应停的情况下，在爱尔兰、荷兰、瑞典、比利时、意大利、巴西、加拿大和日本，反应停仍被使用了一荷兰、瑞典、比利时、意大利、巴西、加拿大和日本，反应停仍被使用了一段时间，也导致了更多的畸形婴儿的出生。段时间，也导致了更多的畸形婴儿的出生。反应停事件受害者反应停事件受害者v 1961年年底，联邦德国亚琛市地方法院受理了全球第
16、一例控告年年底，联邦德国亚琛市地方法院受理了全球第一例控告反应停生产厂家反应停生产厂家ChemieGruenenthal公司的案件。公司的案件。v 1969年年10月月10日，法庭经过近日，法庭经过近8年的审理，决定不采纳兰兹博士年的审理，决定不采纳兰兹博士的证言。但此种说法始终未能得到公众的广泛认可。的证言。但此种说法始终未能得到公众的广泛认可。v 1970年年4月月10日，案件的控辩双方于法庭外达成了和解，日，案件的控辩双方于法庭外达成了和解，ChemieGruenenthal公司同意向控方支付总额公司同意向控方支付总额11亿德国马克亿德国马克的赔偿金。的赔偿金。1970年年12月月18日
17、，法庭作出终审判决，撤消了对日，法庭作出终审判决，撤消了对ChemieGruenenthal公司的诉讼，但法庭同时承认，反应停公司的诉讼，但法庭同时承认，反应停确实具有致畸胎性，并提醒制药企业，在药品研发过程中，应以确实具有致畸胎性，并提醒制药企业，在药品研发过程中，应以此为鉴。此为鉴。v 1971年年12月月17日，联邦德国卫生部利用日，联邦德国卫生部利用ChemieGruenenthal公司赔偿的款项专门为反应停受害者设立了一项基金，并邀请兰公司赔偿的款项专门为反应停受害者设立了一项基金，并邀请兰兹博士作为此项基金的监管人之一。此后数年间，在兰兹博士的兹博士作为此项基金的监管人之一。此后数
18、年间，在兰兹博士的努力下，联邦德国有努力下，联邦德国有2866名反应停受害者得到了应有的赔偿。名反应停受害者得到了应有的赔偿。v 兰兹博士也因其为反应停受害者作出的巨大贡献而受到全球反应兰兹博士也因其为反应停受害者作出的巨大贡献而受到全球反应停受害者的深深敬仰。停受害者的深深敬仰。v 至此，反应停似乎彻底结束了它为人类服务的使命。至此，反应停似乎彻底结束了它为人类服务的使命。v马丁马丁施奈德斯是荷兰第一个施奈德斯是荷兰第一个“反应停儿反应停儿童童”。在年纪很小的时候，他就已学着以。在年纪很小的时候，他就已学着以残疾之身生活下去，并逐渐掌握了一系列残疾之身生活下去，并逐渐掌握了一系列技能，包括弹
19、奏电风琴。技能，包括弹奏电风琴。美国的一个美国的一个“反应停反应停”受害女孩，受害女孩，已经学会用已经学会用她仅有的一她仅有的一只手绘画。只手绘画。v背景资料背景资料调查显示，孕妇怀孕时末次月经后第调查显示，孕妇怀孕时末次月经后第34到到50天是反应停作用的敏感期，在此天是反应停作用的敏感期，在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。v 在末次月经后第在末次月经后第35到到37天内服用反应停，会导致胎儿耳朵畸形天内服用反应停，会导致胎儿耳朵畸形和听力缺失。和听力缺失。v 在末次月经后第在末次月经后第39到到41天内服用反应停，会导致
20、胎儿上肢缺失。天内服用反应停，会导致胎儿上肢缺失。v 在末次月经后第在末次月经后第43到到44天内服用反应停，会导致胎儿双手呈海天内服用反应停，会导致胎儿双手呈海豹样豹样3指畸形。指畸形。v 在末次月经后第在末次月经后第46到到48天内服用反应停，会导致胎儿拇指畸形。天内服用反应停，会导致胎儿拇指畸形。v 除了可以导致畸胎，长期服用反应停可能还会引起外周周围神经除了可以导致畸胎，长期服用反应停可能还会引起外周周围神经炎。炎。在我国，江苏某制药厂在我国，江苏某制药厂v 目前仍在生产反应停。目前仍在生产反应停。反应停命不该绝？反应停命不该绝？v50年前草率上市、仅仅过了年前草率上市、仅仅过了4年就
21、撤回的年就撤回的“反应反应停停”，至今还在让现代医学蒙羞。，至今还在让现代医学蒙羞。v就在就在“反应停反应停”声名狼藉之际，早在声名狼藉之际，早在1965年，一年，一名以色列医生偶然发现名以色列医生偶然发现“反应停反应停”对麻风结节性对麻风结节性红斑有很好的疗效。经过红斑有很好的疗效。经过34年的慎重研究之后，年的慎重研究之后，1998年，年，FDA批准批准“反应停反应停”做为治疗麻风结节做为治疗麻风结节性红斑的药物在美国上市，美国成为第一个将性红斑的药物在美国上市，美国成为第一个将“反应停反应停”重新上市的国家。重新上市的国家。“反应停反应停”还被发还被发现有可能用于治疗多种癌症。现在现有可
22、能用于治疗多种癌症。现在“反应停反应停”已已卷土重来，卷土重来，90被用于治疗癌症病人，在美国的被用于治疗癌症病人，在美国的销售额每年约两亿美元。活性更强且没有致畸性销售额每年约两亿美元。活性更强且没有致畸性的的“反应停反应停”衍生物也已被批准上市。衍生物也已被批准上市。区分对映异构体的重要意义：区分对映异构体的重要意义：OONH2NH2OHHOONH2NH2OHHAsn(天冬酰胺）苦味甜味手性与气味手性与气味CHIRALITY&SMELLCH3OHCH3CH2CH3OHCH3CH2(+)-Carvone(-)-CarvoneCaraway seedSpearmint香芹酮薄荷油5.1 旋光性
23、:旋光性和比旋光度尼科尔棱镜普通光偏振光旋光性物质手性分子偏振光的振动方向发生旋转v 1、手性分子的光学活性、手性分子的光学活性v 光学活性光学活性 Optical Activityv 1）偏振光）偏振光 (plane-polarized light)5.1 旋光性右旋,记为d-或(+)-;左旋,记为l-或()-。手性分子的光学活性v2）左旋和右旋）左旋和右旋 (-)and (+)v(laevorotatory and dextrorotatory)能使偏振光的振动方向向右旋的物质，叫能使偏振光的振动方向向右旋的物质，叫做右旋物质，用做右旋物质，用“d”或或“+”表示。表示。能使偏振光的振动方
24、向向左旋的物质，叫能使偏振光的振动方向向左旋的物质，叫做左旋物质，用做左旋物质，用“l”或或“-”表示。表示。对映体是一对互相对映的手性分子，它们对映体是一对互相对映的手性分子，它们都有旋光性，二者的旋光方向相反。都有旋光性，二者的旋光方向相反。v3）外消旋体）外消旋体-一对对映异构体的等量混合物一对对映异构体的等量混合物 Racemic mixture,racematev乳酸（CH3CH(OH)CO2H）从肌肉中提取：右旋乳酸从肌肉中提取：右旋乳酸d-(+)d-(+)乳酸乳酸 葡萄糖发酵制取：左旋乳酸葡萄糖发酵制取：左旋乳酸l-(-)l-(-)乳酸乳酸 从酸牛奶中提取：对偏光无影响，外消旋从
25、酸牛奶中提取：对偏光无影响，外消旋乳酸（乳酸（）乳酸）乳酸比旋光度(specific rotation)l4)比旋光度比旋光度若被测物质是纯液体，则：若被测物质是纯液体，则：=lC 样品的旋光度样品的旋光度C溶液的浓度溶液的浓度（g/mL）l 管长（管长（dm）=l 液体的密度液体的密度手性分子的光学活性v5）光学纯度光学纯度（Optical Purity)光学纯度又称旋光纯度。通常用光学纯度又称旋光纯度。通常用%o.p.表示。一个化合物表示。一个化合物的光学纯度是它与纯品的比旋光度的百分比：式中的光学纯度是它与纯品的比旋光度的百分比：式中和和纯品分别代表样品和纯品的比旋光度。纯品分别代表样品
26、和纯品的比旋光度。光学纯度是用于对映体组成的术语之一。它指的是对映体样品的测光学纯度是用于对映体组成的术语之一。它指的是对映体样品的测定的旋光与最大定的旋光与最大(或绝对或绝对)旋光之比旋光之比.v v光学纯度（光学纯度（%o.p.）100100v6）对映体过量百分数）对映体过量百分数 e.e.（enantiomeric excess)v e.e.=%of major enantiomer-%of minor enantiomer手性分子的光学活性v-手性分子的光活性（左旋和右旋）是可手性分子的光活性（左旋和右旋）是可以通过旋光仪测得以通过旋光仪测得v-但是（但是（+）和（）和（-）并不对应于
27、（）并不对应于（R）和）和（S）v-R、S的的绝对构型绝对构型如何测得呢？如何测得呢？v-X-射线单晶衍射射线单晶衍射(1950年）年）v-相对构型相对构型5.2手性和对映体v这两个模型的关系就像左手和右手的关系这两个模型的关系就像左手和右手的关系一样一样:不能相互叠合，但互为镜象。互为镜不能相互叠合，但互为镜象。互为镜象的两种构型的分子称为对映异构体。与象的两种构型的分子称为对映异构体。与其镜象不能叠合和分子称手性分子其镜象不能叠合和分子称手性分子手性和对映体v乳酸分子（乳酸分子（CH3CH(OH)COOH）的两种立体结构模）的两种立体结构模型：型：CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HO
28、HS-(+)-乳酸R-(-)-乳酸 D20=+3.8o(水水)D20=-3.8o(水水)5.2 5.2 手性与对称性手性与对称性分子的对称性v四种对称因素：v对称轴对称轴(旋转轴旋转轴)v对称面对称面(镜面镜面)v对称中心对称中心v交替对称轴交替对称轴(旋转反映轴旋转反映轴)是否存在对映是否存在对映异构体与分子异构体与分子的对称性有关的对称性有关对称轴对称轴(旋转轴旋转轴)v设想分子中有一条直线，当分子以此直线为轴旋设想分子中有一条直线，当分子以此直线为轴旋转转360360/n/n（n n为正整数）后，得到的分子与原来的为正整数）后，得到的分子与原来的分子相同，这条直线就是分子相同，这条直线就
29、是n n重对称轴重对称轴。对称轴对称轴绕对称轴旋转绕对称轴旋转180之后之后对称轴对称轴对称面对称面(镜面镜面)v设想分子中有一平面，它可以把分子分为互为镜设想分子中有一平面，它可以把分子分为互为镜象的两半，这个平面就是对称面。象的两半，这个平面就是对称面。对称面对称面对称面对称面对称中心对称中心 设想分子中有一个点，从分子任何一个原子出发，设想分子中有一个点，从分子任何一个原子出发，向这个点作一直线，再从这个点将直线延长出去，向这个点作一直线，再从这个点将直线延长出去，则在与该点前一线段等距离处，可以遇到一个同则在与该点前一线段等距离处，可以遇到一个同样的原子，这个点就是对称中心。样的原子，
30、这个点就是对称中心。对称中心v请分析甲烷分子的对称因素请分析甲烷分子的对称因素4个C3对称轴，2个C2对称轴6个对称面手性和对称性手性和对称性交替对称轴交替对称轴(旋转反映轴旋转反映轴)：设想分子中有一条设想分子中有一条直线，当分子以此直线，当分子以此直线为轴旋转直线为轴旋转360360/n/n后，再用一后，再用一个与此直线垂直的个与此直线垂直的平面进行反映，如平面进行反映，如果得到的镜象与原果得到的镜象与原来分子完全相同，来分子完全相同，这条直线就是交替这条直线就是交替对称轴。对称轴。手性和对称性手性和对称性v更迭对称轴更迭对称轴 Sn =Cn+（垂直于（垂直于Cn）v1956年首次合成了一
31、个有四重更迭轴的分子年首次合成了一个有四重更迭轴的分子v 900CNCH3HHCH3H3CHH3CH(I)NHH3CH3CHHCH3HCH3(II)NCH3HHCH3H3CHH3CH(I)NHH3CH3CHHCH3HCH3(II)v非手性分子：具有对称面、对称中心或非手性分子：具有对称面、对称中心或交替对称轴的分子，能与其镜象叠合。交替对称轴的分子，能与其镜象叠合。v手性分子：没有对称面、对称中心或交手性分子：没有对称面、对称中心或交替对称轴的分子，不能与其镜象叠合。替对称轴的分子，不能与其镜象叠合。v对称轴的有无对分子是否具手性没有决定作用。对称轴的有无对分子是否具手性没有决定作用。手性和对
32、称性手性和对称性v 具有一个手性中心具有一个手性中心(Chiral center)(Chiral center)的对映体（的对映体（EnantiomerEnantiomer）v 手性碳原子：手性碳原子：如果一个碳原子与四个互不相同的基团相连，如果一个碳原子与四个互不相同的基团相连，则这个碳原子没有任何对称因素，叫做不对称碳原子，也叫则这个碳原子没有任何对称因素，叫做不对称碳原子，也叫手性碳原子。在结构式中用手性碳原子。在结构式中用*加以标记。加以标记。5.3具有一个手性碳原子的化合物的对映异构具有一个手性碳原子的化合物的对映异构手性碳原子上的手性碳原子上的四个互不相同的四个互不相同的基团在空间
33、有两基团在空间有两种构型，因此含种构型，因此含有一个手性碳原有一个手性碳原子的化合物一定子的化合物一定存在一对对映异存在一对对映异构体。构体。CHCH3HOOCOHCHCH3OHCOOH乳酸乳酸CHCH3H5C2ClCHCH3ClC2H52-氯丁烷氯丁烷S型型R型型CHCH3H5C2HOH2CCHCH3CH2OHC2H52-甲基丁醇甲基丁醇5.4 对映异构体构型标记法3.4.1 构型的表示方法构型的表示方法3.4.1.1 透视式透视式 粗实线在前粗实线在前,虚线在后虚线在后ABCDACDB5.4构型的表示方法与标记v3.4.1.2Fischer 投影式投影式 书写规则书写规则:COOHHO H
34、 CH3主碳链竖写主碳链竖写,命名时编号命名时编号最小的碳原子写在最上方最小的碳原子写在最上方.横前竖后横前竖后:以横线连接的以横线连接的基团在纸平面的前面基团在纸平面的前面,以竖以竖线连接的基团在纸平面的线连接的基团在纸平面的后面后面.Fischer 投影式在纸平面内转动投影式在纸平面内转动180或或 360,构型不变构型不变.但是若在纸平面内转动但是若在纸平面内转动90或或 270,或者或者 离开纸平面离开纸平面 翻转翻转180,将变成它的对映体将变成它的对映体.5.4构型的表示方法与标记v 3.4.2构型的标记构型的标记v 3.4.2.1 D/L 标记法标记法相对构型的标记相对构型的标记
35、v 人为规定人为规定(+)甘油醛甘油醛 为为 D型型,()甘油醛甘油醛 为为 L型型 CHO CHO H OH HO H CH2OH CH2OH D (+)甘油醛甘油醛 L ()甘油醛甘油醛 其它手性化合物相对构型的标记则以甘油醛为参照物其它手性化合物相对构型的标记则以甘油醛为参照物,通通过与甘油醛构型间的某种联系来确定过与甘油醛构型间的某种联系来确定.D/L标记法多用于标记法多用于糖类糖类和和氨基酸氨基酸的构型标记的构型标记,有一定的局有一定的局限性限性.相对构型相对构型D、L与旋光方向与旋光方向(+)、()没有任何对应关系没有任何对应关系.D-(-)乳酸乳酸L-()乳酸乳酸D/L标记法标记
36、法：3.4.2.2 R/S 标记法标记法绝对构型的标记绝对构型的标记绝对构型绝对构型:分子中原子或分子中原子或基团的实际空间排布基团的实际空间排布.1.次序规则次序规则 将原子或基团按先后将原子或基团按先后次序排列的规则次序排列的规则.2.R/S构型的确定构型的确定 将与手性碳原子相连将与手性碳原子相连的四个原子或基团按的四个原子或基团按次序规则排列次序规则排列,其优先其优先次序假定为次序假定为 a b c dv绝对构型绝对构型(Absolute Configuration)和构型表示方法和构型表示方法(R Rectusand SSinister)ABCDABCDACDBACBABCDDclo
37、ckwise-Rcounterclockwise-S5.4构型的表示方法与标记5.4构型的表示方法与标记A.(R)-2-Butanol(R-2-丁醇丁醇)B.(S)-1-methoxy-2-propanamine(S-1-甲氧基甲氧基-2-丙胺丙胺)C.(S)-5-chloro-6-hepten-2-one(S-5-氯氯-6-庚烯庚烯-2-酮酮)使用左右手法则是十分方便的使用左右手法则是十分方便的v4、费歇尔投影式、费歇尔投影式(Fischer projections)v 建议使用建议使用“纸面分析法纸面分析法”判断判断 R、Sv-注意最小基团在横线还是在竖线注意最小基团在横线还是在竖线ABC
38、Dsawhorse projectionCDBA5.4构型的表示方法与标记ACDBFischer projectionFischer projections用一个用一个“+”+”字，交点代表手性字，交点代表手性 C C，碳链放在竖键，碳链放在竖键，1 1号号C C放在上方。放在上方。横横-前；竖前；竖-后后HCH3COOHOHHCH3COOHHOFischer projections说明说明：FischerFischer投影式不能离开纸面翻转。投影式不能离开纸面翻转。FischerFischer投影式可以在纸面旋转投影式可以在纸面旋转1801800 0 FischerFischer投影式中基团
39、交换偶数次构型不变。投影式中基团交换偶数次构型不变。COOHCOOHCHCH2 2OHOHOHOH H H HOHOH HCHCH2 2OHOHCOOHCOOHCOOHCOOH H HCHCH2 2OHOHOHOHCOOHCOOHH HCHCH2 2OHOH HOHORSSS在费歇尔投影式上进行在费歇尔投影式上进行R/S标记策略标记策略若若 d 在竖线上在竖线上 a a c b b c d d 顺时针顺时针:R 构型构型 逆时针逆时针:S 构型构型 若若 d 在横线上在横线上 a a d b b d c c 顺时针顺时针:S 构型构型 逆时针逆时针:R 构型构型在费歇尔投影式上进行在费歇尔投影
40、式上进行R/S标记：标记：在费歇尔投影式上进行R/S标记：5.4构型的表示方法与标记构型的表示方法与标记R构型与构型与S构型的构型的相同相同手性碳原子互为对映关手性碳原子互为对映关系系.R/S标记法广泛用于各类手性化合物的构型标标记法广泛用于各类手性化合物的构型标记记.绝对构型绝对构型R、S与旋光方向与旋光方向(+)、()没有任没有任何对应关系何对应关系.5.5具有两个手性碳原子的化合物的对映异构具有两个手性碳原子的化合物的对映异构1)含两个不同手性碳原子的分子含两个不同手性碳原子的分子HOOCC*H(OH)C*HClCOOH2-羟基羟基-3-氯丁酸氯丁酸HOHClHCOOHCOOHCOOHH
41、OHHClCOOHHOHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOH 2R3R 2S3S 2R3S 2S3R dl-dl-I is not an enantiomer(对映体对映体)of III,nor of IV；II is not an enantiomer of III,not of IV；They are diasteromers(非对映体非对映体)有两个手性碳，四种立体异构体，两对对映异构体有两个手性碳，四种立体异构体，两对对映异构体含两个手性碳原子的分子含两个手性碳原子的分子v2）含两个相同手性碳原子的分子）含两个相同手性碳原子的分子HOOCC*H(OH)C*H(OH)COO
42、H 2,3-二羟基丁酸（酒石酸）二羟基丁酸（酒石酸）HOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOH (1)(2R,3R)(2)(2S,3S)(3)(2S,3R)(4)(2R,3S)或或(2R,3S)或或(2S,3R)含两个手性碳原子的分子含两个手性碳原子的分子 外消旋体外消旋体(racemate):等量对映体的混合物，可用适当的等量对映体的混合物，可用适当的方法拆分。方法拆分。内消旋体内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物：分子内部形成对映两半的化合物(有有平面对称因数平面对称因数)。内消旋体无旋光性内消旋体无旋光性
43、(抵消抵消),不能分离成光活性物质不能分离成光活性物质 有两个手性碳，三种立体异构体，有两个手性碳，三种立体异构体，(1)和和(2)为一对对映为一对对映异构体；异构体；(3)和和(4)为同一分子，无旋光性，称内消旋体。为同一分子，无旋光性，称内消旋体。（2S,3R）酒石酸分子中的对称面和对称中心酒石酸分子中的对称面和对称中心全重叠式构象全重叠式构象对称对称面面（2S,3R）酒石酸分子中的对称面和对称中心酒石酸分子中的对称面和对称中心对位交叉式构象对位交叉式构象对称中心对称中心注 意v外消旋体与内消旋体都没有旋光性，但外消旋体与内消旋体都没有旋光性，但它们有本质的不同：它们有本质的不同：外消旋体
44、是等量左旋体和右旋体的混外消旋体是等量左旋体和右旋体的混合物，可拆分；合物，可拆分；内消旋体是分子内有对称面的单一化内消旋体是分子内有对称面的单一化合物，不可拆分。合物，不可拆分。手性化合物的物理性质手性化合物的物理性质v 酒石酸立体异构体的特性酒石酸立体异构体的特性Some properties of the stereoisomers of tartaric acidv Stereoisomers M.P.(0C)20 Density Solubility in H2Ov (+)168-170 +12 1.7598 139.0g/100mlv (-)168-170 -12 1.7598 1
45、39.0g/100ml v meso 146-148 0 1.6660 125.0g/100mlv ()206 0 1.7880 20.6g/100ml 1)The(+)-and(-)-tartaric acids have identical melting points,solubility,and density,only differ in the sign of specific rotation.2)meso-is diasteromeric(非对映体非对映体)with(+)-or(-)-,and it has different physical properties.3)The
46、 racemic(外消旋外消旋)mixture is different still.CH3C2H5OHHCH3ClHCH3ClH(1)(2)(3)(4)(5)CH3ClHCH3HClCHOOHHCH2OHOHHCCCHClClH答案：答案：(1)、(3)、(4)、(5)问题：下列化合物属于手性分子的是？问题：下列化合物属于手性分子的是？CH3C2H5BrHBrHCH3H5C2(1)(2)(3)CH3C2H5HBrHCCH3BrH5C2(4)1.2.答案：答案：1、2是相同的化合物，是相同的化合物，3与它们互为对映体。与它们互为对映体。4不能确定其对映结构不能确定其对映结构(1)(2)(3)C
47、H3CH3OHHClHCH3CH3HClOHHCH3CH3HOHHCl答案：答案：1和和 3是对映体，是对映体，2与它们互为非对映体与它们互为非对映体。问题：下列哪些是相同的化合物，哪些是对映体？问题：下列哪些是相同的化合物，哪些是对映体？(1)(2)(3)(4)CH3CHOHHOHOHCH3CHOHOHOHHCHOCH3HHOHOHCH3CHOOH HHOH答案：答案：(1)(2R,3R),(2)(2R,3S),(3)(2S,3S)，(4)(2R,3S),(1)和和(3)是对是对映体，映体，(2)和和(4)是同一化合物，是同一化合物，(1)和和(2)、(3)和和(2)是非对映体。是非对映体。
48、问题：指出下列化合物的关系问题：指出下列化合物的关系COOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHOHHHOH(I)(II)(III)(IV)vA.(2S,3S)-3-chloro-2-pentanolvB.(2R,3S)-3-amino-4-penten-2-olvC.(2S,3R,4R)-2-bromo-4-flor
49、o-3-hydroxy-5-phenylpentanoic acidCH3HOHCH2CH3ClHCH3HOHCH=CH2H2NHCOOHBrHHOHCH2C6H5HF对映异构命名对映异构命名含三个及以上手性碳原子的分子含三个及以上手性碳原子的分子 八个旋光异构体、组成四对对映体八个旋光异构体、组成四对对映体CH3HBrBrHHBrC2H5CH3 Br H BrHHBrC2H5 C-2差向异构体差向异构体差向异构体：含多个手性碳差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一的两个光活异构体，仅有一个手性碳原子的构型相反，个手性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同，这其余的手性碳构型相同，这
50、两个光活异构体称为差向异两个光活异构体称为差向异构体。构体。C-2差向异构：由差向异构：由C-2引起的差向异构。（引起的差向异构。（C-2构型相反）构型相反）l-最多可能有最多可能有2n个光活异构体个光活异构体l-差向异构体差向异构体5.6 含假手性碳的化合物含假手性碳的化合物v-假不对称碳假不对称碳 （III 和和 IV中的中的C-3）v，中间的手性碳连有个不同基团或原子，但分子内有对称面，中间的手性碳连有个不同基团或原子，但分子内有对称面，无对映体。无对映体。v所以：一个碳原子上连有个不同基团或原子时，不一定为手性分所以：一个碳原子上连有个不同基团或原子时，不一定为手性分子（一对对映体）。
