1、立 体 化 学 基 础 v立体化学 (stereochemistry) 描述分子中 的 原子或者原子团 在 空间的分布 以及由于不 同的空间分布对化合物理化性质的影响。 同分异构 构造异构 立体异构 顺反异构 旋光异构 构象 异构 (分子中原子间的排 列顺序、结合方式 不同 ) (构造相同，原子在 空间排布方式不同 ) v旋光异构 又叫 光学异构 或 对映异构 。 这 种异构可以通过旋光仪测出来。 旋光性和比旋光度 旋光性 能使偏振光振动面旋转的性质叫做 旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质 。不具有旋光性的物质，叫做非旋光性物质 。 左旋和右旋：一对对映体对偏振光的作用不同 ，一个使偏振
2、光向顺时针方向偏转（右旋）， 另一个使偏振光向逆时针方向偏转（左旋）， 两者偏转数值相同。表示方法： “ +” 右 旋， “ ” 左旋。 旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度 ，以 “ ” 表示。 v 旋光度 “ ” 受温度、光源、浓度、管长等许多因素 的影响不是固定的。为了便于比较，就要使其成为一个 常量，故用比旋光度 (specific rotation) 来表示 ： at = a / (l c) 为旋光仪测得试样的旋光度； l:盛液管长度（ dm,分米） c:样品浓度（ g / cm3） t:测试时温度 : 旋光仪使用的光源的波长 (通常用钠光，以 D表示 ) v 表示比旋光度时，需
3、要标明测量时的温度、光源的波表示比旋光度时，需要标明测量时的温度、光源的波 长以及所使用的溶剂。长以及所使用的溶剂。 例如，在温度为例如，在温度为 20C 时，用钠光灯为光源测时，用钠光灯为光源测 得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋 52.2, 应记应记 为：为： D20=+52.2 （ 水）水） “ D” 代表钠光波长。钠光波长代表钠光波长。钠光波长 589nm相当于相当于 太阳光谱中的太阳光谱中的 D线。线。 比旋光度是旋光性物质的一个物理常数比旋光度是旋光性物质的一个物理常数 。 有旋光性的对映异构体，在结构上有什么特点 ? 观察自己的双手 , 左手与右手有
4、什么联系和区别？ v左手的镜像是右手，左手的镜像是右手， 右手的镜像是左手。右手的镜像是左手。 v 彼此成镜像关系，又不能重合的一对立体异构 体，互称为 对映异构体对映异构体 (enantiomer) 。因为它们的 旋光性不同，也叫旋光异构体。 镜像的不重合性 是产生对映异构体的充分必要条件。也可以说手 性是产生对映异构体的充分必要条件。 v有对映异构体的分子叫手性分子 分子的对称性和手性 1 对称面 ：一个平面能把分子分割成两部分，一 部分正好是另一部分的镜像，而且能重合。 有对称面的分子由于镜像重合，因此没有对映异构体存在 ，称为非手性分子 (achiral molecule)。 2 对称
5、中心 i：从分子中任何一个原子向 i 引一条直 线，再延长到对面等距的地方，总有一个相同的 原子。 有对称中心的分子能和它的镜像重合，没有手性。 3 对称轴 Cn ： 当分子 以设想直线为轴旋转 360/n ，得到与原分子相同的分子，该直线 称为 分子的 n重对称轴（又称 n阶对称轴） 。 有无对称轴不能作为判断分子是否具有手性的条件。 左旋酒石酸有一个 C2 轴，但它是手性分 子，有对映异构体。 手性因素 1 手性中心：能引起分子具有手性的一个特定的分子 骨架的中心称为手性中心 (chiral center) v 手性碳原子：连接四个不同的原子或者基团的碳原 子为手性碳原子 (chiral
6、carbon) * 2 手性面：分子的手性是由于某些基团对分子中某一 个平面的不同分布引起的，此平面就叫做手性面 含一个手性碳原子的化合物与对映异构体 乳酸含有一个手性碳原子，是手性分子，有一对对映异构体存在乳酸含有一个手性碳原子，是手性分子，有一对对映异构体存在 l 一对对映体有相同的物理性质 l 除了与手性试剂反应外 ,对映体的化学性质也相同 l 两者还有十分重要的不同性质： 对偏振光的作用不同 ; 生理作用上有着显著的不同 对映异构体的理化性质 (R)-thalidomide (S)-thalidomide 沙利度胺也叫反应停，它的 R体有镇静作用，但是 S 对映体对胚胎有很强的致畸作用
7、 外消旋体 外消旋体外消旋体 (racemate) 等量对映体的混合物。等量对映体的混合物。 外消旋体没有旋光性。外消旋体没有旋光性。 外消旋体的物理性质与左旋体或右旋体不同。例如：左旋外消旋体的物理性质与左旋体或右旋体不同。例如：左旋 或右旋乳酸的熔点是或右旋乳酸的熔点是 26 ；外消旋乳酸的熔点是；外消旋乳酸的熔点是 18 。 对映异构体的表示方法 v Fischer投影式的书写原则 ： 一般是将含有碳原子的碳链放在竖直方向上，同 时氧化态较高的基团放在上端。 手性碳位于纸平面上，用横竖线的交叉点表示； 以横线相连的原子或基团表示在纸面前方，以竖 线相连的原子或基团表示在纸面后方。 v 使
8、用 Fischer 投影式的注意事项 ： (1) Fischer 投影式不能离开纸面旋转 900 偶数 ，构型不变； Fischer 投影式不能离开纸面旋 转 900 奇数，构型改变。 旋转 180 旋转 90 (2) Fischer 投影式基团两两交换偶数次，构型 不变； Fischer 投影式基团两两交换奇数次， 构型改变。 1次 2次 (3) Fischer 投影式一个基团固定不动，其余 基团按顺时针或逆时针旋转，构型不变； 对映异构体构型的命名 1. D / L 命名法 D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛 D、 L与 “ +、 -” 没有必然的联系 D-(+)-甘油醛 L-(-)-
9、甘油醛 D L标记法经典、方便，但它只能标出一个手性碳的构型标记法经典、方便，但它只能标出一个手性碳的构型 。目前，。目前， D L标记法主要用于糖和蛋白质的构型标记标记法主要用于糖和蛋白质的构型标记 。 v R 拉丁字拉丁字 Rectus（ 右）；右）； S 拉丁字拉丁字 Sinister（ 左）左） v R/S标记法是根据手性碳原子上所连的四个原子或原子团标记法是根据手性碳原子上所连的四个原子或原子团 在空间的排列方式来标记的。在空间的排列方式来标记的。 v R/S构型是绝对构型。构型是绝对构型。 v 用用 R/S标记构型的步骤为：标记构型的步骤为： 按照基团大小次序规则，确定大小次序；按
10、照基团大小次序规则，确定大小次序； 将最小的原子或原子团置于距观察者最远处；将最小的原子或原子团置于距观察者最远处； 观察其余三个原子或原子团由大到小的排列方式。观察其余三个原子或原子团由大到小的排列方式。 顺时针顺时针 R ； 逆时针逆时针 S 。 2. R / S 命名法 例例 1： 的构型标记。的构型标记。 根据次序规则：根据次序规则： OH COOH CH3 H 最小基团在 横键上 ,纸面 走向与实际走 向相反； 最小基团在 竖键上 ,纸面 走向与实际走 向相同。 R-(-)-乳酸乳酸 S-(+)-乳酸乳酸 S-2,3-二氯丙醇二氯丙醇 2# 1#3# 1# 3# R S标记法也可直接
11、应用于标记法也可直接应用于 Fischer投影式：投影式： R-2,3-二氯丙醇二氯丙醇 v D/L 和和 R/S 两种标记方法，都不能通过其标记的构型来两种标记方法，都不能通过其标记的构型来 判断旋光方向。因为旋光方向是化合物的固有性质。而对化判断旋光方向。因为旋光方向是化合物的固有性质。而对化 合物的构型标记只是人为的规定。合物的构型标记只是人为的规定。 v R S标记法与标记法与 D L标记法的依据不同。标记法的依据不同。 R S法依据与法依据与 C相连的四个原子或原子团的大小顺序；相连的四个原子或原子团的大小顺序； D L法依据法依据 与与 D 甘油醛的构型是否相同。甘油醛的构型是否相
12、同。 含有两个手性碳原子的化合物 2羟基羟基 3氯丁二酸总共有四种旋光异构体：氯丁二酸总共有四种旋光异构体： (一 ) 含两个不同手性碳原子的化合物 (I)和和 (II)的等量混的等量混 合物是外消旋体；合物是外消旋体； (III)和和 (IV)的等量的等量 混合物也是外消旋混合物也是外消旋 体。体。 外消旋体外消旋体 等量对映体的混合物。等量对映体的混合物。 非对映体非对映体 不对映的立体异构体。不对映的立体异构体。 (I)与与 (III)或或 (IV) 、 (II)与与 (III)或或 (IV) 、 (III)与与 (I)或或 (II) 、 (IV) 与与 (I)或或 (II) 分别分别
13、构成非对映体；构成非对映体； 2S,3R 2R,3S 2S,3S 2R,3R 对含有对含有 n个个 C的化合物：的化合物： v 光学异构体数目光学异构体数目 =2n v 外消旋体数目外消旋体数目 =2n-1 (n为不同手性碳的数目为不同手性碳的数目 ) 例如：含例如：含 3个个 C， 最多有最多有 23 8个旋光异构体。个旋光异构体。 含含 4个个 C， 最多有最多有 24 16个旋光异构体个旋光异构体 。 v苏式构型和赤式构型苏式构型和赤式构型 与与 苏阿糖构型相似者为苏式构型；苏阿糖构型相似者为苏式构型； 与与 赤藓糖构型相似者为赤式构型。例：赤藓糖构型相似者为赤式构型。例： (二 ) 含
14、两个相同手性碳原子的化合物 v酒石酸分子中含有酒石酸分子中含有 2个相同的个相同的 C， 可能的异构体有可能的异构体有 ： (III)与 (IV)是同一种分子 内消旋酒石酸，其分子内有一对称面 。 (I)与 (II)是对映体； (I)与 (III) 、 (II)与 (III)是非对映体。 v 有一个简单的方法可以辨认内消旋化合物。就 是它具有对称面。 对称面的上半部分是下半部分的镜像。因此分子的上下 两部分对偏振光的影响相互抵消，使整个分子不表现旋光 性。 内消旋酒石酸 分子中的 对称面 外消旋体与内消旋体都没有旋光性，但它们有本质外消旋体与内消旋体都没有旋光性，但它们有本质 的不同：的不同：
15、 外消旋体是等量左旋体和右旋体的混合物，可拆分外消旋体是等量左旋体和右旋体的混合物，可拆分 ； 内消旋体是分子内有对称面的单一化合物，不可拆内消旋体是分子内有对称面的单一化合物，不可拆 分。分。 v外消旋和内消旋的区别 : 非对映体 物理方法分离 (SS) -盐 (RS) -盐 v 通常是利用外消旋的酸 (或碱 )与光学纯的碱 (或酸 ) 反应 生成非对映体的盐 , 再用分步结晶的方法一一分开。 外消旋体的拆分 2001年度诺贝尔化学奖授予了美国化学家 诺尔斯 (W. S. knowles)、 日本化学家 野依良治 (R. Noyori)和 美国化学家 夏普雷斯 (K. B. Sharpless)， 以表彰他们 在手性催化氢化反应和手性催化氧化反应研究方面做 出的卓越贡献。瑞典皇家科学院指出： “这三位科学 家的发现对 科学研究 以及 新药 、 新材料 的发展产生了 极大的影响，并已在许多药物和其他生理活性化合物 的商业合成上得到了广泛的应用。 ”这三位科学家获 奖的意义还在于：他们的发明帮助人们在认识和改造 世界中建立了信心，提供了一种有力的工具，即可以 通过手性催化反应得到 “手性 ”产物。 孟山都公司的 L-多巴生产工艺 第一例工业化成功的催化不对称反应（ 1970S ） 治疗帕金森病 Thank you very much!
