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1、有机化学课件第五章立体化学基础：手性分子构造构造异构：分子组成相同而原子（团）相互连接方式和顺序不同异构：分子组成相同而原子（团）相互连接方式和顺序不同立体异构：分子中原子（团）在空间排列方式不同立体异构：分子中原子（团）在空间排列方式不同第五章第五章 立体化学基础：手性分子立体化学基础：手性分子(stereochemistry)3 3、不对称合成、不对称合成( (手性催化合成药物手性催化合成药物) )，20012001年诺贝尔年诺贝尔化学奖（美）诺尔斯、（日）野依良治。化学奖（美）诺尔斯、（日）野依良治。学习立体化学的意义学习立体化学的意义1、生命物质多具有立体结构上的专一性；、生命物质多具
2、有立体结构上的专一性；2、药物的构效关系十分重要，如、药物的构效关系十分重要，如（+ +）- -葡萄糖具葡萄糖具有营养价值，而（有营养价值，而（- -）- -葡萄糖无营养；葡萄糖无营养； 左旋氯霉素有抗菌作用，而右旋体几乎无效。左旋氯霉素有抗菌作用，而右旋体几乎无效。第一节第一节 手性分子和对映体手性分子和对映体一、手性：一、手性： 象人的左右手互为实物与镜像关系，彼象人的左右手互为实物与镜像关系，彼此又不能重叠的现象。此又不能重叠的现象。二、手性分子二、手性分子和和对映体对映体乳酸乳酸乳酸分子模型（乳酸分子模型（实物镜像关系）实物镜像关系）不完全重合不完全重合2 2、对映体：互为实物与镜像关
3、系，又不能重叠的、对映体：互为实物与镜像关系，又不能重叠的两个化合物，互为对映异构体，简称对映体。两个化合物，互为对映异构体，简称对映体。具有手性的普遍因素是含手性碳。具有手性的普遍因素是含手性碳。手性碳：结合连接着四个不同原子手性碳：结合连接着四个不同原子（团）的碳原子。（团）的碳原子。*1 1、手性分子：不能与其、手性分子：不能与其镜像镜像重合的分子。重合的分子。 对映体的旋光方向相反；理化性质一般相同，对映体的旋光方向相反；理化性质一般相同，手性条件有差别；与手性试剂反应活性不同；生理手性条件有差别；与手性试剂反应活性不同；生理活性不同，如左旋氯霉素抗菌，对映体无效。活性不同，如左旋氯霉
4、素抗菌，对映体无效。D-(-) -氯霉素有杀菌作用氯霉素有杀菌作用L-(+) -氯霉素无药效氯霉素无药效两个对映异构体的旋光性及生理作用不同。两个对映异构体的旋光性及生理作用不同。三、对称性和非手性分子三、对称性和非手性分子 对称面对称面( ) ：假想有一个平面它可以把分子分割：假想有一个平面它可以把分子分割成互为镜像的两半，这个平面就叫对称面成互为镜像的两半，这个平面就叫对称面( )。 一般情况下，一般情况下，存在对称面、对称中心的分子，存在对称面、对称中心的分子，其实物与镜影能重叠，没旋光性，称为非手性分子。其实物与镜影能重叠，没旋光性，称为非手性分子。对称中心对称中心 (i)：在分子中取
5、一点在分子中取一点P，画通过画通过P点的任点的任一直线，若在与一直线，若在与P点等距离的此直线两端为相同原子点等距离的此直线两端为相同原子（团），则（团），则P点即为该分子的对称中心。点即为该分子的对称中心。2，5-二氯-p-环芃烷a、确定一个分子结构及其镜像，看是否重合。确定一个分子结构及其镜像，看是否重合。b、寻找对称面或对称中心。寻找对称面或对称中心。 c、寻找手性碳。有手性碳的不一定都是手性分子。寻找手性碳。有手性碳的不一定都是手性分子。四、判断对映体四、判断对映体 的方法的方法第二节第二节 费歇尔投影式费歇尔投影式 1、投影方法：、投影方法： 划上一个十字线，划上一个十字线， 交点代
6、表手性碳，交点代表手性碳， 竖键向后，竖键向后， 横键向前。横键向前。（1）通常把主链竖立，编号最小碳放在上端；）通常把主链竖立，编号最小碳放在上端；（2）手性碳用十字交叉点来代表；）手性碳用十字交叉点来代表；（3）手性碳横向键所连的原子（团），伸向纸面前方；）手性碳横向键所连的原子（团），伸向纸面前方；（4）手性碳竖向键所连的原子（团），伸向纸面后方。）手性碳竖向键所连的原子（团），伸向纸面后方。2、多个手性碳，多个手性碳，先处于重叠式构象，先处于重叠式构象，然后按上法投影。然后按上法投影。对映异构体的对映异构体的Fischer 投影式投影式3、应注意的问题：、应注意的问题：、Fischer
7、 投影式在纸面上旋转投影式在纸面上旋转180，分子构型未变；，分子构型未变；旋转旋转90或其奇数倍，得对映异构体。或其奇数倍，得对映异构体。、一个基团固定，另外三个顺（逆）时针调换位、一个基团固定，另外三个顺（逆）时针调换位置，不会改变其构型。置，不会改变其构型。、Fischer 投影式不能离开纸面进行翻转。投影式不能离开纸面进行翻转。一、偏振光和旋光性一、偏振光和旋光性 自然光光波振动方向与其前进方向垂直，它在空间自然光光波振动方向与其前进方向垂直，它在空间无数的平面上振动。无数的平面上振动。 尼科尔棱镜只允许振动方向与其晶轴平行的光波通过。尼科尔棱镜只允许振动方向与其晶轴平行的光波通过。
8、因此，通过棱镜的光波仅在一个平面上振动，这种光因此，通过棱镜的光波仅在一个平面上振动，这种光被称作平面偏振光，简称偏振光。被称作平面偏振光，简称偏振光。第三节第三节 旋光性旋光性许多有机物（如乳酸、许多有机物（如乳酸、葡萄糖）能使偏振光的葡萄糖）能使偏振光的偏振平面发生旋转，这偏振平面发生旋转，这种性质叫做旋光性。种性质叫做旋光性。右转棱镜，右转棱镜，见到光亮见到光亮旋光仪旋光仪右旋体：能使偏振光振动平面顺时针右旋体：能使偏振光振动平面顺时针向右旋转的物质。用向右旋转的物质。用“+”表示，如表示，如（+）-乳酸（肌肉中）乳酸（肌肉中）左旋体：能使偏振光振动平面逆时针左旋体：能使偏振光振动平面逆
9、时针向左旋转的物质。用向左旋转的物质。用“-”表示，如表示，如（-）-乳酸（糖发酵）乳酸（糖发酵）二、旋光度与比旋光度二、旋光度与比旋光度1、旋光度：旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度，、旋光度：旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度， 用用 表示。表示。（一）旋光度（一）旋光度2、影响因素：、影响因素： 受物质本身特性、浓度、测定管长度、受物质本身特性、浓度、测定管长度、 温度温度 、光波长、溶剂等影响。、光波长、溶剂等影响。 换算：换算： tD与实测与实测 之间有以下关系：之间有以下关系： tD=其中表示测定管长度，单位为dm；c表示浓度，单位kgL-1 比旋光度是物理常数比旋光度是物理常
10、数,反映了旋光性物质的本性。反映了旋光性物质的本性。如蔗糖的比旋光度是如蔗糖的比旋光度是+66. 5，可用于鉴定物质。，可用于鉴定物质。（二）比旋光度（二）比旋光度 一定温度下，测定管长度为一定温度下，测定管长度为1dm，样样 品浓度为品浓度为1 kgL-1，以钠光灯作光源时的旋光度，通常用以钠光灯作光源时的旋光度，通常用 tD表示。表示。(t表示温度，表示温度，D为钠光波长为钠光波长589nm)例题例题 将胆固醇样品将胆固醇样品260mg溶于溶于5ml氯仿中，然后将其氯仿中，然后将其装满装满5厘米长的旋光管，在室温通过偏振的钠光测得旋厘米长的旋光管，在室温通过偏振的钠光测得旋光度为光度为-2
11、.5 ,计算胆固醇的比旋光度。计算胆固醇的比旋光度。 解：解： tD=答：胆固醇的比旋光度为答：胆固醇的比旋光度为-96（氯仿）。氯仿）。第四节第四节 外消旋体外消旋体外消旋体：等量左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。外消旋体：等量左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。 用用 () 、RS或或 (dl)表示。表示。原因：两对映体，旋光度相等，旋光方向相反。原因：两对映体，旋光度相等，旋光方向相反。性质：外消旋体的物理性质与纯的单一对映体性质：外消旋体的物理性质与纯的单一对映体 比较有所不同。比较有所不同。 （见（见 P94表）表）一、非对映体一、非对映体例：例： 2 -羟基羟基- 3 -氯丁二酸氯丁
12、二酸第五节第五节 非对映体和内消旋化合物非对映体和内消旋化合物对映关系：对映关系：（1 1）与（）与（2 2）；）； （3 3）与（）与（4 4）。）。非对映关系：非对映关系：（1 1）与（）与（3 3）、（）、（4 4）；（）；（2 2）与（）与（3 3）、（）、（4 4）。）。 非对映体：构造同非对映体：构造同, 构型不同构型不同, 不是实物与镜影关系不是实物与镜影关系 。 相互间旋光性不同相互间旋光性不同, 物理性质不同。物理性质不同。 光活异构体数目光活异构体数目 ：2n 个个(n为不同手性碳数为不同手性碳数)，2n-1 对。对。二、内消旋化合物二、内消旋化合物内消旋体内消旋体：分子内
13、两手性中心构型相反，手性碳形成分子内两手性中心构型相反，手性碳形成对映两部分，使整体旋光性抵消。分子有对称平面。对映两部分，使整体旋光性抵消。分子有对称平面。物理性质与纯的单一对映体比较有所不同（见物理性质与纯的单一对映体比较有所不同（见 P95表）。表）。第六节第六节 构型标记法构型标记法构型：分子中原子（团）在空间的排列方式。构型：分子中原子（团）在空间的排列方式。对映体构型：对映体构型： 手性碳所连四个原子（团）在空间的排列方式。手性碳所连四个原子（团）在空间的排列方式。常用于糖、氨基酸的命名。常用于糖、氨基酸的命名。以甘油醛为标准，手性碳连以甘油醛为标准，手性碳连-OH投影在右，投影在
14、右，D型；型；在左边，在左边，L型。型。一、一、D/L构型标记法构型标记法（一）命名法法则：（一）命名法法则： 针对针对 C*abcd分子分子 1、根据次序规则，排列成序：、根据次序规则，排列成序：abcd; 2、把最小的把最小的d基团放在最远，其它三个朝向自己；基团放在最远，其它三个朝向自己； 3、观察、观察abc顺序顺序,若呈顺时针为若呈顺时针为R-构型；呈逆构型；呈逆时针为时针为S-构型。构型。二、二、 R/S构型标记法构型标记法次序规则次序规则: 单原子按原子序数。原子序数大单原子按原子序数。原子序数大,次序大；次序大； 同位素中质量高的同位素中质量高的,次序大。次序大。 基团第一原子
15、相同基团第一原子相同,依次比较相连其它原子。依次比较相连其它原子。 双键或叁键双键或叁键,看作连有两个或叁个相同原子。看作连有两个或叁个相同原子。取代基出现取代基出现R构型先于构型先于S型，顺式先于反式。型，顺式先于反式。例题例题1、确定、确定C*abcd分子，优先顺序分子，优先顺序abcd;2、若最小基若最小基d在垂直方向，在垂直方向，ab c顺时针时为顺时针时为R 构型；构型；反之，为反之，为S构型。构型。3、若最小基、若最小基d在水平方向，在水平方向，ab c顺时针时为顺时针时为 S构型；构型；反之，为反之，为R构型。构型。（二）由费歇尔投影式确定（二）由费歇尔投影式确定R/S构型的方法
16、：构型的方法：确定构型：确定构型： 分子手性常与某特定的手性几何因素有关，分子手性常与某特定的手性几何因素有关，如，手性碳、手性面和手性轴。如，手性碳、手性面和手性轴。第七节第七节 无手性碳的对映体无手性碳的对映体手性面：分子的手性由于某些基团对分子中某手性面：分子的手性由于某些基团对分子中某一平面的不同分布而引起，此平面即称手性面。一平面的不同分布而引起，此平面即称手性面。手性轴：分子的手性由于某些基团对分子中某手性轴：分子的手性由于某些基团对分子中某一旋转轴旋转而引起，此旋转轴即称手性轴。一旋转轴旋转而引起，此旋转轴即称手性轴。第八节第八节 外消旋体的拆分外消旋体的拆分 化学分离法化学分离
17、法第九节第九节 手性分子的形成和生物作用手性分子的形成和生物作用一、手性分子的形成一、手性分子的形成 非手性分子在非手性条件下，总得外消旋体产物，非手性分子在非手性条件下，总得外消旋体产物，无旋光性，这是一般规律。无旋光性，这是一般规律。 在对称环境下反应在对称环境下反应, 两侧进攻，机会均等，两种两侧进攻，机会均等，两种过渡态能量相同过渡态能量相同, 活化能相同活化能相同, 反应速率相同。反应速率相同。分析：氯代在手性碳上。活性中间体具有平面结构，分析：氯代在手性碳上。活性中间体具有平面结构，Cl2从平面两侧进攻，机会相等，因此外消旋化。从平面两侧进攻，机会相等，因此外消旋化。若手性碳的键未
18、断，构型不变。如：若手性碳的键未断，构型不变。如：二、手性分子的生物作用二、手性分子的生物作用1、对映体生理活性差异、对映体生理活性差异2、受体靶位：细胞（含手性蛋白质分子）的具有一定、受体靶位：细胞（含手性蛋白质分子）的具有一定立体构型和构象的特定部位。立体构型和构象的特定部位。 单一对映体的手性药物分子与受体靶之间互补。单一对映体的手性药物分子与受体靶之间互补。本章小结及教学要求：本章小结及教学要求：掌握：掌握：1、旋光度、比旋光度，旋光性与分子结构的关系。、旋光度、比旋光度，旋光性与分子结构的关系。 2、对称因素，手性分子，非手性分子。、对称因素，手性分子，非手性分子。 3、对映体、非对映体、外消旋体。、对映体、非对映体、外消旋体。 4、含一个手性碳的光学异构，含两个手性碳的、含一个手性碳的光学异构，含两个手性碳的 光学异构和构型的表示。光学异构和构型的表示。 5、手性分子的表示方法，费歇尔投影式。、手性分子的表示方法，费歇尔投影式。 6、用、用D/L和和R/S表示构型的原则。表示构型的原则。了解：外消旋体的拆分、烷烃卤代中手性立体化学。了解：外消旋体的拆分、烷烃卤代中手性立体化学。作业：作业： P104
