第五章旋光異構本章要求：掌握旋光異構的基本概念。掌握正確書寫費歇爾投影式的方法掌握構型的D、L和R、S標記法。熟練掌握判斷分子手性的方法(enantiomers)手性、對映體、非對映體、外消旋體、內(nèi)消旋體等。同分異構構造異構立體異構構型異構構象異構對映異構順反異構

20世紀60年代的“反應?！笔录且粋€典型的藥物導致胎兒畸形的例子。當時一家西德藥廠生產(chǎn)了一種治療早期妊娠反應的新藥，有很好的止吐作用。許多有嘔吐反應的早期妊娠婦女，服用此藥后，可迅速把妊娠反應性嘔吐停住，因而取名為“反應停”。由于止吐效果顯著，頗受早孕婦女的歡迎。在很短的時間里便風靡全世界。特別是在十幾個經(jīng)濟比較發(fā)達的國家內(nèi)，成為非常暢銷的藥。但是隨后不久，這些國家內(nèi)不斷出生了許多沒有胳膊也沒有腿的海豹樣新生嬰兒。僅在生產(chǎn)此藥的西德，10個月中，就有5500多個這樣的怪胎出生。在英國也在短時間內(nèi)，登記到的這種怪胎就有8000多個。日本也發(fā)現(xiàn)300多個。引言(S)-thalidomide(R)-thalidomide

反應停：五十年恩怨鎮(zhèn)靜作用強烈致畸作用

反應停（halidomide，α-苯肽茂二酰亞胺，塞利多米）后來經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，反應停是消旋體，其右旋體有鎮(zhèn)靜作用，而左旋體對胚胎有很強的致畸作用。手性藥物療效的極大差異促進了手性藥物的研究開發(fā)與及分離分析的發(fā)展。目前普遍使用的2000多種合成藥物中有600余種為手性藥物，而活性的單一對映體藥物不足100種，其余的500余種都是左右旋混在一起的消旋體藥物手性藥物帶來的市場效益及增長的需求2000年手性藥物銷售1320億美元，比1999年增加13%1999年手性藥物銷售1170億美元1997年手性藥物銷售910億美元，比1996年增加21%1993年手性藥物銷售356億美元，比1992年增加22%1990年手性藥物銷售180億美元1997年全世界100個熱銷藥物中，

50個是單一對映體(手性藥物)100個熱銷藥物852億美元

50個手性藥物428億美元1993年

97個熱銷藥物中，手性藥物僅占20%光是一種電磁波，其振動方第一節(jié)物質的旋光性一、偏振光向與前進方向垂直普通光可在所有垂直于其前進方向的平面上振動Nicol棱鏡偏振光：只在一個平面上振動的光。能使偏振光振動平面旋轉的性質。旋光性：(光學活性)具有光學活性的物質。旋光物質：ex:乳酸、葡萄糖等。旋光性物質使偏振光旋轉的角度，旋光度：以“α”表示。左旋體(-)：右旋體(+)：使偏振光振動平面按反時針方向旋轉。使偏振光振動平面按順時針方向旋轉。二、旋光儀起偏鏡檢偏鏡旋光管WXG-4圓盤旋光儀

α與溶液的濃度、樣品管的長度、溫度、光的波長等因素有關濃度為ρ=1g/ml的旋光性物質溶液，放在l=1dm式中t表示溫度，λ表示所用光的波長。若被測物為純液體，只要把ρ換成液體的密度d即可。比旋光度是旋光性物質特有的物理常數(shù)。

三、比旋光度長的盛液管中測得的旋光度為這個物質的比旋光度。左手的鏡像右手左手右手左右手不能完全重合左手左手的鏡像可以完全重合四、分子的手性手性：物質的分子與其鏡像不能重合的性質。具有手性的分子稱為手性分子。觀察自己的雙手左手與右手有什么聯(lián)系和區(qū)別？生活中的對映體-鏡象井岡山風景桂林風情左右手互為鏡象沙漠胡楊生活中的對映體-鏡象生活中的對映體-鏡象對映異構體牛奶發(fā)酵得到出汗時肌肉分泌

如果兩物體之間的關系相當于其中一物體與其鏡象的關系，相似而不能疊合，則這兩個物體互稱為對映異構體，簡稱為對映體。對映異構體的比旋光度數(shù)值相等，方向相反右旋乳酸D為鈉光的D線(黃色)波長為589.3nm（出汗時肌肉分泌）（牛奶發(fā)酵得到）對映異構體的比旋光度是否相同？左旋乳酸光學異構體對映異構體Question：手性碳原子：蘋果酸具有手性碳原子的分子不一定是手性分子；酒石酸注意連有四個不同的原子或基團的sp3雜化碳原子。而手性分子也不一定具有手性碳。手性分子都具有對映異構體存在。

判斷一個分子是不是手性分子，最直接的辦法就是，看這個分子能否和它的鏡像重合。畫出分子的鏡像，進行比較。分子有無手性，也可以從它具有的對稱因素來判定。對稱中心i對稱面σ對稱因素如何判斷一個分子是否具有手性？Question：一個平面能把分子分割成兩部分，一部分正好是另一部分的鏡像。

有對稱面的分子能和它的鏡像重合，沒有手性。

對稱面對稱面σ對稱中心有對稱中心的分子能和它的鏡像重合，沒有手性。

從分子中任何一個原子向i

引一條直線，再延長到對面等距的地方，總有一個相同的原子。

若一個分子既沒有對稱面，也沒有對稱中心結論：～手性分子。對稱中心i第二節(jié)含手性碳原子化合物的旋光異構互為實物與鏡像關系的一對旋光異構體，簡稱對映體。

含有一個手性碳的化合物既沒有對稱面也沒有對稱中心，是手性分子，有一對對映異構體（左旋體+右旋體）。

對映體的等量混合物，用(±)表示。

一、含一個手性碳的化合物對映異構體外消旋體除了對偏振光振動平面的旋轉方向不同外，對映體的其他物理性質是相同的；除了對旋光性的試劑作用不同外，對映體的其他化學性質是相同的；對映體的生理作用有很大差別：氯霉素的左旋體有療效，它的對映體則無抗菌作用；在培養(yǎng)青霉菌時，右旋酒石酸被消耗掉，剩余為左旋體；左旋尼古丁的毒性比右旋尼古丁大得多。對映體的性質外消旋體和左旋體、右旋體相比，物理性質有所改變。

(S)-(+)-乳酸(R)-(-)-乳酸()-乳酸外消旋乳酸

m.p：53oC53oC18oC[]D：+3.82-3.820pKa：3.793.833.86二、對映異構體的表示方法1.透視式（三維結構）COOHCH3HOHCOOHCH3HOH原則：橫前豎后2.Fischer投影式COOHCH3HOHCOOHCH3HOH手性碳位于紙平面上，用橫豎線的交叉點表示；碳鏈豎放，編號小的碳在上。以橫線相連的原子或基團在紙面前方；以豎線相連的原子或基團在紙面后方；Fischer投影式不能離開紙面進行翻轉使用Fischer投影式注意：≠翻轉

在紙面上旋轉180°仍為原來的構型旋轉180°旋轉180°≡不能在紙面上旋轉90°或其奇數(shù)倍旋轉90°旋轉90°≠旋轉270°旋轉270°≠如何判斷Fischer投影式是否相同？將Fischer投影式在紙面上旋轉180°，得到的構型和原來相同?；鶊F兩兩互換位置偶數(shù)次，構型不變；奇數(shù)次～對映體1次2次Question：固定任意一個基團不動，依次輪換其余三個基團的位置，如何區(qū)分不同排列，命名不同的異構體呢?得到的構型和原來相同。D、L命名法（甘油醛）其Ficher投影式為:D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛三、對映異構體的命名*規(guī)定-OH在標準的Fischer式右邊的～為D型甘油醛-OH在標準的Fischer式左邊的～為L型甘油醛D、L與“+、-”沒有必然的聯(lián)系～相對構型標記法當進行化學反應時，如果與手性中心相連的鍵不斷裂,則化合物的構型不會改變,由此演變而來的一系列化合物的構型與其原來的化合物相同。這樣得來的化合物的構型稱為相對構型。[O][H]D-(+)-甘油醛D-(-)-甘油酸D-(-)-乳酸相對構型在碳水化合物的研究中仍然非常有用。相對構型:D-(+)-葡萄糖L-(-)-葡萄糖葡萄糖的Fischer式你能標出葡萄糖分子手性中心的構型嗎？Question：R、S標記法將與手性碳相連的四個基團按次序規(guī)則進行排列：R型S型a>b>c>da、b、c以逆時針方向排列把最小的原子或基團d放到紙面后方，依次觀察abc。a、b、c以順時針方向排列如何根據(jù)楔形透視式確定構型？乳酸手性碳上的四個基團：OH>COOH>CH3>H。S型R型S型R型若把排在最后的原子或原子團d放到前方，觀察ab

c。當a、b、c以順時針方向排列時，該C*為S構型，當a、b、c以逆時針方向排列時該C*為

R構型。abcd由Fischer投影式確定構型(R)-α-羥基丙酸由Fischer投影式判斷R,S構型時，若最小基團在垂直線上，則按高低順序直接得到C*為R或S構型；若最小基團在左右，即橫線上，按順，反時針方向所得到的構型與實際構型相反。小上下，順R反S；小左右，順S反Rabc(S)-α-羥基丙酸(R)-(+)-甘油醛(S)-(-)-甘油醛(-)、(+)表示旋光方向～實驗測定；R、S由分子的實際構型判定。驗證：在Fischer投影式中，任意兩個基團對調，變成對映體，三個基團輪換，分子構型保持不變。這種變換僅對同一手性碳所連的四個基團有效。R型S型R型abcabcex:判斷下列化合物手性中心的構型：RSRRSRcbaaaaaabbbbbcccccex:

當化合物分子中含有兩個不同的手性碳時，每個手性碳原子各有兩種不同的構型，因此應有4種構型。三、含兩個手性碳的化合物1.兩個手性碳原子不同2,3,4-三羥基丁酸2,3,4-三羥基丁酸可以寫出多少種構型異構體？Question：ⅠⅡⅢⅣ2S3S2R3R2S3R2R3S取代基的次序C2：OH>COOH>CHOHCOOH

>HC3：OH>CHOHCOOH>CH2OH>H對映異構體對映異構體非對映異構體非對映異構體非對映異構體非對映異構體是立體異構體，但又不是鏡像關系。非對映體的比旋光度不同，熔點、沸點、溶解度、相對密度、折射率等物理性質也很不同，化學性質雖然相似，但也不完全相同，如反應速度有差異。當分子中有n個不同的手性碳時，異構體數(shù)目為2n。異構體的名稱(2R,3R)-2-羥基-3-氯丁二酸RR怎樣確定嗎啡的異構體數(shù)目?問題25=32個當兩個手性碳原子所連的四個基團完全相同時，兩個手性碳是相同的。ex:酒石酸也可以寫出幾種構型的Fischer投影式？2.兩個手性碳原子相同酒石酸Question：ⅠⅡⅢ內(nèi)消旋體(meso)ⅣRRSSRS取代基的次序OH>COOH>CHOHCOOH>H含有手性C，但由于分子中存在對稱因素而使分子不內(nèi)消旋體：具有手性的化合物。內(nèi)消旋體是單一純凈物，而外消旋體是混合物內(nèi)消旋體中兩個手性C的構型必定相反由于內(nèi)消旋體的存在，對含n個相同手性C的化合物旋光異構體的數(shù)目外消旋體的數(shù)目ex:寫出(2R,3R)-2,3-二氯丁烷的Fischer投影式。SSRRSR(2R,3R)-2,3-二氯丁烷取代基的次序：Cl>CHClCH3>CH3>H?meso在轉換時，要想象出它們的立體形象。構型式的相互轉換RabcRTheEnd四、環(huán)狀化合物的對映異構（一）、三元環(huán)1.A、A型二元取代：2.A、B型二元取代：RSRRSS順式反式SRRSRRSScab順式反式有三個異構體。有22=4個異構體，兩對對映體。（meso-)（二）、四元環(huán)

HHCOOHHOOCHCOOHHOOCHHHHOOCCOOH順式反式HHCOOHHOOCHHCOOHHOOC順式反式1（meso-)1.1、2取代2.1、3取代ex:1,2-二甲基環(huán)己烷前面的分析都是建立在“環(huán)是平面結構”的基礎上的，實際上，除了三元環(huán)，都不是平面結構。（三）、六元環(huán)

?問題如果把構象也考慮進去，結論是否一樣結論：用平面式分析，化合物是內(nèi)消旋體--無手性用構象式分析，對映體可以互變--無手性構象分析的結論與平面結構的分析相同為方便起見，可用平面結構來分析當丙二烯分子兩端碳上都連有不同的基團時，spsp2sp2四、不含手性碳原子化合物的對映異構丙二烯型化合物分子沒有對稱面也沒有對稱中心，有對映異構。

若用兩個環(huán)來代替兩個雙鍵，則所得到的螺環(huán)化合物也應當有對映異構。

當(a+c)及(b+d)的半徑大于0.29nm時，苯環(huán)繞單鍵的旋轉受到阻礙，整個分子沒有對稱面和對稱中心，有對映異構。聯(lián)苯型化合物

若有一個苯環(huán)上的兩個取代基相同時，則分子有對稱面，沒有對映異構。

當n≤8時，由于取代基的阻礙使苯環(huán)無法任意轉動，此時分子有對映體存在。

其它化合物五、動態(tài)立體化學由非手性的化合物合成手性化合物時，總是得到等量的左旋體和右旋體的混合物，即外消旋體。(R)-2-氯丁烷

(S)-2-氯丁烷

立體選擇反應原因：烷烴的鹵代是自由基反應，活性中間體自由基為平面型結構，Cl2從自由基平面的兩邊進攻的幾率是相等的。Cl2

由2-丁烯和Br2加成時，可以得到2,3-二溴丁烷。順-2-丁烯和溴加成時得到的是一對對映體，反-2-丁烯和溴加成時得到的是內(nèi)消旋體。(±)meso原因：溴對烯烴的加成反應，是通過環(huán)狀的溴離子中間體歷程進行的，為反式加成。立體專一反應：由某一立體異構的反應物只得到某一特定的立體異構產(chǎn)物的反應。立體專一反應HHCH3CH3Br+BrHCH3BrHCH3HCH3BrBrBr-BrBrCH3HCH3HBrBrCH3HCH3H2R,3R2S,3SBrBrCH3HCH3Hcab2R,3ScabcbacbaBrHCH3BrHCH3BrBrHCH3(Z)-2-丁烯加溴生成等量的(2R,3R)和(2S,3S)的事實，是對反式加成機理最有力的支持。若是順式加成TheEnd將2-氯丁烷再進行氯代，有2,3-二氯丁烷生成。只取其中之一進行這樣的氯代，則生成的兩種產(chǎn)物的產(chǎn)率有所不同。29%

71%

在已有一個手性中心的分子中引進第二個手性中心時，得到的立體異構體的量是不均等的；即第一個手性中心對第二個手性中心的構型有控制作用。立體選擇反應：在反應中有幾種立體異構體生成，其有中一種為主要產(chǎn)物。五、外消旋體的拆分原理：通過化學方法，把對映體變成非對映體，利用非對映體的熔點、沸點、溶解度等的不同進行分離。

常用試劑：手性生物堿(-)-馬錢子堿、(-)-奎寧、(-)-番木鱉堿、(+)-辛可寧，手性酸：酒石酸、樟腦磺酸等。

化學方法在色譜柱中用手性物質作固定相，可以直接將對映體分開。如一種市售的手性填料是將纖維素醚負載在硅膠上。

色譜法HPLC用手性柱GC用手性柱生物體中的酶或細菌等具有旋光性，當它們與外消旋體作用時，具有較強的選擇性。例如，在外消旋酒石酸中培養(yǎng)青霉素，只消耗右旋酒石酸，留下左旋酒石酸。生物法TheEnd（三）.含手性碳原子的單環(huán)化合物

——判別單環(huán)化合物旋光性的方法實驗證明：單環(huán)化合物有否旋光性可以通過其平面式的對稱性來判別，凡是有對稱中心和對稱平面的單環(huán)化合物無旋光性，反之則有旋光性。無旋光（對稱面）有旋光順式和反式互為非對映異構體無旋光（對稱面）有旋光無旋光（對稱面）有旋光1奇數(shù)環(huán)當AB不同時，順式和反式都有手性。無旋光（對稱中心）有旋光無旋光(對稱面)無旋光（對稱面）2偶數(shù)環(huán)思考：當AB相同和不同時有什么區(qū)別？取代環(huán)己烷旋光性的情況分析例一：順-1,2-二甲基環(huán)己烷旋轉120o(1)(2)(1)的構象轉換體(1)和(2)既是構象轉換體，又是對映體。能量相