有機(jī)化學(xué)第三章立體化學(xué)基礎(chǔ)12024/3/24CONTENTS立體化學(xué)基本概念手性分子與手性中心對稱性與對稱操作立體異構(gòu)體分類與命名立體化學(xué)在有機(jī)合成中應(yīng)用立體化學(xué)在藥物設(shè)計中的重要性22024/3/24立體化學(xué)基本概念0132024/3/24具有相同的分子式、相同的連接順序，但在三維空間中具有不同的排列方式的化合物。根據(jù)異構(gòu)體之間在三維空間中的差異，可分為構(gòu)型異構(gòu)和構(gòu)象異構(gòu)。立體異構(gòu)體在生物活性、藥物設(shè)計、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。立體異構(gòu)體的定義立體異構(gòu)體的分類立體異構(gòu)現(xiàn)象的重要性立體異構(gòu)現(xiàn)象42024/3/24一個物體不能通過旋轉(zhuǎn)和平移操作與其鏡像完全重合的性質(zhì)。一個物體可以通過旋轉(zhuǎn)和平移操作與其鏡像完全重合的性質(zhì)。手性是對稱性的一個特例，即沒有對稱中心或?qū)ΨQ面的物體具有手性。手性化合物在生命體系中具有重要的作用，如氨基酸、糖類等。手性的定義對稱性的定義手性與對稱性的關(guān)系手性在化學(xué)中的應(yīng)用手性與對稱性52024/3/24分子中原子或基團(tuán)在空間的相對位置關(guān)系。構(gòu)型的定義分子中原子或基團(tuán)圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的不同空間排列方式。構(gòu)象的定義構(gòu)型是分子中原子或基團(tuán)的固定排列方式，而構(gòu)象是分子在不同條件下的動態(tài)變化。構(gòu)型與構(gòu)象的關(guān)系不同的構(gòu)型和構(gòu)象會影響化學(xué)反應(yīng)的速率和選擇性。構(gòu)型與構(gòu)象在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用構(gòu)型與構(gòu)象62024/3/24手性分子與手性中心0272024/3/24具有旋光性手性分子特點(diǎn)手性分子定義：不能與其鏡像重合的分子稱為手性分子。存在手性中心對映異構(gòu)體具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)手性分子定義及特點(diǎn)010302040582024/3/24020401手性中心定義：連接四個不同基團(tuán)或原子的碳原子稱為手性中心。手性中心判斷方法使用Cahn-Ingold-Prelog規(guī)則（CIP規(guī)則）進(jìn)行判斷。03觀察碳原子連接的四個基團(tuán)或原子是否相同，若不相同則為手性中心。手性中心識別與判斷777792024/3/2403Newman投影式沿碳-碳鍵的鍵軸方向觀察，將碳原子和與之相連的基團(tuán)放在紙平面上，其他基團(tuán)則豎立在紙平面上。01Fischer投影式將碳鏈豎直表示，橫前豎后，橫向基團(tuán)朝右，縱向基團(tuán)朝上。02透視式將碳鏈放平，基團(tuán)朝向觀察者方向。手性分子表示方法102024/3/24對稱性與對稱操作03112024/3/24對稱中心（C）對稱面（σ）對稱軸（i）旋轉(zhuǎn)反演軸（S?）對稱元素及類型一個點(diǎn)，通過該點(diǎn)的任意直線兩端等距離處，有相同但不重合的兩個點(diǎn)或圖形。一條直線，分子繞此軸旋轉(zhuǎn)180°后與原分子重合。一個平面，將分子分為互為鏡像的兩個部分。一條直線和一個點(diǎn)，分子繞此軸旋轉(zhuǎn)360°/n后，再通過該點(diǎn)進(jìn)行反演，所得分子與原分子重合。122024/3/24對稱操作定義及實(shí)例對稱面操作（σ）將分子沿對稱面進(jìn)行反射，得到與原分子重合的鏡像。對稱中心操作（C）通過對稱中心的任意點(diǎn)或圖形，找到其對稱點(diǎn)或圖形。恒等操作（E）不改變分子的任何操作，即分子本身。對稱軸操作（i）將分子繞對稱軸旋轉(zhuǎn)180°，得到與原分子重合的圖形。旋轉(zhuǎn)反演軸操作（S?）將分子繞旋轉(zhuǎn)反演軸旋轉(zhuǎn)360°/n后，再通過反演點(diǎn)進(jìn)行反演，得到與原分子重合的圖形。132024/3/24具有對稱面或?qū)ΨQ中心的分子是非手性的，而不具有這些對稱元素的分子可能是手性的。判斷分子的手性預(yù)測分子的物理和化學(xué)性質(zhì)分析分子的構(gòu)型和構(gòu)象推導(dǎo)反應(yīng)機(jī)理對稱性可以影響分子的偶極矩、極化率、光譜性質(zhì)等物理性質(zhì)，以及反應(yīng)活性、選擇性等化學(xué)性質(zhì)。通過對稱性可以判斷分子的構(gòu)型和構(gòu)象是否穩(wěn)定，以及不同構(gòu)型和構(gòu)象之間的能量差異。對稱性可以幫助推導(dǎo)某些反應(yīng)的機(jī)理，例如周環(huán)反應(yīng)中的對稱性允許和對稱性禁阻規(guī)則。對稱性在立體化學(xué)中應(yīng)用142024/3/24立體異構(gòu)體分類與命名04152024/3/24由于原子或基團(tuán)在空間排列方式不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象。包括順反異構(gòu)、對映異構(gòu)等。構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)由于單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的不同空間排列的異構(gòu)現(xiàn)象。如乙烷的交叉式與重疊式構(gòu)象。具有旋光性的手性分子，由于與其鏡像不能重合而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象。如對映異構(gòu)體。030201立體異構(gòu)體分類方法162024/3/24

各類立體異構(gòu)體命名規(guī)則順反異構(gòu)體命名根據(jù)基團(tuán)在雙鍵或環(huán)上的相對位置進(jìn)行命名，順式異構(gòu)體中相同基團(tuán)位于同側(cè)，反式異構(gòu)體中相同基團(tuán)位于異側(cè)。對映異構(gòu)體命名采用Cahn-Ingold-Prelog（CIP）規(guī)則進(jìn)行命名，確定手性碳上各基團(tuán)的優(yōu)先順序，然后根據(jù)基團(tuán)在空間中的排列方式進(jìn)行命名。構(gòu)象異構(gòu)體命名根據(jù)分子中原子或基團(tuán)的空間排列方式進(jìn)行命名，如交叉式構(gòu)象、重疊式構(gòu)象等。172024/3/24實(shí)例分析：命名練習(xí)1.（Z）-2-丁烯表示2-丁烯的順式異構(gòu)體，其中兩個甲基位于雙鍵的同側(cè)。2.（E）-2-丁烯表示2-丁烯的反式異構(gòu)體，其中兩個甲基位于雙鍵的異側(cè)。3.（R）-2-羥基丙酸表示2-羥基丙酸的右旋對映異構(gòu)體，其中羥基、羧基和甲基按照CIP規(guī)則確定的優(yōu)先順序排列。4.（S）-2-羥基丙酸表示2-羥基丙酸的左旋對映異構(gòu)體，其中羥基、羧基和甲基按照CIP規(guī)則確定的優(yōu)先順序排列。182024/3/24立體化學(xué)在有機(jī)合成中應(yīng)用05192024/3/24通過引入手性輔劑，在反應(yīng)中形成手性環(huán)境，從而控制產(chǎn)物的立體構(gòu)型。利用手性催化劑，在反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)對底物的不對稱活化，進(jìn)而控制產(chǎn)物的立體構(gòu)型。通過動力學(xué)拆分外消旋體，得到單一構(gòu)型的產(chǎn)物。利用手性輔劑利用不對稱催化利用動力學(xué)拆分立體選擇性合成策略202024/3/24立體專一性反應(yīng)定義立體專一性反應(yīng)是指在反應(yīng)過程中，底物的立體構(gòu)型在產(chǎn)物中得到保持的反應(yīng)。立體專一性反應(yīng)原理立體專一性反應(yīng)通常涉及到底物中特定官能團(tuán)的空間排列，這種排列在反應(yīng)過程中保持不變，從而保證了產(chǎn)物的立體構(gòu)型。立體專一性反應(yīng)應(yīng)用立體專一性反應(yīng)在有機(jī)合成中具有廣泛的應(yīng)用，如烯烴的順反異構(gòu)化、羰基化合物的還原等。立體專一性反應(yīng)原理及應(yīng)用212024/3/24實(shí)例一烯烴的順反異構(gòu)化。在烯烴的順反異構(gòu)化反應(yīng)中，通過控制反應(yīng)條件，可以選擇性地得到順式或反式產(chǎn)物。例如，利用特定的催化劑和溶劑，可以實(shí)現(xiàn)烯烴的高效順反異構(gòu)化。實(shí)例二羰基化合物的還原。在羰基化合物的還原反應(yīng)中，通過選擇合適的還原劑和反應(yīng)條件，可以控制產(chǎn)物的立體構(gòu)型。例如，利用手性還原劑可以實(shí)現(xiàn)羰基化合物的不對稱還原，得到具有特定立體構(gòu)型的醇類產(chǎn)物。實(shí)例三手性藥物的合成。手性藥物是指具有手性中心的藥物分子。在合成手性藥物時，需要利用立體化學(xué)原理來控制產(chǎn)物的立體構(gòu)型。例如，通過引入手性輔劑或利用不對稱催化等方法，可以實(shí)現(xiàn)手性藥物的高效合成。實(shí)例分析：有機(jī)合成中立體化學(xué)問題222024/3/24立體化學(xué)在藥物設(shè)計中的重要性06232024/3/24手性藥物的兩個對映異構(gòu)體可能具有不同的生物活性，其中一個可能具有治療效果，而另一個可能無效或有毒。手性藥物通過與生物體內(nèi)的靶標(biāo)分子（如受體、酶等）發(fā)生立體選擇性相互作用，從而產(chǎn)生藥理作用。藥物活性與手性關(guān)系手性藥物的藥理作用手性對藥物活性的影響242024/3/24預(yù)測對映異構(gòu)體的活性通過理論計算或?qū)嶒炇侄?，預(yù)測兩個對映異構(gòu)體的生物活性，以選擇具有潛在治療效果的對映異構(gòu)體進(jìn)行后續(xù)研究。合成與分離手性藥物在藥物合成過程中，需要采取適當(dāng)?shù)暮铣刹呗院头蛛x技術(shù)，以獲得所需的對映異構(gòu)體的純品。確定手性中心在藥物設(shè)計中，首先需要確定分子的手性中心，即存在不對稱碳原子的位置。藥物設(shè)計中手性考慮因素252024/3/24沙利度胺（Thalidomide）沙利度胺是一種具有免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用的藥物，其分子中存在一個手性中心。研究表明，沙利度胺的（R）-對映異構(gòu)體具有治療效果，而（S）-對映異構(gòu)體則具有致畸作用。因此，在藥物合成和質(zhì)量控制過程中，需要嚴(yán)格控制（R）-對映異構(gòu)體的純度和含量。