1、第一章 立體化學基礎,教材:葉秀林主編 北京大學出版社,立體化學 Stereo Chemistry,綏化學院制藥與化學工程系,立體化學是探討有機化合物分 子的結構和反應的立體性的科學， 是有機化學的理論基礎之一。近 四、五十年來，立體化學的發(fā)展 非常迅速，主要表現(xiàn)在有機分子 立體結構的測定，分子的立體形 象與反應性的關系的闡明，以及 不對稱反應在合成上的應用等方 面。,第一章 立體化學基礎第二章 構型和構形聯(lián)系第三章 外消旋體及其拆分第四章 構象和構象分析第五章 結構和光學活性第六章 不對稱合成,1、楔形式,2、鋸架式,3、紐曼式 重疊式 交叉式,4、費歇爾的投影式,5、R/S 命名,例如：,

2、6、D/L系列,-D-葡萄糖 -D-葡萄糖,7、葡萄糖的哈沃斯式,（1） 分子內(nèi)的原子相互之間其價電子是怎樣結合的?（2） 這些原子相互之間在分子內(nèi)所處的空間位置怎樣?,結構的問題包含著：,（3） 在反應中,反應物分子的價電子是通過怎樣的過程，在分子內(nèi)或分子間重新組合，而生成新的價鍵和變化成產(chǎn)物分子的?（4） 在這些反應的過程中，分子內(nèi)或分子間的原子重新組合，在空間上的要求條件和變化過程怎樣?,（1）和（3）涉及結構和反應的電的 性質，是“有機化合物的結構和反應 機制”的基本內(nèi)容，（2）和（4）涉 及結構和反應的立體性，是立體化學的基本內(nèi)容。（2）主要敘述測定分子所具有結構的立體形象的方法和應

3、用，以及這種結構的立體形象和一些物理性質的關系等等，屬于“靜態(tài)立體化學”的范疇（4）屬于“動態(tài)立體化學”的范圍，主要討論分子的立體形象對化學反應性，如反應的方向和難易程度的影響等等。,學習立體化學的目的 深入地認識有機化合物的結構和反應，為生產(chǎn)服務。 例如，抗菌素氯霉素是一種天然產(chǎn)物，左旋體有藥效，早已用合成的方法生產(chǎn)了。由于研究了氯霉素和有關化合物的立體結構，包括所謂的“構型”和“構象”，以及闡明了許多反應的立體性，所以有可能在合成中選用有利于生成具有天然氯霉素的那種立體結構的反應和步驟，這是運用“不對稱反應”于“立體擇向合成” 或稱為“不對稱合成”。又例如，驅蟲藥“四咪唑”是一種高效的合成

4、，但由于在合成中產(chǎn)生的兩個含量各占一半的立體異構體中，只有一個是有效成分，必須用立體化學的方法處理，把“有效成分”和“無效成分”彼此分開，被稱為“拆分”和更進一步將這種“無效成分”分段地轉變成“有效成分”，這樣才比較經(jīng)濟和對患者的健康更有益處。,一、旋光性,1、平面偏振光,普通的光是各種波長可見光的混合體，波長與光線進行的方向成直角的關系，在無數(shù)相交錯的平面內(nèi)振動。單色光，如鈉光燈法射出來的黃光，則具有單一的波長（589.3），但仍在無數(shù)交錯的平面內(nèi)振動。 2、旋光儀 （1）單色光源 （2） 起偏鏡 （3） 盛液管 （4）檢偏鏡 （5）刻度盤,旋光性：能使偏振光振動平面旋 轉的能力稱旋光性。,

5、進行一個未知化合物的旋光性測定中， (與 n1800(n=任何整數(shù))沒有差別。 因為偏振平面在旋光儀中旋轉n1800之后，新的振動平面與舊的振動平面將完全重合。,例如，當某一旋光性化合物被放在旋光儀中進行旋光性的測定時，如果向右旋測得一個值為50 ，那末向左旋130處同樣可以測得一個值，同時所測得的旋光度也可能是230410 或310等等。因此，對一個未知化合物來說，至少應當在另一個濃度下，對該化合物進行第二次測定。,常用辦法： 將其濃度稀釋，如果將濃度稀釋至原來的1/10，再測得值為230或50 ，410 ， 那末此化合物是右旋光性的，若用測得的值為310 或130 ，那末此化合物是左旋光性

6、的。,3、比旋光度,二、碳原子價鍵的方向性,圖11 三種雜化狀態(tài)的碳原子的構型示意圖,三、含不對稱碳原子（即手性碳原子）的非對稱分子導致的旋光異構現(xiàn)象。1、不對稱碳原子和含一個不對稱碳原子的化合物一個碳原子所結合的四個基團中，只要有兩個基團相同即沒有旋光性。,例如，丙酸,圖12 丙酸分子立體結構的兩種表示方法, D15 + 3.820 , MP 25.80 D15 - 3.820 , MP 25.80 右旋乳酸又稱d-乳酸或(+)-乳酸 左旋乳酸又稱l-乳酸或(-)-乳酸,外消旋乳酸,又稱dl乳酸或(- ) 乳酸 圖13乳酸的立體結構和相互間的關系,對映體具有這種結構關系的一對化合物被稱為“對

7、映立體異構體”簡稱為“對映體”。這樣的分子是非對稱的分子，具有旋光性，其左旋光性的和右旋光性的異構體的旋光能力相等，但方向相反。,由等量的左旋和右旋乳酸組成的外消旋乳酸是沒有旋光性的。例如， CH3CH2(CH3)C*HCH2OH2-甲基-1-丁醇 CH3C*H(OH)COOH 乳酸,2、含兩個或多個不相同的不對稱碳原子的非對稱化合物含2個C*的立體異構體的數(shù)目：2 24個立體異構體含3個C*的立體異構體的數(shù)目：2 38個立體異構體含n個C*的立體異構體的數(shù)目：2 n個立體異構體,()-赤蘚糖 ()-赤蘚糖 D20-14.80 D2021.50,dl-赤蘚糖,例如，丁醛糖含有2個C*，有四個立

8、體異構體,()-蘇阿糖 ()-蘇阿糖 D20+13.20 D20-12.30,dl-蘇阿糖,圖14 丁醛糖的立體結構和相互間的關系,例如，戊醛糖含3個C*,有8個旋光異構體,（-）- 核糖 （+）-核糖,（-）- 阿拉伯糖 （+）- 阿拉伯糖,（-）- 來蘇糖 （+）- 來蘇糖,（+）- 木糖 （-）- 木糖,圖15 戊醛糖的立體結構和相互間的關系,D-（+）- 阿洛糖 D-（-）- 阿卓糖,D-（+）- 葡萄糖 D-（-）- 古羅糖,D-（+）- 甘露糖 D-（+）- 半乳糖,D-（+）- 艾杜糖 D-（+）- 塔羅糖,圖16 非對映立體異構的己醛糖 （八對對映體中的各一個對應體）,3、開鏈

9、的非對稱分子的幾種表達式 (1) 費歇爾投影式,d-乳酸 l-乳酸,D-（-）-赤蘚糖 D-（-）-蘇阿糖,D-（-）-核糖 D- （-）-阿拉伯糖,D-（+）-葡萄糖 D-（+）-阿拉伯糖,圖17 幾個化合物的費歇爾投影結構式,注意：投影式只能在紙面上轉動1800(n=1，2，3.)不能翻轉,費歇爾式 鋸架式 楔形式 紐曼式,鋸架式 楔形式 紐曼式,圖18 （-）-蘇阿糖的立體結構的幾種表示方法,圖19（+）-葡萄糖的立體結構的幾種表示法,注： 楔形式（傘形式） 是眼睛垂直于C-C鍵軸方向看。 鋸架式（馬鞍式） 是從C-C鍵軸斜450方向看。 紐曼式 是從C-C鍵的軸線上看。,注意 ： 沒有

10、表示交叉型的Fischer投影式，而鋸架式飛楔式和紐曼式對同一化合物卻至少可以各有三個重疊式的和交叉式的結構式。,4、含有兩個或多個相像的不對稱碳原子的化合物,酒石酸是兩個相像的不對稱碳原子酒石酸的立體異構體只有三個不符合2n的數(shù)目。,d- 酒石酸 l-酒石酸 內(nèi)消旋酒石酸,圖1-10 酒石酸的立體異構體,圖111 戊糖二酸的立體異構體,5、分子的對稱性和非對稱性,含不對稱碳原子的化合物并不一定都呈現(xiàn)旋光性，而呈現(xiàn)旋光性的化合物也不一定都含有不對稱碳原子。例：,后來對分子的對稱性問題進行的深入研究，認識到，并不是凡呈現(xiàn)旋光性的化合物，其分子都不具有“對稱因素”，也不是凡具有對稱因素的分子，其化

11、合物一定不呈現(xiàn)旋光性。 例如，d-和l-酒石酸,它們都具有二重旋轉軸( C2- 軸)的對稱性。,對稱因素 1、平面對稱因素(),2、中心對稱因素（i）,3、旋轉軸對稱因素（Cn）,6、分子的潛非對稱性和潛不對稱碳原子,圖112前手性碳原子被取代成手性中心的示意過程,圖113 前手性碳原子經(jīng)加成反應成手性中心的示意過程,四、雙鍵的限制旋轉和幾何異構現(xiàn)象,圖114 順、反丁烯二酸的加熱失水反應,或Z-2丁烯 或E-2丁烯,或Z-2戊烯 或E-2戊烯,圖19 一些順和反異構體,圖115 4-甲環(huán)己亞基乙酸的兩個旋光性的對映體,圖116 2,4-癸二烯酸甲酯的幾何異構體,圖117 三個天然的十八（碳）三烯酸,圖118 丙