第四章对映异构.

1Chap.4对映异构(Enantiomerism)2异构现象构造异构：碳链异构、官能团异构、位置异构、互变异构立体异构构型异构：顺反异构、对映异构构象异构：344.1旋光性(Opticalactivity)偏振光和旋光性•偏振光：只在一个平面内振动的光。•旋光性（或光学活性）：使偏振光振动平面发生改变（偏转）的性质，它可通过旋光仪检测。旋光仪的原理：567偏光器偏光器89•旋光物质（或光学活性物质）：具有旋光性的物质。•比旋光度：反映了某旋光物质的旋光方向和旋光能力。[α]DT=100α/(cl)右旋：“+”，左旋：“-”10注意：a.一般用钠光灯（D）作光源，λ=589.3nm，t=20OCb.c：g/100mll：dmc.溶液一般为稀溶液，否则测出的α值不准d.若溶剂不是水，则要在后面标出溶剂及相应的浓度e.[α]值可于手册中查到，故可用该公式来计算稀溶液的浓度或验纯，也可用同一条件下测得的稀溶液的α值来比较旋光性的大小。[α]DT=100α/(cl)114.2分子的手性(Chirality)1213141.对映异构现象：一个分子与其镜像的构造相同，但不能叠合，它们互称为对映异构体，简称为对映体。这种同分异构现象称为对映异构，又称旋光异构，属于构型异构的一种。COOHOHCH3HCOOHOHCH3HCC乳酸对映体总是成对的，它们的熔点、沸点、密度、折射率和非手性溶剂中的溶解度以及光谱图等都相同，在与非手性试剂反应时所表现的化学性质也相同。但它们对偏振光表现为不同的旋光性（opticalactivity)。旋光性是识别对映异构体的重要方法。162.不对称碳原子（手性碳原子ChiralCarbons）：不对称碳原子：与四个互不相同的一价基团相连的碳原子。174.手性分子：具有手性的分子称为手性分子；手性分子都具有对映异构，都有旋光性。4.3分子的手性与对称性1.对称因素：•对称轴（Cn):有n重轴Cn的分子，绕轴转动一周，可以得到n个与原始构型无法区别的等价构型。3.手性（手征、手征性）：有的分子与其镜像之间的关系很象人的左右手，相似而不能叠合，这种性质称为手性（chirality).如何判断？18•对称面（σ):把分子切成互为镜像的两半的平面Amoleculewithaninternalmirrorplanecannotbechiral.（eg.CHCl3）19对称中心（i）:假定对称中心为直角坐标的原点，那么任一原子（x，y，z）转为（-x，-y，-z）后成为原构型的等价构型。2.手性与对称性的关系：绝大多数情况下，分子中没有对称面和对称中心的，与其镜像就不能互相叠合，分子就有手性。3.手性中心：C、N、P、S、Si、As等手性分子中不一定含有手性原子（关键是判断对称性）。20HClHClHClClClHClHClFFClClClCH3ClCH3CH3HCH3HClClCCHHClClCCHHClClC2C3，3σiσiiC2,iσ214.4含一个不对称碳原子化合物的对映异构1.对映异构体：a.构造式相同；b.互为镜像，且不能重叠c.α值相等，符号相反2.外消旋体：等量的对映体组成的混合物，无旋光性，常用±或dl表示，外消旋体是混合物。在手性条件下可拆分。22(S)-(+)-乳酸(R)-()-乳酸()-乳酸mp53oCmp53oCmp18oC[]D=+3.82[]D=-3.82[]D=0pKa=3.79(25oC)pKa=3.83(25oC)pKa=3.86(25oC)151515外消旋乳酸CHOCOOHCH3HCCOOHCH3HOH23（1）楔形透视式写法：将手性碳表示在纸面上，用实线表示纸面上的键，用虚线表示伸向纸后方的键，用楔形键表示伸向纸前方的键。如，乳酸：CCOOHCH3HHOCCOOHCH3HOH3.构型的表示方法：锯架透视式、楔形透视式、Newman式、费歇尔投影式24(2)费歇尔投影式将手性碳投影到平面上，向前伸的键横向放置，向后伸的键竖直放置。主链竖直放置，编号最小的碳放在最上面。25CCOOHCH3HHOCCOOHCH3HOHCH3COOHHOHCH3COOHHHO注意：通常将碳链置于竖直键上，并使编号最小的基团置于上端。26※使用费歇投影尔式需注意的几个问题：（i）不能离开纸面翻转，否则将改变原化合物构型。H翻转CH3COOHHOHCH3COOHHO对映体原构型（ii）在纸面上旋转90°或其奇数倍，则改变构型；旋转90°的偶数倍，则保持原构型。HOHCH3COOHHOH对映体（横键与竖键对调）原构型旋转900CH3HOOC旋转900COOHCH3HHO原构型27（iv）若通过奇数次调换手性碳所连基团，则转换为其对映体，通过偶数次调换，则保持原构型。（iii）若固定某一基团，而使另三个基团按顺时针或反时针方向依次调位次，将保持原构型不变。CH3COOHHOHCOOHCH3HHOCOOHCH3HOHCH3COOHHOHCOOHCH3HHOCH3COOHHOH原构型对映体对调1次再对调1次原构型28将费歇尔式转换为纽曼投影式步骤：CH3CH3HHHCl(R)-2-氯-丁烷CH3CH3HHHClCH3ClHCH3HHCH3CH3HHClHCH3HHCH3HCl注意：由费歇尔式写出的纽曼投影式为重叠式。29*费歇尔投影式注意事项：•“+”的含义：焦点表示手性C，四个端点连四个不同的基团•四个基团的空间关系：“横”前“竖”后•四点操作：1.不能离开纸面翻转（会改变前后）；2.只能在纸面上平移或转动180o；3.任意两个基团不能对调；4.任三个基团可按顺（逆）时针依次调换位置302.对映异构体构型的命名（1）D、L命名法(糖类、氨基酸中相对构型):以D-(+)-甘油醛为标准：按Fischer投影法规定将氧化态较高的C放在竖线上方，X（官能团NH2或OH）在右侧为D型，在左侧为L型。在碳水化合物中，D、L只表示序号最高的手性碳的构型。HRR'XHRR'XCHOHOHCH2OHD-(+)-甘油醛DL31HCOOHCH3H2NL-丙氨酸HOHCH2OHCHOHOHCH2OHCHOD-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D、L与“+、-”没有必然的联系32将其它化合物的构型与甘油醛关联起来，如HOHCHOCH2OH[O]HOHCOOHCH2OH[H]HOHCOOHCH3D-(+)-甘油醛D-(-)-乳酸（相对构型）33实验确证：规定的甘油醛的构型与其实际构型正好相符，因此，由甘油醛与其它化合物相联系所得的相对构型，就成为绝对构型。绝对构型：能真实代表某一光活性化合物的构型（R、S）D、L命名对多个手性碳的化合物使用不方便，目前仅在糖类和氨基酸中使用仍很普遍。342.绝对构型（R、S）的表示方法•根据次序规则确定四个基团的优先次序ABCD,找出最小基团D；(注：Z型优先于E型，R型优先于S型)•把最小基团D置于离观察者最远的位置，从A→B→C若为顺时针旋转，则为R，否则为S；ABCDABCDACDBACBABCDDclockwise----Rcounterclockwise----S35CH3CHCH3CH2CH3CH2CH2次序规则：36常见烷基次序：CHCH3CH3CCH3CH3CH3CH2CH2CHCH3CH3异丙基isopropyl新戊基neopentyl异丁基isobutylCCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH2CHCH3CH3叔丁基tert-butyl仲丁基sec-butyl异丁基isobutylCH2(CH2)2CH3正丁基n-butyl37例1例2若最小基团不在最远处，可通过基团对调偶次数的方法，将其调换到所需位置。COHHC2H5C3H7OHC3H7C2H5HR-3-己醇38例3.CHSO3HClCH3(R)-氯代乙磺酸39CCOOHH3CNH2Hnaturalalanine1234ClHClH*1234123CCOHCHCH2CH2OHCH(CH3)2*CCCCH2OHCH(CH3)2HOOCCHCH2C*expandstossS40•旋光体的R、S型和D、L型同旋光方向并不是一回事。HOHCHOCH2OHeg.HOHCHOCH2OHR-(+)-甘油醛S-(-)-甘油醛HOHCOOHCH3HOHCOOHCH3R-(-)-乳酸(D-(-)-乳酸)S-(+)-乳酸(L-(+)-乳酸)R、S和D、L以及旋光方向三者没有任何对应关系41D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D-(-)-乳酸HOHCHOCH2OHHOHCHOCH2OHHOHCOOHCH3*相对构型和绝对构型绝对构型能真实代表某一光活性化合物的构型（R、S）与假定的D、L甘油醛相关联而确定的构型。相对构型HOHCOOHCH2OHHO425.对映体的性质手性条件下（溶解度，反应速度）不同，生理活性（药性）不同。其他物性，非手性条件下的化学性质相同。对映性可在手性条件下（手性试剂，手性催化剂等）拆分。43BiologicalDiscrimination生物识别非天然肾上腺素天然肾上腺素4420世纪50年代中期，反应停(沙利度胺，Thalidomide)作为镇静剂，有减轻孕妇清晨呕吐的作用而被广泛应用。结果在欧洲导致1.2万例胎儿致残，即海豹婴。于是1961年该药从市场上撤消。后来发现沙利度胺R型具有镇静作用，而S型却是致畸的罪魁祸首。研究人员进一步研究发现沙利度胺任一异构体在体内都能转变为相应对映体，因此无论是S型还是R型，作为药物都有致畸作用。4546目前世界上使用的药物总数约为1900种，手性药物占50%以上，在临床常用的200种药物中，手性药物多达114种。美国食品与药物管理局(FDA)在1992年的政策中规定：对于含有手性因素的药物倾向于发展单一对映体产品，后来又表示鼓励把已在销售的外消旋药物转化为手性药物，这称为“手性转换(chiralswitch)”;对于申请新的外消旋药物．则要求对两个对映体都必须提供详细的生理活性和毒理数据，而不得作为相同物质对待。471.含两个或多个不对称碳原子的手性分子（1）旋光异构体的数目（2）非对映体（3）赤式和苏式（4）差向异构体4.5含几个不对称碳原子的化合物48(1)旋光异构体的数目49不呈镜影关系的旋光异构体为非对映体。非对映体具有不同的旋光能力，不同的物理性质和不同的化学性质。含两个不对称碳的分子，若在Fischer投影式中，两个H在同一侧，称为赤式，在不同侧，称为苏式。（3）赤式和苏式（2）非对映体50CHOCH2OHOHOHHHRRCHOCH2OHHHHOHOSSCHOCH2OHHHOOHHSRCHOCH2OHOHHHHOSR(i)(ii)(iii)(iv)(2R,3R)-(-)-赤藓糖(2S,3S)-(+)-赤藓糖(2S,3R)-(+)-苏阿糖(2R,3S)-(-)-苏阿糖HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO(i)(ii)对映体，(iii)(iv)对映体。(i)(iii),(i)(iv),(ii)(iii),(ii)(iv)为非对映体。51（4）差向异构体两个含多个不对称碳原子的异构体，如果只有一个不对称碳原子的构型不同，则这两个旋光异构体称为差向异构体。如果构型不同的不对称碳原子在链端，称为端基差向异构体。52()阿拉伯糖()耒苏糖()木糖HOCH2CHCHCHCH2OHOHHOOHCH2OHOHHOHHHOHCHOCH2OHHHOHHOHOHCHO(i)(ii)CH2OHOHHOHHHOHCHOCH2OHHHOHHOHOHCHO(iii)(iv)()核糖CH2OHOHHHHOHOHCHOCH2OHHHOOHHHOHCHO(v)(vi)CH2OHOHHHHOHOHCHOCH2OHHHOOHHHOHCHO(vii)(viii)(i)和(iii),(ii)和(iv)是C2差向异构体。(i)和(vii),(ii)和(viii)是C3差向异构体。(i)和(vi),(ii)和(v)是C4差向异构体。耒[lěi]533.含两个或