1、立體結構的表示方法立體結構的表示方法 Fischer Projection 僅任何兩個基團的互換位置，將使其轉僅任何兩個基團的互換位置，將使其轉變成為相應的對映體。該規則對立體模變成為相應的對映體。該規則對立體模型和型和Fisher投影式都適用。對無手性中心投影式都適用。對無手性中心的手性化合物，此規則不適用。的手性化合物，此規則不適用。CH2NHCOOHCH3H2NHCOOHCH3HNH2COOHCH3 Identity Testing1. 180o Rotation on the plane reserves the configuration.2. 90o Rotation on the

2、 plane breaks the rule (inverse the configuration) 2. Have 1 group steady while other 3 groups rotate： reserves the configuration D- 和和 L-體系的構型體系的構型Rosanoff：人為規定人為規定(+) or d-glyceraldehyde (甘甘油醛）為油醛）為D型，其對映體為型，其對映體為L型。型。Bijvoet ： 1951年用年用X-ray衍射法研究酒石酸鈉銣衍射法研究酒石酸鈉銣后，證實后，證實Rosanoff的指定是正確的。的指定是正確的。D- 和和

3、 L-體系指定對映體的方法，不僅在手性中體系指定對映體的方法，不僅在手性中心的對映體化合物中廣泛使用，甚至在沒有不心的對映體化合物中廣泛使用，甚至在沒有不對稱中心的分子，如聯苯類、疊烯類化合物中對稱中心的分子，如聯苯類、疊烯類化合物中也得到了使用。也得到了使用。化學相關（溝通）法化學相關（溝通）法，可將，可將D-或或L-甘油醛與許多甘油醛與許多化合物進行溝通（通過反應相關聯），從而確化合物進行溝通（通過反應相關聯），從而確定那些化合物的絕對構型。定那些化合物的絕對構型。 待測化合物需與已知構型化合物進行反應溝通，待測化合物需與已知構型化合物進行反應溝通，才能確定才能確定D或或L構型。有時需要多

4、步化學構型。有時需要多步化學反應才能夠溝通，其中可能存在反應前后手性反應才能夠溝通，其中可能存在反應前后手性中心的構型是保持還是改變的問題，如判斷錯中心的構型是保持還是改變的問題，如判斷錯誤，可能導致最后待測化合物構型確定的錯誤。誤，可能導致最后待測化合物構型確定的錯誤。 目前，此目前，此DL體系，僅用于某些氨基酸和碳水體系，僅用于某些氨基酸和碳水化合物（糖），其它類型化合物中已不再使用。化合物（糖），其它類型化合物中已不再使用。 具有相同具有相同DL構型的分子，不一定具有相構型的分子，不一定具有相同的旋光方向。同的旋光方向。 相同的化合物在不同條件下相同的化合物在不同條件下(溶劑、波長溶劑、

5、波長或溫度）或溫度），可能旋光方向相反可能旋光方向相反。HOHCHOCH2OHHOHCOOHCH2OHHgO(+)(-)氧化前后，中心氧化前后，中心手性碳構型不變手性碳構型不變D型D型dl Assigning R, S configuration1. Assign priorities2. Perform motions to place the group of lowest priority at the top : H in the back3. Determine the direction of rotation of the 3 groups Sequence Rules （to

6、determine priorities ）: Cahn-Ingold-Prelog (CIP) Rules1. Ranging by atomic number （原子序數原子序數） of atom connected to chiral carbonBr Cl O N C H35 17 8 7 6 12. Look at 2nd, 3rd, or 4th atom away from the chiral carbon If the 1st atoms are same.(H3C)2HCCCH2OHO, H, HC, C, HOC, CH2OHCH(CH3)3BrCH2OHCH(CH3)3

7、HHBr 3. Multiple-bonded atoms are equivalent to the same number of single-bonded atoms 一些基團的優先順序一些基團的優先順序： COOH COPh COMe CHO CH(OH)2 o-甲苯基（甲苯基（tolyl） m-甲苯基甲苯基 p-甲苯基甲苯基 苯基苯基 (phenyl) -C CH 叔叔丁基丁基 苯基苯基 烯基烯基 異丙基異丙基 芐基芐基 新新戊基戊基 (neopentyl） 烯丙基烯丙基 正戊基正戊基 乙乙基基 甲基甲基 H 4. 相同元素，質量數（中子數）多的同相同元素，質量數（中子數）多的同位數

8、優先于質量數（中子數）低的同位位數優先于質量數（中子數）低的同位數。數。 如：如：18O16O; 14C13C12C; 氚氚氘氘氫氫 R, S Configuration 在在Fisher投影式中，投影式中，RS構型的確定構型的確定：將：將最低等級基團位于上或下位置，其它三最低等級基團位于上或下位置，其它三個基團等級順序如為順時針，則為個基團等級順序如為順時針，則為R構型，構型，若為反時針，則為若為反時針，則為S構型。構型。 如最低等級基團不位于上或下位置，則如最低等級基團不位于上或下位置，則將其與另外上或下基團互換，再判斷是將其與另外上或下基團互換，再判斷是順時針還是反時針，確定順時針還是反

9、時針，確定R或或S構型，但構型，但所確定構型與實際構型相反。所確定構型與實際構型相反。OHCCH2OHHOHHOH2CCHOOHHRRHOH2CCHOHOHOHCCH2OHOHHHOHCHOCH2OHHOH2COHCHOHSR 確定絕對構型的方法確定絕對構型的方法：(1)在不改變手性中心的條件下：未知構型在不改變手性中心的條件下：未知構型化合物轉化為已知構型化合物；或已知化合物轉化為已知構型化合物；或已知構型化合物轉化為未知構型化合物。構型化合物轉化為未知構型化合物。H3CH2CCH2BrOHHH3CH2CCH3OHHRS已知化合物與未知化合物不一定具有相同已知化合物與未知化合物不一定具有相同

10、R或或S構型，有可能相反，因為可能已使基構型，有可能相反，因為可能已使基團的優先順序發生了改變團的優先順序發生了改變.(2) 機理已明確的情況下，涉及手性中心的轉化機理已明確的情況下，涉及手性中心的轉化 SN2機理：產物與原反應物構型已發生反轉，機理：產物與原反應物構型已發生反轉，即產物構型與原反應物構型相反。即產物構型與原反應物構型相反。CHOHCOOHCH3CHBrCOOHCH3CN3HCOOHCH3CH2NHCOOHCH3NaOHNaN3（3）生物化學方法生物化學方法 對于氨基酸和甾體化合物：某些酶具有對于氨基酸和甾體化合物：某些酶具有構型特異性催化化學反應。構型特異性催化化學反應。8個

11、個L氨基酸反應，如第氨基酸反應，如第9個氨基酸也反應，個氨基酸也反應，極可能為極可能為L氨基酸。氨基酸。（4）旋光比較：旋光的符號、旋光度，有旋光比較：旋光的符號、旋光度，有 時可用于確定構型。時可用于確定構型。 在同系列化合物中，旋光的變化是漸變在同系列化合物中，旋光的變化是漸變的和同方向的。如有足夠多的化合物的的和同方向的。如有足夠多的化合物的構型已知，則缺失化合物的構型也易于構型已知，則缺失化合物的構型也易于確定。確定。 某些化合物中基團對母體分子的旋光的某些化合物中基團對母體分子的旋光的貢獻量或大或小，相對固定，在剛性骨貢獻量或大或小，相對固定，在剛性骨架的母核中更是如此，如甾體化合物

12、。架的母核中更是如此，如甾體化合物。（5）Xray衍射法：衍射法：銅版；引入重原子；銅版；引入重原子；引入已知手性的基團。引入已知手性的基團。（6）對手性醇采用手性非對映試劑的衍生對手性醇采用手性非對映試劑的衍生化處理，再用氣相色譜測定差向異構體化處理，再用氣相色譜測定差向異構體的比率的比率NMeClONPNPhPhOCl（7）MTPA （Moshers acid）方法：方法：用于用于手性仲醇的構型確定。手性仲醇的構型確定。MTPA: -methoxy- -trifluoromethyl phenylacetic acidF3CMeOPhOOH+R*OHF3CMeOPhOOR*1H NMRHP

13、LCLanthanide shift reagent （鑭系元素位移鑭系元素位移試劑）試劑）(8) 其它方法其它方法：CD Circular dichroism (圓二色性）圓二色性）ORD Optical Rotatory Dispersion （旋光旋光色散）色散）不對稱合成不對稱合成The origin of optical activityCH3CH3OHHH3CHOH3CHCH3CH2CH3OHHH3CH2CHOH3CHNo net rotationRotation(R)-2-butanol(S)-2-butanol2-propanolAchiral moleculeChiral m

14、olecule1) Compounds contain two different chiral carbons (含兩個不相同手性碳原子的化合含兩個不相同手性碳原子的化合物物)HOOCCHCHCOOHOHCl*OHHClHCOOHCOOHHOHHClCOOHCOOHOHHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOH-7.1+7.1+9.3-9.32nMolecules with more than one stereocenters A與與B、C與與D互為互為對映體對映體。 A和和B與與C和和D互為互為差向異構體差向異構體。 差向異構體差向異構體(diastereomer):即不是互為

15、對即不是互為對映體的立體異構體。映體的立體異構體。UWXZYVWUZXYVUWZXYVWUXZYVABCD12C1C2RRSSRSSROHHClHCOOHCOOHHOHHClCOOHCOOHOHHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOHandor III and IV are enantiomers (對映體對映體)；and or are diastereomers (為非對映體為非對映體)；(與與或或為非對映體為非對映體)；2. The characteristic of diastereomers (非對映異構體非對映異構體的特點的特點)：1）Physical property,

16、 specific rotation is different (物物性不同、比旋光度不同性不同、比旋光度不同)；2）Chemical property is similar (化性相似，但反應化性相似，但反應有差異有差異)At the same two chiral carbons (含兩個相同手性含兩個相同手性碳原子的化合物碳原子的化合物)w1.光學異構體數目光學異構體數目HOOCCHCHCOOHOHOH*OHHHOHCOOHCOOHHOHOHHCOOHCOOHOHHOHHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHand are enantiomers (對映異構體）對映異構體）； an

17、d are at the same compounds；and are diastereomers;and are distereomers (非對映體非對映體)； is a meso compound (內消旋體內消旋體)(2n-1); Diastereomers Relationships among 4 stereoisomers of 2-amino-3-hydroxybutanoic acid (threonine)Chiral diastereomers have opposite configurations at some chiral centers.Enantiomers

18、have opposite configurations at all chiral centers.Meso Compounds (內消旋化合物）內消旋化合物）A structures with two stereocenters will not always have four possible stereoisomers. Sometimes，there are only three (2n-1). This happens because some molecules with stereocenters are, overall, achiral2,3-dibromobutaneC

19、H3CHBrCHBrCH3*CH3BrHBrHCH3CH3HBrHBrCH3CH3BrHHBrCH3CH3HBrBrHCH3The plane of symmetryMeso compoundsEnantiomersNaming compounds with more than one stereocenterC H3B rHB rHC H3C H3HB rHB rC H3C H3B rHHB rC H3C H3HB rB rHC H3T he plane of sym m etryM eso com poundsE nantiom ersHB rB rHC H3C H3SS(2S,3S)-(

20、2R ,3R )-2S2R 2個手性中心：兩個對映體，個手性中心：兩個對映體，4個立體異個立體異構體。構體。當兩個手性中心連有相同基團時：一對對當兩個手性中心連有相同基團時：一對對映體，一個立體異構體。映體，一個立體異構體。多于一個手性中心的分子異構體數：多于一個手性中心的分子異構體數： 2n個個異構體。異構體。H3CCH3OHOHOH*123SRSRC3:achiral, pseudoasymmetic carbon4 isomers, 1 dl, 1 pairs 對對映映體體SRRSC3:chiral, asymmetic carbon8 isomers 一個手性中心分子的一對對映體構型表

21、一個手性中心分子的一對對映體構型表示：示： or ；d or l； R or S； D or L R or S標注分子中每個手性中心的構型，標注分子中每個手性中心的構型，為最常用且明確的表示方法。為最常用且明確的表示方法。 立體構型的其它表示方法：立體構型的其它表示方法：（1） or : 在某些甾體或三萜母核上基在某些甾體或三萜母核上基團或原子的方向。團或原子的方向。ClHO Erythro or threo (赤式赤式/蘇式蘇式)XWXWYZWXWXYZerythroWXXWYZXWWXYZthreo同側同基團同側同基團YZ：內消旋體內消旋體同側異基團同側異基團YZ：dl對映體對映體 Zig

22、Zag（鋸齒式鋸齒式）中：碳骨架鏈在紙面）中：碳骨架鏈在紙面內，內，syn指兩基團指兩基團XY在紙面同側在紙面同側；anti指指兩基團兩基團XY在紙面異側在紙面異側。XYsynXYantiCH3CH3CH3CH3Cistrans環化合物中：環化合物中：cis指兩指兩基團在環面同側基團在環面同側；trans指兩基團指兩基團XY在環面異在環面異側側。Problem：1. Write three-dimensional formulas(三維結構) for all of the steroisomers of each of the following compounds. In answer to parts (a)-(e) label(標注) pairs of each enantiomers and meso compounds. ( a) CH3CHClCHClCH3 ( b) CH3CHBrCHClCH3 ( c) CH3CHBrCHBrCH2Br ( d) CH3BrCHBrCHBrCH2Br ( e