第4章立體化學(xué)同分異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)碳鏈異構(gòu)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)順反異構(gòu)對映異構(gòu)連接順序和方式空間排列BrCH3CC2H5

H一、手性分子和對映異構(gòu)體

對映異構(gòu):分子中的原子或原子團(tuán)在空間排列與性質(zhì)關(guān)系的一種立體異構(gòu)，屬于構(gòu)型異構(gòu)。

結(jié)構(gòu)上差別甚微，而生物活性上卻有著天壤之別。

*手性（Chirality）：互為鏡像，但不能重疊。鏡像、手性及對映體1894年開爾文勛爵提出的非手性的手性的鏡子鏡子(a)左右手互為鏡像與實物關(guān)系(b)左右手不能重合手性關(guān)系圖3.手性分子:存在手性關(guān)系的分子，即不能與其鏡像重疊的分子。1.手性碳原子(C*):連有4個不同的原子或基團(tuán)的碳原子，也稱手性中心。2.手性：象左右手互為實物與鏡像關(guān)系，且彼此不能完全重合的特性。手性是自然界普遍存在的現(xiàn)象，象人的耳朵、腳、鳥的翅膀等。例如2-氯丁烷4.對映體:一個C*所連的4個不同原子或基團(tuán)在空間具有2種不同的排列方式(兩種構(gòu)型)，彼此成鏡像關(guān)系，又不能重疊的一對立體異構(gòu)體，互為對映體。只有手性分子才能有旋光性和對映異構(gòu)現(xiàn)象二、手性分子的不對稱性

任何一個分子都有它的像，分子與鏡像不能完全重合的分子為手性分子。分子的手性與其結(jié)構(gòu)的對稱性有關(guān)。對稱元素對稱面對稱中心對稱軸1.對稱面（σ）

能將分子結(jié)構(gòu)剖成互為鏡像的兩個部分的平面對稱面的對稱操作是反映（即照鏡子）。如果分子中有對稱面，整個分子是對稱的，不是手性分子，沒有旋光性。兩者不能重合手性分子鏡像轉(zhuǎn)180o兩者互相重合非手性分子鏡像轉(zhuǎn)60o2.對稱中心（i）

從分子中任意原子或基團(tuán)向該點引一直線，并延長等距離而相遇相同的原子或基團(tuán)，該點稱為對稱中心。具有對稱中心的分子能與其鏡象重合，不是手性分子，沒有旋光性。180°3.對稱軸（Cn）

以設(shè)想直線為軸旋轉(zhuǎn)360。/n，得到與原分子相同的分子，該直線稱為n重對稱軸（又稱n階對軸）。

1C36C21C6

凡是分子中不存在對稱面、對稱中心的分子，鏡像不能重合，是手性分子。手性分子的判斷對稱元素手性分子對映異構(gòu)有無非無是有問題：下列分子中那些是手性分子？

答案ab三、對映異構(gòu)的表示方法1.楔形式2.Fischer投影式規(guī)定：C*在紙平面上橫線指向前方，豎線指向后方同一構(gòu)型有不同的Fischer投影式書寫規(guī)律：①Fischer投影式只能在紙平面上旋轉(zhuǎn)900的偶數(shù)倍，不能旋轉(zhuǎn)900的奇數(shù)倍。②

Fischer投影式不能離開紙平面翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。③

Fischer投影式中，同一個手性碳原子上所連的原子或原子團(tuán)可以兩兩交換偶數(shù)次,不能交換奇數(shù)次。④固定一基團(tuán)不變，其它三個基團(tuán)順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，其構(gòu)型不變。180O90O對映體構(gòu)型不變①②離開紙平面翻轉(zhuǎn)對映體③交換偶數(shù)次構(gòu)型不變交換奇數(shù)次對映體④構(gòu)型不變固定乙基，順時針轉(zhuǎn)90O3.Newman投影式（2個C*）4.鋸架式（2個C*）幾種表示式間的互換說明：

①Fischer投影式是一個全重疊構(gòu)象，雖不是優(yōu)勢構(gòu)象，但它能代表分子的構(gòu)型;Newman投影式、鋸架式等都能代表分子的構(gòu)型，是分子的構(gòu)象之一。②構(gòu)型與構(gòu)象的關(guān)系：對一定構(gòu)型的化合物,分子只要有σ鍵的存在,就有無數(shù)個構(gòu)象。構(gòu)象間相互轉(zhuǎn)化，無論怎樣轉(zhuǎn)化，只要是通過σ鍵的旋轉(zhuǎn),沒有化學(xué)鍵的斷裂,構(gòu)型就不會改變，每個構(gòu)象式就能表達(dá)出該分子的構(gòu)型。要使構(gòu)造式相同的分子構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)型,必須經(jīng)過化學(xué)鍵的斷裂才能實現(xiàn)。1.1C*手性分子有對映異構(gòu)體2.>2C*多數(shù)為手性分子,具體看對稱因素*含有C*的分子四、判斷分子具有手性的簡單方法:******有手性碳的分子，如果有對稱面或?qū)ΨQ中心，也不是手性分子。手性碳不是判斷分子手性的充要條件。環(huán)狀化合物,如有C*,也產(chǎn)生對映異構(gòu)********有無對映異構(gòu)體?為什么?對映體對映體問:**不含有C*的分子丙二烯型（含有兩個互相垂直的平面）與鏡像無法重合，是手性分子比較：有對稱面，為非手性分子螺環(huán)型與鏡像無法重合，是手性分子聯(lián)苯型(位阻型)大基團(tuán)使單鍵旋轉(zhuǎn)受阻③④練習(xí):下列分子具有手性的是①②五、對映異構(gòu)體的旋光性手性分子非手性分子1.平面偏振光:光波振動的方向與前進(jìn)的方向垂直，而且是在無數(shù)個垂直于傳播方向的平面內(nèi)振動。區(qū)別對平面偏振光的作用不同。3.旋光性:當(dāng)平面偏振光通過手性化合物溶液，偏振面被旋轉(zhuǎn)一定的角度。物質(zhì)能使平面偏振光偏旋轉(zhuǎn)的性能稱為旋光性。2.偏振面

偏振光所在的平面。*手性化合物都具有旋光性非手性化合物無旋光性旋光性物質(zhì)非旋光性物質(zhì)旋光性4.旋光度:(

)偏振面被旋光性物質(zhì)所旋轉(zhuǎn)的角度。左旋(逆時針)(

)右旋(順時針)(+)5.旋光方向旋光儀6.旋光儀光波振動方向與光束前進(jìn)方向關(guān)系示意圖偏振光例如：(+)-2-丁醇表示它向右旋轉(zhuǎn)偏振面。(

)-2-丁醇表示是向左旋轉(zhuǎn)偏振面。所有的旋光性化合物,不是右旋的,就是左旋的。(+)和(

)僅表示旋光方向不同，并不表示旋光度數(shù)值的大小。旋光度濃度旋光管的長度溫度光源波長溶劑影響旋光度大小的因素比旋光度([α]Dt表示）為使旋光度成為特征物理常數(shù)，規(guī)定：旋光管長一分米；待測物質(zhì)的濃度1g/ml，此時所測得的旋光度，稱為比旋光度。[α]Dt

=αd*l

[α]

:比旋光度(質(zhì)量旋光本領(lǐng))d:質(zhì)量濃度(g

·dm-3)

l

:樣品管長度(dm)

數(shù)學(xué)表達(dá)式

六、構(gòu)型的標(biāo)記法(一)D、L構(gòu)型（相對）命名法絕對構(gòu)型：手性中心的四個原子或原子團(tuán)在空間的真實排列方式。以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)物，通過合適的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成其它旋光性化合物，只要在反應(yīng)過程中不斷裂與手性中心直接相連的化學(xué)鍵，所得的化合物的構(gòu)型就與原甘油醛的構(gòu)型相同。D-（+）-甘油醛L-（-）-甘油醛1951年,Fischer人為選定(＋)-甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)物，并規(guī)定其碳鏈處于垂直方向，醛基在碳鏈上端的投影式中，C2上的羥基處于右側(cè)的為D-構(gòu)型。其對映體，(-)-甘油醛為L-構(gòu)型。D-(+)-甘油醛

D－(-)-甘油酸例如：甘油酸的構(gòu)型應(yīng)與D-甘油醛相同，也是D構(gòu)型。但甘油酸的旋光方向卻為左旋。說明化合物的構(gòu)型與旋光方向沒有直接的對應(yīng)關(guān)系。化合物的旋光方向只是通過旋光儀直接測定的。注意：D、L命名法的使用有一定的局限性，它只適用與甘油醛結(jié)構(gòu)類似的化合物。目前，一般用于糖類和氨基酸等有俗名的構(gòu)型的命名。1979年IUPAC采用R、S命名法，規(guī)則如下：1.按“次序法則”，將手性碳相連的四個原子或基團(tuán)的按優(yōu)先順序由大到小排列。2.將手性碳上的四個基團(tuán)中最小的置于離視線最遠(yuǎn)的位置，觀察另外三個基團(tuán)由大到小的順序。(二)R、S構(gòu)型命名法順時針方向為R構(gòu)型

逆時針方向為S構(gòu)型基團(tuán)大小順序(a>b>c>d)Fischer投影式:

若最小基團(tuán)d在豎線

①②③④①②③④Ra

b

c順時針，為R構(gòu)型a

b

c逆時針，為S構(gòu)型R構(gòu)型S構(gòu)型SSR-(-)-乳酸S-(+)-乳酸a

b

c順時針，為S構(gòu)型a

b

c逆時針，為

R構(gòu)型若最小基團(tuán)d在橫線

S構(gòu)型R構(gòu)型七、含有二個手性碳原子的化合物對映異構(gòu)的表示方法(一)含有二個不同手性碳原子的化合物對映異構(gòu)不相同手性碳原子：各手性碳原子上所連接的基團(tuán)彼此不完全相同。2-氯-3-溴丁烷分子中有兩個不相同的手性碳原子,每個手性碳原子都有R、S兩種構(gòu)型**Ⅰ(2S,3S）Ⅱ(2R,3R)Ⅲ(2S,3R)Ⅳ(2R,3S)一對對映體：Ⅰ與Ⅱ；Ⅲ與Ⅳ非對映體：實物與鏡像不呈對映體關(guān)系Ⅰ與Ⅲ；Ⅰ與Ⅳ；Ⅱ與Ⅲ；Ⅱ與Ⅳ外消旋體：一對對映體等量混合體。（Ⅰ與Ⅱ或Ⅲ與Ⅳ的等量混合體）ⅠⅡⅢⅣ對映體的關(guān)系非對映體關(guān)系外消旋體沒有旋光性如增加一個不相同的C*，它產(chǎn)生R、S兩種構(gòu)型，則旋光異構(gòu)體的數(shù)目和外消旋體的數(shù)目都增加1倍。

2,3-二溴丁烷兩個C*上所連接的4個基團(tuán)彼此都相同，是相同的C*.

Ⅰ(2R,3R）Ⅱ(2S,3S)Ⅲ(2R,3S)Ⅳ(2S,3R)（二）含有二個相同的C*化合物對映異構(gòu)有n個不相同的C*，則對映異構(gòu)體數(shù):2n

(個)外消旋體數(shù):2n-1

(對)

Ⅰ與Ⅱ是一對對映體，Ⅲ與Ⅳ能重合。在紙平面將Ⅳ旋轉(zhuǎn)1800(構(gòu)型不變)即得Ⅲ，所以Ⅲ與Ⅳ是同一種構(gòu)型。在Ⅲ或Ⅳ中的2號碳原子和3號碳原子有一平面，將分子分成兩部分，呈實物與鏡像關(guān)系，這兩個手性碳原子的旋光方向相反，旋光度相等，分子無旋光性，是非手性分子。內(nèi)消旋體：由于分子內(nèi)部將旋光性互相抵消，而不具有旋光性的化合物。手性碳原子是導(dǎo)致分子具有手性的重要原因，但不是分子具有手性的充分和必要條件。凡是含有兩個相同C*的化合物，其對映異構(gòu)體數(shù)目應(yīng)少于2n個，為3個，即左旋體、右旋體和內(nèi)消旋體。

左旋體、右旋體和內(nèi)消旋體之間的關(guān)系是非對映體。內(nèi)消旋體是純物質(zhì);外消旋體是對映體的等量混合物,可以分離出具旋光性的兩種物質(zhì)內(nèi)消旋體和外消旋體的區(qū)別①②都沒有旋光性,但有本質(zhì)的區(qū)別在考察對稱性時，非手性的基團(tuán)可以看作一個球，能被對稱面切割為互為鏡象的兩半，但手性基團(tuán)卻不能，手性基團(tuán)沒有對稱面。2,3,4-三羥基戊二酸具有三個手性碳原子，因有相同手性碳原子，只能寫出四個異構(gòu)體：(三)含假手性碳原子化合物(I)(II)(III)(IV)其中(I)與(II)互為對映異構(gòu)體，(III)與(IV)沒有對映異構(gòu)體(都有一對稱面)RRSSSSRRsr相同組成的手性碳優(yōu)先順序：R型>S型假手性碳的構(gòu)型（用r/s表示）(III)和(IV)C3都屬手性碳原子，應(yīng)當(dāng)沒有對稱元素，但都有一個對稱面，(III)和(IV)不是手性分子，這種碳原子稱為假手性碳原子。假手性碳原子構(gòu)型，用r和s表示。C2是R-構(gòu)型，C4是S-構(gòu)型，按照次序規(guī)則，R-構(gòu)型優(yōu)先于S-構(gòu)型。(III)中C3是r-構(gòu)型，(IV)是s-構(gòu)型。在考察手性碳原子化合物的對稱性時，構(gòu)型為R的鏡象為S構(gòu)型，非手性的基團(tuán)可以看作為一個球，能被對稱面切割為互為鏡象的兩半，但手性基團(tuán)卻不能被切割為互為鏡象的兩半，手性基團(tuán)沒有對稱面。八、對映異構(gòu)與構(gòu)象

在分析化合物是否具有手性時，只看某一個構(gòu)象或構(gòu)型重疊式、交叉式構(gòu)象如下：(I)(II)(III)(IV)

其他手性構(gòu)象類似,構(gòu)象一定成對出現(xiàn),在構(gòu)象平衡中的份額相同,沒有旋光性.所以,只要分子的任何一種構(gòu)象有對稱面或?qū)ΨQ中心,就認(rèn)為該分子沒有手性。(I)(II)(III)(IV)

在判斷2,3-二羥基丁二酸的各異構(gòu)體是否有手性時，只要考慮它們各異構(gòu)體的Fischer投影式(重疊式構(gòu)象)的對稱性就可以。手性，構(gòu)象對映體內(nèi)能、概率、份額均相同,沒有旋光性單環(huán)化合物是否有旋光性可以通過其平面式的對稱性來判斷。

SR構(gòu)象轉(zhuǎn)換練習(xí)：指出下列化合物是否有旋光性（1）（2）（3）（4）答案：(2)、(3)、(4)有旋光性。SS八、對映體的理化性質(zhì)和生理作用的差異對映體的物理性質(zhì)

熔點、沸點、溶解度相同，旋光方向相反（物理方法無法分離）對映體的化學(xué)性質(zhì)在一般條件下幾乎是相同的。對映體的生理作用對映體之間對機(jī)體所呈現(xiàn)的生理和藥理效應(yīng)有顯著的差異非對映體的理化性質(zhì)

非對映體之間非實物與鏡像關(guān)系，性質(zhì)差異較大，旋光度不同，旋光方向可不一定，還可能沒有旋光性.物理方法可分離外消旋體的理化性質(zhì)外消旋體沒有旋光性，物理性質(zhì)與左旋體和右旋體有差異。

許多手性分子具有生理活性，對映體之間的區(qū)別是它們對機(jī)體所呈現(xiàn)的生理和藥理效應(yīng)有顯著差異。

例如，在生命中起著重要作用的葡萄糖，只有右旋異構(gòu)體才能被人體吸收，而左旋異構(gòu)體被排出體外不發(fā)生變化，故血漿代用品為右旋葡萄糖酐。作為生命物質(zhì)基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)，是由α-氨基酸所構(gòu)成，自然界中存在的α-氨基酸(除甘氨酸外)全都具有光學(xué)活性，并且都是L-構(gòu)型的。存在于生物體內(nèi)的有機(jī)分子幾乎都具有手性，而生物體常常只能利用對映體中的一個，這也并非偶然。大多數(shù)藥物具有結(jié)構(gòu)特異性，這類藥物的生理作用主要與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)藥物分子在體內(nèi)生理活性的差異，其中與對映體和受體結(jié)合是否適應(yīng)有關(guān)，而且兩個對映體中只有一個能與受體立體結(jié)構(gòu)相吻合。作業(yè):P1051,3,4,5,7

不同對映體在生物體內(nèi)的作用不同（-）腎上腺素的血管收縮作用比（+）-腎上腺素大12-15倍；（-）-莨菪堿的放大瞳孔作用（+）-莨菪堿大15-20倍；（+）可的松有激素活性（-）可的松無效等R型有緩解妊娠反應(yīng)的作用,S型是一種強(qiáng)力致畸劑.“反應(yīng)停”20世紀(jì)60年代,鎮(zhèn)靜藥沙利度胺,又名“反應(yīng)停”,作業(yè):P1051,3,4,5,7

作業(yè):P1051,3,4,5,7

R

(S)-多巴(R)-多巴

(S)-沙利