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第二章 立体化学

第二章 立体化学

(Z)-1，2-二氯-1-溴乙烯 反-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-1，2-二氯-1-溴乙烯 顺-1，2-二氯-1-溴乙烯
(E)-3, 4-二甲基-2-戊烯 顺-3, 4-二甲基-2-戊烯
(Z)-3, 4-二甲基-2-戊烯 反-3, 4-二甲基-2-戊烯
二、顺反异构体的性质
▪ห้องสมุดไป่ตู้物理性质不同 ▪ 化学性质：基本相同，与空间构型有关的有差别。
次互换，使最不优先的基团位于顶部，剩下3个原子或基团按照从优先到不优
先的顺序，顺时针方向排列为R-构型，逆时针方向排列为S-构型。
（二）对称中心
如果有机分子中存在一个假想的点，从分子中任一原子或基团向该点作一直 线，再从该点将直线延长，在等距离处遇到相同的原子或原子团，则该点即 为该分子的对称中心。
四、判断对映体的方法
➢ 比较一个分子和它的镜像，如果两者不能重合，则为对映体。 ➢ 有对称面或对称中心的分子为非手性分子（没有对映体）。 ➢ 仅有一个手性碳原子(或手性中心)的分子为手性分子（有对映体）。
第三节
手性、手性分子和对映体
一、手性
镜像与实物不能重合的现象称为手性（chirality）。
二、手性分子和对映体
手性分子：与镜像不能重合的分子。 手性碳（不对称中心）：连接4个不同原子或基团的碳。
手性碳
与镜像不能重合的分子彼此互为对映异构体（手性异构体）
三、分子中常见对称因素
（一）对称面
对称面：能将分子切分为具有实物与镜像关系的假想平面。有对称面的化合 物不是手性分子。
第二章
立体化学
立体化学：研究有机分子的立体结构、反应的立体选择性 及其相关规律和应用。
碳链异构
位置异构 构造异构

有机化学课件立体化学ppt课件

有机化学课件立体化学ppt课件
量子化学计算
基于量子力学原理计算分子的电子结构和性质，可深入揭示有机 物的立体化学本质和反应机理。
人工智能与机器学习
结合大数据和机器学习算法，可加速新有机物的设计和合成，为 立体化学研究提供新的思路和方法。
06
总结与展望：立体化学发展趋势和挑 战
当前存在问题和挑战
01
立体化学合成方法有限
目前立体化学合成方法仍然相对有限，对于复杂分子的合成仍面临较大
05
立体化学分析方法与技术进展
传统分析方法回顾（如：极谱法、色谱法等）
极谱法
利用物质在电解过程中的电极电位与浓度之间的关系进行分析，主要用于无机物和有机物的定性和定量分析。
色谱法
基于物质在固定相和流动相之间的分配平衡，通过流动相的洗脱将不同物质分离，常用于复杂样品的分离和纯化。
现代波谱技术在立体化学中应用（如
立体选择性合成是获得具有特定立体构型药物分子的关键步骤，对于提高药物疗效和降低副 作用具有重要意义。
面临的挑战
立体选择性合成面临着反应条件苛刻、合成步骤繁琐、产物纯度难以控制等挑战。
机遇与发展
随着有机合成化学、计算化学等学科的不断发展，立体选择性合成的方法和技术也在不断改 进和完善，为药物研发提供了更多的机遇和可能性。例如，利用不对称催化、新型手性配体 等策略，可以实现高效、高选择性的立体选择性合成。
对称性与手性判断
对称性判断
通过观察分子是否具有对称轴、对称 面等对称因素来判断。
手性判断
通过判断分子是否具有手性碳原子或其 他不对称因素来判断。具有手性碳原子 的分子一定是手性分子，但手性分子不 一定具有手性碳原子。
立体化学原理ห้องสมุดไป่ตู้应用
立体化学原理

有机化学第三章立体化学

有机化学第三章立体化学
一、 含两个取代不同手性碳原子的对映异构
HO Cl COOH H H COOH ( I ) (2R,3R)
2－羟基－3－氯丁二酸总共有几种立体异构体？
COOH H HO Cl H COOH (I) (2R,3R)
COOH H OH H Cl COOH I) (I (2S,3S)
COOH H HO H Cl COOH I I) (I (2R,3S)
COOH C H CH3 镜象
分子式和构造相同：
C3H6O3
CH3CHCOOH OH
Locating a Stereocenter (Chiral Carbon)
标出手性碳
H N
*
CH 2 CH 2
CH 3
毒芹碱
判断下列化合物是否有手性碳？ 是否是手性分子?
有两个手性碳却不是手性分子！
含一个手性碳原子的分子一定是个手性分子。 含多个手性碳原子的分子不一定是个手性分子．
标记： H
OH CH3 (a)
C
根据次序规则：OH＞COOH＞CH3＞H
直接从Fischer投影式判断R/S构型
概括地说：“横变竖不变”
补充：各构型式间转换: (1)透视式或纽曼投影式改写成费歇尔投影式时，先把交叉式构象 旋转成重叠式构象，然后按投影要求写出相应的费歇尔投影式。 (2)判断每一个手性碳的R,S构型。
有旋光性的必要条件。
对映异构体
－－互为实物与镜象的两个构型异构体．又称对 映体。它们构造相同。互相对映却不能叠合。
COOH H3C OH H 实物 C HO 镜子
COOH C CH3 H 镜象
乳酸分子的一对对映体
不对称碳原子
——与四个不同的原子或原子团相连的碳原子。 用“ * ”号标出。又叫手性碳。 例 手性碳

第三章 立体化学

第三章 立体化学

H CH3
CH3
1
H
2
CH3
3
R
（三）螺旋型手性分子
H H
hexahelicene
trans-cyclooctene
（四）其它手性分子
CH3 CO2H
HO2C (CH2)10
Fe
HO2C
H Fe(CO)4
H
CO2H
3-1-4 具有多个手性中心的分子
(一)具有两个手性中心 例:
V U X
R R
V W Z W Z
例1：aspartic acid
in H2O [α] D20= + 4.36o 例2:
CH3 HO2CCH2C CO2H C2H5
[α]
HO2C
* CO2H NH2
[α] D 90 －1.86o =
25 =－5.0 o D 25
(C 16.5g/100ml, CHCl3)
[α] D =－0.7 o (C 10.6g/100ml, CHCl3)
¡ £
NaN3
¡ £
(S)-(+)-乳酸
(S)-(+)-丙氨酸
（三）生物化学方法：类似化合物同酶作用时， 酶进攻具有相同构型的化合物（利用了 酶的反应专一性）。 （四）光学比较法：同系物中，相同构型常具 有相同的旋光方法。 （五）特殊的x-ray晶体衍射方法。
手性化合物都具有光学活性
但是没有光学活性的物质不一定是非手性化合物
3-1-2 光学活性分子的判断
对称平面 (σ):
将分子平均分成互成实物与镜象关系的平面
H2O, NH3, CH4的对称面？
CH3
对称中心 (i)：分子中的一个点，由该分子中任一 部分向该中心画出的直线以等距离延长到另一 侧时会遇到相同部分

高等有机化学第三章立体化学

高等有机化学第三章立体化学
高等有机化学第三章立体化学
contents
目录
• 立体化学基本概念 • 碳原子立体化学 • 手性分子结构与性质 • 立体化学在有机合成中应用 • 立体化学在药物设计中的应用 • 实验方法与技巧
01
立体化学基本概念
立体异构现象
立体异构体
分子式相同，但空间排列不同的化合 物，具有不同的物理和化学性质。
碳原子手性判断
对称面与对称中心
若一个分子中存在一个对称面或对称中心，则该分子不具有旋光性。对称面是指能将分子分为两个互为镜像的部 分的平面；对称中心是指能将分子中任意一点与另一点重合的点。
潜手性与非对映异构体
潜手性是指分子中某些基团可以围绕单键旋转而产生手性的现象。非对映异构体是指具有相同分子式、不同结构 且不能通过旋转操作相互转化的立体异构体。
感谢观看
。
化学性质差异
手性分子在化学反应中可能表 现出不同的反应速率和选择性
。
生物活性差异
许多生物活性物质都是手性的 ，其生物活性与手性密切相关 ，不同手性分子的生物活性可
能存在显著差异。
手性识别与拆分方法
手性识别
通过对手性分子的结构和性质进行分析，确定其手性特征。常见的方法包括X射线晶体学、圆二色光 谱、核磁共振等。
构型与构象
构型
分子中原子或基团在空间中的相 对位置关系，是固定的空间排列
。
构象
由于单键旋转而产生的不同空间排 列，是动态的空间排列。
构型与构象的关系
构型是构象的基础，构象是构型的 动态表现。不同的构型可能产生不 同的构象，而同一构型也可能产生 多种不同的构象。
02
碳原子立体化学
碳原子杂化类型
sp杂化
03

有机化学Chapter8(立体化学)

有机化学Chapter8(立体化学)
—— 设 想 分 子 中 有 一 条 直 线 , 当 分 子 以 此 直 线 为 轴 旋 转 360º /n 后 , 再用一个与此直线垂直的平面进行反映 ( 即作出 镜象),如果得到的镜象与原来的分子完全相同,这条直线就 是交替对称轴. 4
(Ⅰ) 旋转90º 后得(Ⅱ), (Ⅱ)作镜象得(Ⅲ), (Ⅲ)等于(Ⅰ) 有4重交替对称轴的分子
相同，但在空间的排列方式不同。
构象异构 顺反异构
CH3 H C C CH3 H
CH3 H C C H CH3
C异构：本章学习
8.1 手性和对映体 生活中的对映体 (1)-镜象
沙漠胡杨
生活中的 对映体(2) -镜象
左右手互为镜象
桂林风情
镜象与手性Chirality的概念
同分异构现象
碳链异构(如:丁烷/异丁烷) 构造异构 官能团异构(如:醚/醇) constitutional 位臵异构(如:辛醇/仲辛醇)
同分异构 isomerism
立体异构 Stereo-
构型异构 configurational 对映非对映异构 构象异构 conformational
顺反，Z、E异构
[α]λ =
t
α ρ l· B
式中t表示温度，λ表示所用光的波长。 若所测的旋光物质为纯液体，只要把ρB换成液体的密
度ρ即可。
比旋光度只决定于物质的结构。
各种化合物的比旋光度是它们各自特有的物理常数.
乳酸
CH3CHCOOH OH
*
右旋体
α ° [ ] 20 D = + 3.8
α ° ] 20 左旋体 [ D = － 3.8
构造异构，分子中原子互相联接的方式和次序
不同而产生的异构现象。

有机化学《立体化学》课件

Van’t Hoff 认为含有不对称碳的分子具有旋光性。
Stereocenter
优点：使用方便 缺点：很多例外
有些分子中存在不对称碳，但却无手性：
H
H
H
H3C Cl
CH3 Cl
H3C Cl
有些分子中没有不对称碳，但却有手性：
A A
Pc
a
b
5.1.3 Symmetric element
C2
C3
C3
H
4
H
H
H3 2H
H
1H
H
H H
H H
H
H H
H
C2
C3
8
C
对称面
：假如有一个平面可以将分子分割成两部分，而其中一部分正好 是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面。
H
HCH
H
σ
Four planes of symmetric in the molecule
Br H Br H
5.3.1 Molecule with two same asymmetric carbons
5.3.2 Optical activity and conformation 5.3.3 Molecule with two different
充分且必要
1874 Newzealand Van’t Hoff
The carbon atom linking four different groups or atoms is called an “asymmetric carbon”.
不对称碳原子：与四个互不相同 的一价基团相连接的碳原子。
加“ * ”表示
CO OH
Br Cl H

最新第三章立体化学(Stereochemistry)PPT


一、不对称碳、手性碳、 手性分子、对映体
1. 不对称碳：饱和碳原子上连有互不相同的 四个原子或原子团（用*表示）。
2. 手性：物质的分子和它的镜像不能重叠。
3. 手性分子：具有手性的分子。
4. 对映体：互为镜像关系，但不能完全重合 的一对异构体，互为对映体。他们都具有 旋光性。
LIYING
2021/1/20
OH L a c tic a c id 乳酸
第三章立体化学（Stereochemistry）
Locating a Stereocenter
Br
* C3HC2HC2HC2HC2HC C2HC2HC2HC3H
H
LIYING
2021/1/20
第三章立体化学（Stereochemistry）
Locating a Stereocenter
1848年
酒 石 酸 钠 铵 晶
巴斯德
体
LIYING
2021/1/20
Crystals of Sodium Ammonium Tartrate
第三章立体化学（Stereochemistry）
对映体 (Enantisomers)
❖Isomers that are non-superimposable
LIYING
2021/1/20
（＋）
表示
[t
cl
右旋， （－） 表示 左旋
：旋光度；[]：比旋光度；t：温 度；：光波长；c：样品浓度，单 位g/ml；l:样品管长度，单位dm
第三章立体化学（Stereochemistry）
第二节 对映异构现象与 分子结构的关系
LIYING
2021/1/20
第三章立体化学（Stereochemistry）

第2章立体化学

3C3H
1COOH 1COOH
H2 B r+ B r2 H
3C3H
3C3H
(R)
(S)
C-2的两个H地位并不相等。象CX2YZ分子中的碳 原子被称为潜手性中心(prochiral center)；分子中的
X被不同于X,Y,Z的基团取代后形成的对映体时，两个
基团(X)称为对映异位基团；两个基团的这一关系称为
被D代后，得S-构型——Hs 被D代后，得R-构型——HR
CH 3
CH 3 Pro-R H
C2H5
H Pro-s
D
H
C2H5 R
CH 3
H
D
C2H5 S
（二）潜手性面(prochiral face)
具有对称面的不饱和键经过加成得到一对对映体， 可说明另一种潜手性关系，即 Prochiral face.
2、对称中心
Br H F HA.H F H Br
H Br F H.AH F
Br H
结论：含对称中心的分子，与其镜像能够重
合，是对称分子，即非手性分子。
3、手性中心
（1）手性碳 凡是连有4个不同原子或基团的碳原子称为手
性碳原子（chiral carbon atom），或称手 性中心（chiral center）。
a. 丙二烯衍生物 （具手性轴）
C 6 H 5
C 6 H 5
CCC
a1 -H 0 C 7
C 1H 0 7 - a
C 3H
C 3H
CCC
H
H
b. 联芳基型化合物（具手性轴）
CH3 H3C
NH2 H2N
NO2 HOOC
O2N COOH
O2N COOH

有机化学第三章-立体化学


顺 _1,2_二氯乙烯 Z _1,2_ 二氯乙烯
H
Cl
C=C
Cl
H
反_ 1,2 _ 二氯乙烯 E _1,2_ 二氯乙烯
3.顺 / 反标记法和Z/E标记法一致吗？
两种标记方法绝大多数情况下一致，即顺式 就是Z 式，反式就是E式。但有时却刚好相反。
H
COOH
C=C
CH3
CH3
顺 _ 2 _ 甲基 _ 2 _ 丁烯酸
合霉素 —— 外消旋体 已淘汰
手性药物 ——二十一世纪的宠儿
第五节 构象异构
构象异构产生的原因：
由于以σ键 连接的两个原子可以相对的自由旋转，
从而使分子中的原子或基团在空间有不同的排布方式。
2、每个双键或环上碳原子上连接两个不 同基团
顺反异构体的命名：
1. 顺/反构型标记法：
a
a
C=C
b
b
a
b
C=C
b
a
a
a
b
b
顺式 (cis_)
反式 (trans_ )
顺式 (cis_)
a
b
b
a
反式 (trans_ )
相同的原子或基团位于双键（或环平面）的同侧为 “顺式”；否则为“反式”。
2. Z /E构型标记法：
CH3 H Cl
C2H5
C2H5
旋转180°Cl
H
构型保持
CH3
旋转90°
C2H5
H CH3
Cl
构型改变
2 投影式不能离开纸面翻转。
3 投影式手性C原子上所连的原子或基 团，可以两—两相互交换偶数次，不能 交换奇数次。
CH3 H Cl
C2H5
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OH
CH
3
对映异构体(enantiomers) ：两种构型不同的化合物 不能重合，但互为镜像.
二、手性和对称性
CH3 H C OH CH2CH3
-
CH3 C H3CH2C H OH
对映异构体
对映体的特点：
1. 凡手性分子都存在对映异构体，也称旋光异构体 2. 组成相同； 3. 对映体之间互为实物和镜像；
Br H CH3 C H 2C H 3
四、具有一个手性中心的对映异构
3. 构型的标记法 (1) D—L 命名法
H C H O O H C H H 2O 油 醛 D -( )-甘 H O C H O H C H H 2O 油 醛 L -( )-甘
C H O H
O O H O O H C H O C C H O C 表示相对构型 O H O H H O H H O H H O H H O H 不表示旋光方向
a. 垂直的和水平的线的交点代表一个手性炭C*； b. 主碳链在竖直方向；
c. 编号最小的碳原子放在上端。
d. 竖立的键代表模型中向纸面背后伸过去的键; 横在两边的键则 表示模型中向纸的前方伸出的键)。
O H C H H C O O H 3C
H
C O O H O H C H 3 H O
C O O H H C H 3
4. 不重合
二、手性和对称性
3. 对称因素 1). 对称面 (σ)
a. 分子中有一平面，它可以把分子分成互为镜象的两半。
二、手性和对称性
b. 分子中所有原子共平面
二、手性和对称性
2) 对称中心: 设想分子中有一个点，从分子中任何一个原子出 发，向这个点做一直线，再从这个点将直线延长 出去，则在与该点前一线段等离处可以遇到一个 同样的原子，这个点就是对称中心 。
-
C O O H H O H
1 5
H C 3
-
C H 3
左 旋 乳 酸 ° 熔 点 = 5 3 ℃ α = 2 . 6
D 1 5
右 旋 乳 酸
D
° 熔 点 = 5 3 ℃ α = + 2 . 6
+
乳酸
m.p. = 18℃
外消旋体(Racemate)： 是等量右旋体和左旋体混合而成，外 消旋体与右旋体或左旋体的旋光性不同的，外消旋体无旋光性。
2 0
0
C — 溶 液 浓 度 , g / m l [ α + 5 2 . 5 （ 水 ） α ] = [ α ] = D L C L — 管 长 , d m
(比旋光度)
λ: wavelength (D,589nm) Na
四、具有一个手性中心的对映异构
1. 对映体和外消旋体
C O O H O H C H C H C O O H 3 O H H
左手与其镜像不能完全重合
二、手性和对称性
2. 手性分子和手性碳原子
1848 年
Louis Pasteur (1822～1895)
COONa H HO OH H COO NH4 HO H
COO Na H OH COO NH4
法国化学家 、细菌学家
二、手性和对称性
Rotate 180 °
Rotate 180 °
四、具有一个手性中心的对映异构
Fischer投影式的特点：
• 固定一个基团，依次轮转其它三个基团，构型不变；
CH3 H Br C H 2C H 3
CH 3 CH 3 CH 2 Br H
• 纸面上旋转 180°，构型不变；
CH3 H Br C H 2C H 3
Br CH3 C H 2C H 3 H
四、具有一个手性中心的对映异构
• 纸面上旋转 90 或270° 构型变，得其对映体；
C H 3 H B r C H C H 2 3 B r C H 3 H C H C H 2 3
Turn 90°
CH3
Br CH2CH3 H
四、具有一个手性中心的对映异构
• 任意两个基团互换，构型变化, 得其对映体。
C H 3 H B r C H C H 2 3 B r C H 3 H C H C H 2 3
H C I H H C H 3 C H 3 H H C I H H H C O O H H H O O C H
分子有手性的条件是：分子没有对称面，也没对称中心
三、手性分子的性质---光学活性
1. 旋光性
尼 科 尔 棱 镜 普 通 光 偏 振 光 旋 光 性 物 质
旋 转 后 的 偏 振 光
旋光性：能旋转偏振光振动方向的性质。 旋光性物质或光活性物质： 具有旋光性的物质。
手性分子(Chiral Molecule) ：与其镜像不能重叠的化 合物分子。 手性碳原子(Chiral Carbon): 与四个不相同的原子 或基团相连的碳原子。 C*
二、手性和对称性
C H 3
* CH
OH
C O O H
乳酸 ( Lactic acid )
-
COOH
COOH
C
H CH
H
C
3
OH
-
沙利度胺（Thalidomide) ——又名反应停
H O O N O N H O H O N OO N H O
反应停是具有手性分子，有两种对映异构体。其中的 一种 R 异构体具有中枢镇静作用，不引起致畸作用。 另一种 S 异构体则会引起致畸作用。
二、手性和Leabharlann 称性1. 手性 (Chirality)： 物体与其镜像不重合的性质。
右旋物质(右旋体):能使偏振光的振动方向向右旋转的物质，
通常 “十”表示右旋。 左旋物质(左旋体):能使偏振光的振动方向向左旋转的物质,
“-”表示左旋。
三、手性分子的性质---光学活性
2. 旋光仪和比旋光度
由旋光仪测定的旋光度(α) ，不仅取决于物质结构，而且与测
定条件有关。如偏振光的波长、被测定液的浓度、温度等。
立体化学课件
第六章
一、异构体的分类
立体化学
碳 链 异 构 构 造 异 构 ： 分 子 式 相 同 ， 连 接 顺 序 不 同 位 置 异 构 异 构 体 对 映 异 构 体 立 体 异 构 ： 原 子 空 间 排 列 方 式 不 同 非 对 映 异 构 体
构 象 异 构
顺 反 异 构
The Disaster of Thalidomide ----“反应停”灾难
另外，它们的物理性质也不一样。
四、具有一个手性中心的对映异构
2. 构型的表示 (1).楔形式(wedge drawing):
C O O H O H H H O H C O O H
H C 3
C H 3
(2). ※Fischer 投影式(Fischer projections)
四、具有一个手性中心的对映异构