沈阳药科大学高等有机化学课件(胡春版)——第二章 立体化学

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§2.1 含有刚性结构化合物的构型异构 一、双键化合物的构型异构——顺反异构
H3C H CH3 H H3C H H CH3
碳氮双键的化合物有亚胺（又称西佛碱 Schiff base ）、肟、腙、缩氨脲，含氮氮双键 的有偶氮化合物等。 具有n个C==C双键的化合物，总共最多应存 在2 n 个Z-E异构体。
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§2.3 旋光异构
七、不对称合成
术语“不对称合成”在1894年首次由E．Fischer提出，其后被 Marckwald定义为“从对称构造的化合物产生光学活性物质的反 应，使用光学活性材料作为中间体，但不包括使用任何分析过 程作为手段”。 接着Morrison和Mosher提出了一个广义的定义，将不对称合成 定义为“一种反应，其中底物分子整体中的非手性部分经过反 应试剂作用，不等量地生成立体异构体产物的手性单元。也就 是说，不对称合成是这样一个过程，它将潜手性单元转化为手 性单元，使得产生不等量的立体异构产物。最早的不对称反应 实例可以追溯到1890年。当时，E．Fischer将L—阿拉伯糖和 HCN进行羟腈化反应，得到多一个碳的腈化合物，然后经腈水 解，得到3：1量的L—甘露糖酸和L—葡萄糖酸。这证明了从不 对称的化合物(手性源化合物)出发进行的反应，其反应可按不对 称的方式发生。
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§2.2 构象分析
一、构象异构
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§2.2 构象分析
二、构象分析
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§2.3 旋光异构
一、旋光性与手性
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§2.3 旋光异构
物体与其镜像不能重叠的现象叫手性。 两个立体异构体若满足互为镜像且不能重叠 的关系，则两者都是手性分子且互为对映异 构体。不是对映体的立体异构体是非对映异 构体。手性分子具有旋转偏振光平面的能力。 互为对映异构体的两种化合物在相同的测试 条件、相同的浓度下，旋转偏振光平面的角 度相同，但方向相反。旋光性是手性分子的 一种性质，手性分子的这种性质是非常有用 的，在研究反应机理时可根据旋光的方向和 大小的变化来判断产物和反应物之间的立体 化学关系，从而为推导反应机理提供证据。
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S CH2 O CH3 CH2 CH2 P H3 C 19 [a]D=+35 o
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CH3 [a]D =+252 o
（3）具有三个不同取代基的胺原则上应是旋光
性的，但是角锥体翻转所需的活化能太小，以致 不能将对映异构体分离出来。但是，季銨盐的四 个基团不同时，存在着可以分离出来的对映异构 体。例如，碘化甲基烯丙基苯基苄基銨。
2 正丁烷的构象
CH3 H H CH3 H3C CH3 H 3C H H H H H H
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HCH3 H H H CH3 H H
CH3 H H
3 其它开链体系的构象
化 合 物 烷烃 CH3—CH3 CH3—CH2CH3 CH3—CH(CH3)2 CH3—C(CH3)3 卤乙烷 CH3—CH2F CH3—CH2Cl CH3—CH2Br CH3—CH2I 旋 转 能 障（KJ/mol） 12.1 14.2 16.3 19.7 13.8 15.4 15.4 13.4
二、旋光谱和圆二色谱
许多有机化合物具有光学活性，能使偏振光的偏 振平面发生旋转，这种现象称为旋光。化合物的 旋光度和光的波长有关，亦即一个化合物的比旋 度随着波长而改变。测定在紫外及可见光（200700nm）内的旋光，然后将比旋度对波长作图， 所得的谱线即旋光谱。
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§2.3 旋光异构
三、对称因素和手性因素
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§2.3 旋光异构
三、对称因素和手性因素
手性因素 （2）手性轴
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§2.3 旋光异构
H C CH3 C C
H H3
H C C C CH3
H CH3
若用两个环来代替两个双键，则所得到的螺环化合物 也应当有对映异构。
H CH3
H CH3
H CH3
H CH3
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§2.3 旋光异构
a
c
c
a
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§2.3 旋光异构
1. 机械拆分法
Louis Pasteur（1822-1895）于1848年，借 助放大镜，用镊子成功地将外消旋的酒石 酸钠铵进行拆分，这一发现为其后的立体 化学打下了基础。
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§2.3 旋光异构
2. 形成非对映异构体的拆分方法（化学方法）
通过化学方法，把对映体变成非对映体， 利用非对映体的熔点、沸点、溶解度等的 不同进行分离。
§2.3 旋光异构
四、相对构型与绝对构型
Rosanoff, Fischer Bijvoet，1951年，酒石酸钠铷
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§2.3 旋光异构
五、旋光性与分子构型
1. 化学转变法
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§2.3 旋光异构
五、旋光性与分子构型
2. 旋光比较法 （1）Chugaev规律 （2）Brewster规则 （3）似外消旋体法 （4）ORD法和CD法 （5）螺旋理论
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CH3 PhH2 C N Ph CH2 CH CH2
CH3 Ph N H2 C HCH2 C CH2 Ph
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二. 含有多个手性中心的化合物
含有两个相同手性碳原子的化合物有三种构型异构体， 含有两个不同手性碳原子的化合物有22个构型异构体，含 有n个手性碳原子的化合物至多有2ｎ个构型异构体，少于2ｎ 个构型异构体是由于相同的手性中心产生的内消旋体所至。
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OH H H Cl H H
OH H H H Cl H
已经证实乙二醇的优势构象也为邻位交叉式，这显然是由分 子内氢键引起的。
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二 环己烷及其衍生物的构象
１．环己烷的构象 在一个分子内，除了前面介绍过的扭转张力和非键 相互作用外，还存在着偏离正常键角产生的角张力； 偏离正常键长产生的键张力。在环己烷所有的可能 的构象中，能同时满足正常的键长和键角，又能使 非极性基团尽可能相互远离的构象只能是椅式构象。 因此，椅式构象Ⅰ是环己烷的优势构象。船式构象 Ⅱ虽能满足正常的正四面体键角，但非极性基团间 严重重叠，只能是一种不稳定的 极端构象。 椅式之间可以通过碳碳键的旋转相互转化，将这种 转化称为构象翻转。
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化 合 物 杂原子取代物 CH3—SiH3 CH3—NH2 CH3—NHCH3 CH3—OH CH3—OCH3
旋 转 能 障（KJ/mol）
7.1 8.3 15.1 4.5 11.3
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邻位交叉效应:
若只从范德华排斥作用考虑，对位交叉 式构象Ⅰ应占优势，但事实上却是邻位 交叉式构象Ⅱ占优势。有人认为Ⅱ中有 氢键生成产生的稳定作用，但这种解释 尚难以被普遍接受。２-氟乙醇和1,2-二 氟乙烷等几乎全以邻位交叉式构象存在， 后者并不能形成分子内氢键。将这种有 利于形成邻位交叉式优势构象为优势构 象的效应称为邻位交叉效应。
手性底物
手性试剂
手性溶剂
手性催化剂 在反应物中引入手性条件（平面偏振光）
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§2.3 构象与构象分析
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一 开链饱和体系的构象
乙烷的构象
在乙烷分子中，碳氢σ键的旋转不会引 起分子几何形状的任何改变，因而与 分子几何形状密切相关的能量也不会 发生变化。但是，碳碳σ键的旋转将会 引起分子几何形状的改变，这种几何 形状的改变则将伴随着能量的变化。 显然，在σ键旋转引起的分子几何形状 的改变但不改变分子的构型的前提下， 构象中的能量变化的本质必然是由非 键相互作用而引起的。
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§2.1 含有刚性结构化合物的构型异构 二、单环化合物的顺反异构
CH3 H CH3 H
CH3 H H CH3
可是视作平面处理。 异构体数目。 命名: （1） RS命名；（2）参考基命名。
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§2.1 含有刚性结构化合物的构型异构
三、稠环化合物的顺反异构
CH3 H CH3 H
CH3 H H CH3
光学纯度百分率（%O.P）或 对映体过 量百分率(%ee)
实测 %O.P 纯R
[R] - [S] %ee = [R] + [S]
100%
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立体选向百分率（简称选向率）
%de =
[A] - [B] 100% [A] + [B]
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§2.3 旋光异构
不对称合成常采用的方法
稠环方式：小环只能顺式 桥环异构体数目可能低于2n个 命名: （1） 系统命名（2）内式与外式
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§2.2 构象分析
构象是立体异构中的一个重要结构层次， 是在构造、构型确定的基础上因为单键的 旋转而产生的分子中的原子或原子团在空 间的排列。 构象分析：对与构象相关的“能量－含量” 关系的确定，以及与化学和物理性质的关 系的研究等，被统称为构象分析。
(+) B* (± A ) (+) A (-) A (+) B* (+) B*
拆分
一对非对映体
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§2.3 旋光异构
3. 诱导结晶拆分法
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§2.3 旋光异构
4. 生物拆分法
利用微生物或酶的选择性反应进行拆分。
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§2.3 旋光异构
5. 色谱拆分法
在色谱柱中用手性物质作固定相，可以 直接将对映体分开。如一种市售的手性 填料是将纤维素醚负载在硅胶上。

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§2.3 旋光异构
七、不对称合成
手性中心的产生：潜手性（前手性）。
Cl2 , hv CH3 H Cl CH2CH3
+
CH3 Cl H CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
O CH3CCH2CH3
LiALH4
CH3 H OH CH2CH3
+
CH3 HO H CH2CH3
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§2.3 旋光异构