有机合成-不对称合成课件.ppt

1、【重点重点】 【难点难点】 1.1. 基本概念：分子的手性、手性碳原子、对称因素、基本概念：分子的手性、手性碳原子、对称因素、 对映体、非对映体、外消旋体和内消旋体。对映体、非对映体、外消旋体和内消旋体。 2. Fischer2. Fischer投影式的书写方法及注意事项。投影式的书写方法及注意事项。3. R/S3. R/S构型的命名方法。构型的命名方法。 第一部分第一部分 立体化学立体化学(Stereochemistry) 1.1. FischerFischer投影式的书写方法及注意事项。投影式的书写方法及注意事项。2.2. 2. R/S2. R/S构型的命名方法及对立体化学的理解。构型的命

2、名方法及对立体化学的理解。 同分异构构造异构碳链（碳架）异构官能团位置异构官能团异构互变异构立体异构构型异构构象异构顺反异构光学异构 立体异构：立体异构： 构造相同，分子中原子或基团在空间的排列方式不同。构造相同，分子中原子或基团在空间的排列方式不同。 几何异构 因共价键旋转受阻而产生的立体异构。构象异构 因单键“ 自由” 旋转而产生的立体异构。CH3HHCH3HHHCH3HHHCH3CH3CH3旋光异构 因分子中手性因素而产生的立体异构。CH3CC2H5BrClCCH3ClC2H5BrCCH3ClBrH5C2 一种名叫一种名叫“反应停反应停”的药物曾经带给人类空前的灾难的药物曾经带给人类空前

3、的灾难。20世纪世纪50年代由年代由德国一家制药公司开发的治疗孕妇早期不适的药物德国一家制药公司开发的治疗孕妇早期不适的药物反应停，药效很好，反应停，药效很好，反反应停便成了应停便成了“孕妇的理想选择孕妇的理想选择”（当时的广告用语（当时的广告用语),),但很快发现服用了反应但很快发现服用了反应停的孕妇生出的婴儿很多是四肢残缺。虽然欧洲各国当即停止了反应停的销停的孕妇生出的婴儿很多是四肢残缺。虽然欧洲各国当即停止了反应停的销售，但已经造成了数以千计的儿童畸形。售，但已经造成了数以千计的儿童畸形。 光学异构现象及重要性光学异构现象及重要性被反应停夺去被反应停夺去胳膊的孩子们胳膊的孩子们 两个分子

4、的结构从平面上看一模一样，但在空间上两个分子的结构从平面上看一模一样，但在空间上完全不同，它们构成了实物与镜象的关系，也可以比作左右完全不同，它们构成了实物与镜象的关系，也可以比作左右手的关系，所以叫手性分子。手的关系，所以叫手性分子。对于手性药物，一个异构体可对于手性药物，一个异构体可能是有效的，而另一个异构体可能是无效甚至是有害的。很能是有效的，而另一个异构体可能是无效甚至是有害的。很明显，研究光学异构现象对于科学研究以及人类健康有着重明显，研究光学异构现象对于科学研究以及人类健康有着重要意义。要意义。反应停的两种手性分子结构反应停的两种手性分子结构 联邦德国汉堡大学的兰联邦德国汉堡大学的

5、兰兹博士研究发现兹博士研究发现，反应停中，反应停中一种构型有致畸作用，而另一种构型有致畸作用，而另一构型有镇静作用。一构型有镇静作用。 这三位科学家的成就在于找到这三位科学家的成就在于找到了立体选择性合成的方法和催了立体选择性合成的方法和催化剂，可以高效、快速地制造化剂，可以高效、快速地制造一种手性分子而不生成另一种。一种手性分子而不生成另一种。他们的发现开拓了分子合成的他们的发现开拓了分子合成的新领域，对学术研究和新药研新领域，对学术研究和新药研制具有非常重要的意义。制具有非常重要的意义。 2001年诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉年诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉诺尔斯、日本科诺尔斯、日本科学

6、家野依良治和美国科学家巴里学家野依良治和美国科学家巴里夏普雷斯，以表彰他们在不对夏普雷斯，以表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩。称合成方面所取得的成绩。 6.1 旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度 如果让光通过一个如果让光通过一个 Nicol 棱镜棱镜 (起偏镜起偏镜)，就不是所有方向，就不是所有方向的光都能通过，而只有与棱镜晶轴方向平行的光才能通过。这的光都能通过，而只有与棱镜晶轴方向平行的光才能通过。这样，透过棱镜的光就只能在一个方向上振动，象这种样，透过棱镜的光就只能在一个方向上振动，象这种只在一个只在一个平面上振动的光，称为平面偏振光，简称偏振光或偏光平面上振动的光，称为平面偏振光，简

7、称偏振光或偏光(plane polarized light) 。光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。6.1.2 旋光性也称光学活性旋光性也称光学活性 ( optical activity )如果在两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质：如果在两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质： 偏振光能否透过第二个偏振光能否透过第二个Nicol 棱镜棱镜 (检偏镜检偏镜) 取决于两个棱镜取决于两个棱镜的晶轴是否平行，平行即可透过，否则不能通过。的晶轴是否平行，平行即可透过，否则不能通过。亮丙 酸亮暗乳 酸平面偏振光.旋光性

8、：旋光性： 物质能使偏振光发生偏转的性质。物质能使偏振光发生偏转的性质。物质有两类：物质有两类：（1）旋光性物质）旋光性物质能使偏振光振动面旋转的性质，能使偏振光振动面旋转的性质， 叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。（2）非旋光性物质）非旋光性物质不具有旋光性的物质，叫做不具有旋光性的物质，叫做 非旋光性物质。非旋光性物质。6.1.2 旋光度与比旋光度旋光度与比旋光度 旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度旋光度，以，以“”表示。表示。 旋光度旋光度不仅是由物质的旋光性（与物质的结构有关）决定的，也不

9、仅是由物质的旋光性（与物质的结构有关）决定的，也受测定的条件如温度、光源、浓度、样品管长度等许多因素的影响，为了受测定的条件如温度、光源、浓度、样品管长度等许多因素的影响，为了便于比较，便于比较，就要使其成为一个常量，就要使其成为一个常量，常用常用比旋光度比旋光度来表示：来表示：ABCDAABDA乳酸旋光性物质目镜（亮）起偏镜检偏镜盛液管右旋和左旋右旋和左旋 ( dextrorotatory and levorotatory ) 使偏振光振动平面向右旋转称右旋用使偏振光振动平面向右旋转称右旋用 +表示表示 “ + ”或或“d” 使偏振光振动平面向左旋转称左旋用使偏振光振动平面向左旋转称左旋用

10、-表示。表示。 “ - ”或或“l”比旋光度比旋光度： 在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为589 nm）条件下，样）条件下，样品管长度为品管长度为1dm，样品浓度为，样品浓度为1gml-1时测得的旋光度即为比旋光度。时测得的旋光度即为比旋光度。 若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把公式中的若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把公式中的C换成液体的换成液体的密度密度d即可。所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。因此在不用水为溶即可。所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。因此在不用水为溶剂时，需注明溶剂的名称，例如，右旋的酒石酸在剂时，需注明溶剂的名称，

11、例如，右旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋的乙醇中其比旋光度为：光度为： = +3.79 (乙醇，乙醇，5%)。比旋光度是旋光性物质特有的物理比旋光度是旋光性物质特有的物理常数。常数。 20 D旋光仪旋光仪(polarimeter)起偏晶检偏晶检偏晶起偏晶起偏晶 1848年年 Pasteur（巴斯德（巴斯德 法国化学家）在显微镜下用法国化学家）在显微镜下用镊子将外消旋酒石酸拆分成右旋和左旋酒石酸。镊子将外消旋酒石酸拆分成右旋和左旋酒石酸。 二者的关系：二者的关系：互为镜象互为镜象（实物与镜象关系，或者说左、右手（实物与镜象关系，或者说左、右手关系）。关系）。二者无论如何也不能完全重叠。二者无论如何

12、也不能完全重叠。 6.2 手性和对映体手性和对映体手性手性(Chirality(Chirality) )：实物与其镜影不能重叠的现象。：实物与其镜影不能重叠的现象。实物与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。实物与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。1、手性、手性物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从分子中有无对称因素来判断。性），可从分子中有无对称因素来判断。 对称因素：对称因素： （1） 对称面对称面（plane of symmetry） 某一平面将分子分为两半，就象一面镜子，实物（一半）与镜象（另某一平面将分子分为两半，就象一面镜子，实物（一半）

13、与镜象（另一半）彼此可以重叠，则该平面是对称面一半）彼此可以重叠，则该平面是对称面 。具有对称面的分子无手性。具有对称面的分子无手性。 CCH3ClClHCCHClHCl对称面对称面HHHHHHH3CCH3（2） 对称中心对称中心 (center of symmetry) 分子中有一中心点，通过该点分子中有一中心点，通过该点 所画的直线都以等距离达所画的直线都以等距离达到相同的基团，则该中心点是对称中心。到相同的基团，则该中心点是对称中心。有对称中心的分子有对称中心的分子没有手性。没有手性。结论：结论： A. . 物质分子在结构上具有对称面或对称中心的，就物质分子在结构上具有对称面或对称中心的

14、，就无手性，因而没有旋光性。无手性，因而没有旋光性。 B. 物质分子在结构上即无对称面，也无对称中心的，物质分子在结构上即无对称面，也无对称中心的，就具有手性，因而有旋光性。就具有手性，因而有旋光性。 C .至于对称轴和交替对称轴并不能作为分子是否具至于对称轴和交替对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。有手性的判据。 既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是手既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是手性分子。性分子。 实验事实：实验事实：CH3CHCOOHOH从肌肉中得到的肌肉乳酸+ 3.82。葡萄糖发酵得到的乳酸3.82。酸牛奶中得到的乳酸0。来 源旋 光 性羟基丙酸 ( 乳酸 ) 同

15、为乳酸，为什么会具有不同的光学性质呢同为乳酸，为什么会具有不同的光学性质呢？2、对映体、对映体COOHCH3OHHCOOHCH3OHHCCCOOHCOOHCH3H3CHOOHHH-对映体：对映体：分子的构造相同，但构型不同，分子的构造相同，但构型不同，形成实物与镜象的形成实物与镜象的两种分子，两种分子，称为对映异构体（简称：对映体）。称为对映异构体（简称：对映体）。 对映体对映体成对存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。成对存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。对映异构体都有旋光性，其中一个是对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋左旋的，一个是的，一个是右旋右旋的。的。所以对映异构体又称为旋光异构体

16、。所以对映异构体又称为旋光异构体。乳酸的立体结构乳酸的立体结构对映体之间的异同点：对映体之间的异同点：（1）物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的）物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的数值相等，仅旋光方向相反。数值相等，仅旋光方向相反。（2）在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同）在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。分子的手性是对映体存在的分子的手性是对映体存在的必要和充分条件必要和充分条件。 一般来说，只要分子即没有对称面，又没有对称中一般来说，只要分子即没有对称面，又没有对称中心，就可以初步

17、断定它是个手性分子手性分子必定具有心，就可以初步断定它是个手性分子手性分子必定具有旋光活性，凡手性分子，必有互为镜像的构型，即存在旋光活性，凡手性分子，必有互为镜像的构型，即存在对映异构体（简称对映体）。对映异构体（简称对映体）。 分子的手性是存在对映体的必要和充分条件。分子的手性是存在对映体的必要和充分条件。 具有旋光性的分子必定是手性分子。具有旋光性的分子必定是手性分子。 含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子。含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子。手性分子有一对对映体手性分子有一对对映体6.3 含一个手性碳原子化合物的对映异构含一个手性碳原子化合物的对映异构手性碳原子手性碳原子（c

18、hiral carbon atom）：和四个不相同的原子或基和四个不相同的原子或基团相连的碳原子团相连的碳原子，用，用“ * ” 标出标出）CH3CHCH2CH3Br*CH3CHCOOHOH*一、手性碳原子一、手性碳原子外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）： 旋光性旋光性 物理性质物理性质 化学性质化学性质 生理作用生理作用 外消旋体外消旋体 不旋光不旋光 mp 18 基本相同基本相同 各自发挥其左右各自发挥其左右 对映体对映体 旋光旋光 mp 53 基本相同基本相同 旋体的生理功能旋体的生理功能对映体对映体 ( optical isomer )：成对存在

19、，比旋光度数值相同，但旋：成对存在，比旋光度数值相同，但旋光方向相反。光方向相反。外消旋体外消旋体 ( racemic modification )：等量对映体的混合物。：等量对映体的混合物。可分可分离离成左旋体与右旋体。成左旋体与右旋体。二、外消旋体二、外消旋体: 内消旋体内消旋体虽然含有手性碳原子，但却不是虽然含有手性碳原子，但却不是手性分子，因而也没有旋光性的化合物。手性分子，因而也没有旋光性的化合物。 含有一个手性碳原子的分子必有手性含有一个手性碳原子的分子必有手性 含有多个手性碳原子的分子不一定都有手性含有多个手性碳原子的分子不一定都有手性 所以所以凡是含有手性碳原子的分子都是手性分

20、子凡是含有手性碳原子的分子都是手性分子内消旋体和外消旋体都没有旋光性，但本质不同内消旋体和外消旋体都没有旋光性，但本质不同: 内消旋体是单纯的非手性分子，不可拆分内消旋体是单纯的非手性分子，不可拆分 是两个对映体的是两个对映体的， 1. 立体结构式立体结构式6.4 6.4 构型的表示法、构型的确定和构型的标记构型的表示法、构型的确定和构型的标记6.4.1 构型的表示法构型的表示法COOHHOHCH3CCOOHCH3HOHCCOOHCH3OHH乳酸优点： 形象生动，一目了然缺点： 书写不方便楔形式透视式COOHHCH3OHHCOOHOHCH3HOHCH3COOH乳酸对映体的费歇尔投影式1)投影原

21、则：投影原则：1 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平面。横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平面。2 横线表示与横线表示与C*相连的两个键指向相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示纸平面的前面，竖线表示 指向指向纸平面的后面。纸平面的后面。3 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写在将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写在竖线上端。竖线上端。 2. .Fischer 投影式：投影式： 绝对构型绝对构型 一种手征性的化合物的实际的三维结构一种手征性的化合物的实际的三维结构 绝对构型的测定绝对构型的测定 X-射线单晶衍射射线单晶衍射(1950年）年） 化学关

22、联法化学关联法 相对构型相对构型 相对于另外的化合物的构型的一种化合物的结构相对于另外的化合物的构型的一种化合物的结构6.4.2 构型的确定构型的确定绝对构型与相对构型绝对构型与相对构型C CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH H- - -C CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO OD-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛6.4.3 6.4.3 构型标记法：构型标记法： 1. D / L标记法标记法 D-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛*D、L与与 “+、-” 没有必然的联系没有必然的联系甘油醛HOHCHOCH2OHHOHCH

23、OCH2OHD-(+)-甘油醛L-(-)-H2NHCOOHRL-氨基酸 2. R / S标记法标记法（+）和（）和（-）并不对应于（）并不对应于（R）和（）和（S）v1970年国际上根据年国际上根据IUPAC的建议，构型的命名采用的建议，构型的命名采用R、S法，法， 这种命名法根据化合物的实际构型或投影式就可命名。这种命名法根据化合物的实际构型或投影式就可命名。R、S命名规则：命名规则：1 按次序规则将手性碳原子上的四个基团排序。按次序规则将手性碳原子上的四个基团排序。2 把排序最小的基团放在离观察者眼睛最远的位置，把排序最小的基团放在离观察者眼睛最远的位置，观察其余三个基团由大观察其余三个基

24、团由大中中小的顺序，若是顺时针方向，小的顺序，若是顺时针方向，则其构型为则其构型为R（R是拉丁文是拉丁文Rectus的字头，是右的意思），的字头，是右的意思），若是反时针方向，则构型为若是反时针方向，则构型为S（Sinister,左的意思）。左的意思）。A. 三维结构：三维结构： COOHHOHCH3按 次 序 规 则反 时 针 排 列 S型OH COOH CH3 HCHCH3OHCOOH反 时 针 排 列 S型ooH HO OH HC C2 2H H5 5C CH H3 3H HO OH HC C2 2H H5 5C CH H3 3R RS S -OH -COOH -CH3 H A. 三维结

25、构：三维结构： 6.5 6.5 含两个手性碳原子化合物的对映异构含两个手性碳原子化合物的对映异构 （一）、一）、 含两个不同手性碳原子化合物的对映异构含两个不同手性碳原子化合物的对映异构 C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1

26、12 23 34 4C C: :2 2O OH HC CH HC Cl lC CO OO OH HC CO OO OH HC C: :3 3C Cl lC CO OO OH HC CH HO OH HC CO OO OH H( (2 2R R, ,3 3R R) )( (2 2S S, ,3 3S S) )( (2 2R R, ,3 3S S) )( (2 2S S, ,3 3R R) )- - - - -含两个以上含两个以上C*化合物的构型或投影式，也用同样方法对每一个化合物的构型或投影式，也用同样方法对每一个C*进行进行R、S标记，然后注明各标记的是哪一个手性碳原子。标记，然后注明各标记的

27、是哪一个手性碳原子。CCClHHHOCH3CH3CH3HBrHBrCH3CH2HCH3ClCH3HBr3-氯 -2-丁 醇2， 3-二 溴 戊 烷2-氯 -3-溴 丁 烷基 团 次 序基 团 次 序基 团 次 序C2C3*323322C2C3*C2C3*O H CH CH3 CH3 HClCl CH CH3 CH3 HOHBr CH CH2CH3 CH 3 HBrBr CH CH3 CH 3 HBrCl CH CH3 CH3 HBrBr CH CH3 CH 3 HCl(2S,3R)(2S,3S)(2R,3R)HOHHClHOHClHHOHClHHOHHClCOOHCOOHCOOHCOOHCOO

28、HCOOHCOOHCOOH(1)(2)(3)(4)对映体对映体m.p173173167167D20 -7.1+7.1-9.3+9.3( )m.p145m.p157外消旋体外消旋体非对映体氯代苹果酸氯代苹果酸 对映关系：对映关系： 与与； 与与 非对映关系：非对映关系： 与与、与与、与与、与与非对映体：不呈物体与镜象关系的立体异构体叫做非对映体。非对映体：不呈物体与镜象关系的立体异构体叫做非对映体。分子中有两个以上手性中心时，就有非对映异构现象。分子中有两个以上手性中心时，就有非对映异构现象。 3 3、化学性质相似，但反应速度有差异、化学性质相似，但反应速度有差异非对映异构体的特征：非对映异构体

29、的特征：（二）、（二）、 含两个相同手性碳原子化合物的对映异构含两个相同手性碳原子化合物的对映异构 C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OO OH HH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OH HO OH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OO OH HH HH H1 12 23 34 4C C = =2 2O OH HC C: :3 3C CO OO OH HC C

30、H HO OH HC CO OO OH H( (2 2S S, ,3 3S S) )( (2 2R R, ,3 3R R) )( (2 2S S, ,3 3R R) )( (2 2R R, ,3 3S S) )- - -H HO O- - -内内消消旋旋体体 ( (m me es so o - -) )内消旋体内消旋体(meso(meso) )：虽然含有手性碳原子：虽然含有手性碳原子, ,但却不是手性分子但却不是手性分子, ,因因而也没有旋光性的化合物。而也没有旋光性的化合物。分子内部形成对映两半的化合物。分子内部形成对映两半的化合物。( (有平面对称因数有平面对称因数) )。 HOHHOHC

31、OOHCOOH内消旋体无旋光性内消旋体无旋光性 ( (两两个相同取代、构型相反的个相同取代、构型相反的手性碳原子，处于同一分子中，旋光性抵消手性碳原子，处于同一分子中，旋光性抵消) )。 R S 内消旋体不能分离成光活性化合物。内消旋体不能分离成光活性化合物。含手性碳原子的化合物，不一定是手性分子含手性碳原子的化合物，不一定是手性分子,故不能说含手性碳原子的分子一定有手性。故不能说含手性碳原子的分子一定有手性。具有两个手性中心的内消旋结构一定是（具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RSRS）构型。）构型。外消旋体与内消旋体：外消旋体与内消旋体： 外消旋体：外消旋体：是混合物，是混合物，可拆分出

32、一对对映体。可拆分出一对对映体。 内消旋体：内消旋体：是化合物，是化合物，不能拆分。不能拆分。 外消旋体与内消旋体的共同之处是：二者外消旋体与内消旋体的共同之处是：二者均无均无旋光性旋光性，但本质不同。但本质不同。 (三三) 含三个不同手性碳原子化合物的含三个不同手性碳原子化合物的对映异构对映异构 八个旋光异构体、八个旋光异构体、组成四对对映体。组成四对对映体。CH3HBrBrHHBrC2H5CH3 Br H BrHHBrC2H5 C-2差向异构体差向异构体差向异构体：差向异构体：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手 性碳原子的构型不相同，其余的手性

33、碳构型都相同的异构体，性碳原子的构型不相同，其余的手性碳构型都相同的异构体，称为差向异构体。称为差向异构体。C-2差向异构：由差向异构：由C-2引起的差向异构。（引起的差向异构。（C-2构型相反）构型相反）HOHCOOHHOHHOHCOOHRS(s)HOHCOOHHOHHOHCOOHRS(r)内消旋体假不对称原子COOHHOHHOHHOHCOOHRRHOHCOOHHOHHOHCOOHSS对映异构3-C 非手性碳非手性碳3-C假手性碳假手性碳 不能对分子不能对分子 的手性起作用的手性碳原子的手性起作用的手性碳原子,叫做假手性碳原子叫做假手性碳原子1. 奇数环的情况奇数环的情况ABBAABBAII

34、IIIIIV I - IV I - IV四个化合物中各有两个手性碳四个化合物中各有两个手性碳 当当A A、B B相同时，相同时，I I和和 IIII为内消旋体为内消旋体 当当A A、B B不同时，不同时，I I和和IIII为对映异构体为对映异构体 对于对于IIIIII和和IVIV，则无论，则无论A A、B B是否相同，是否相同，IIIIII和和IVIV均为一对均为一对 对映异构体对映异构体 6.6 环状化合物的对映异构环状化合物的对映异构例：例：三元环三元环 1. A、A型二取代：有三个异构体。型二取代：有三个异构体。C CO OO OH HC CO OO OH HH HH HR RS SC

35、CO OO OH HC CO OO OH HH HH HR RR RC CO OO OH HC CO OO OH HH HH HS SS S顺顺式式( ( ) )m me es so o- -反反式式 2. .A、B型二取代：有型二取代：有 2 2 = 4 个异构体，两对对映体。个异构体，两对对映体。 C CO OO OH HC CH H3 3H HH HR RR RC CO OO OH HC CH H3 3H HH HS SS S顺顺 式式反反 式式C CO OO OH HC CH H3 3H HH HR RR RC CO OO OH HH H3 3C CH HH HS SS S2. 偶数环

36、的情况偶数环的情况ABABAABBIIIIIIIVBBAABBAAAB BAAB BA思考：思考：A = B A = B 和和 A BA B两种情况有何不同？两种情况有何不同？C CO OO OH HC CO OO OH HH HC CO OO OH HH Hm me es so o- -C CO OO OH HH HH HC CO OO OH HH HH H反反 式式H HO OO OC C( ( ) )顺顺 式式H HO OO OC CC CO OO OH HH HH HH HO OO OC CC CO OO OH HH HH H顺顺 式式反反 式式非非手手性性分分子子, ,只只存存在在顺

37、顺反反异异构构体体不不能能称称为为内内消消旋旋体体例例、四元环四元环如：顺式如：顺式1，2-环己二甲酸：环己二甲酸：存在一对称面，存在一对称面，相当于内消旋体，相当于内消旋体，因此不具旋光性。因此不具旋光性。 反式反式1，2-环己二甲酸环己二甲酸不存在对称面，与其镜象不能重叠，不存在对称面，与其镜象不能重叠，有一对映体，为手性分子，有旋光性。有一对映体，为手性分子，有旋光性。都有对称面，所以都没有对映异构体。都有对称面，所以都没有对映异构体。顺式和反式顺式和反式1，4-环己二甲酸：环己二甲酸： 第二部分：不对称合成 *一个成功的不对称合成的标准: (1)高的对映体过量（e.e.）; 对映体过量

38、：在二个对映体的混合物中，一个对映体过量的百分数。 e.e.=( )/( )100 (2)手性辅剂易于制备并能循环利用； (3)可以制备到R和S两种构型； (4)最好是催化性的合成。 * 迄今，能完成最好的不对称合成的，无疑应首推自然界中的酶。发展像酶催化体系一样有效的化学体系是对人类智慧的挑战。E1E1E2E2非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。C=OCH3CH3CH2H2NiCH3OHC2H5HCH3HC2H5HO+50% 50%50% 50%CH3CH2CH2CH3Cl2hvCH3HC2H5ClCH3ClC2H5 H +为什么总得外消旋体？为什么

39、总得外消旋体？ 不对称合成（手性合成）不对称合成（手性合成）Cl2hv2ClCH3CH2CH2CH3 ClCH3CHCH2CH3 + HClCH3CHC2H5Cl2ababCH3CClHC2H5CH3CClC2H5H50%50% 一个分子在对称环境下反应一个分子在对称环境下反应, 不可能有选择性。不可能有选择性。(左旋体与右左旋体与右旋体过渡态能量相同旋体过渡态能量相同, 反应活化能相同反应活化能相同, 反应速率相同反应速率相同) 。 1. 由手性化合物进行不对称合成由手性化合物进行不对称合成CCH3CHClCH3HCCH3CClHClCCH3CClHClCl2ababCH3HHH3CCH3C

40、lHCH3CH3ClHCH3HClClHS,S-S,R-29%71%CH3ClHCH3HClHCH3CH3HCl2受阻(主)ClHCH3ClCH3HClCH3HClCH3HClHCH3ClCH3HCH3HClCH3ClCl2H71%29% 结果：产物为不等量的非对映体，且结果：产物为不等量的非对映体，且meso-占优势。占优势。构象分析构象分析 中间体自由基构象中间体自由基构象2. 非手性分子通过引入非手性分子通过引入手性基团手性基团进行不对称合成进行不对称合成CH3CCOOHO+CH3HO(-)-薄荷醇丙酮酸酯（无手性） (-)-薄荷醇 （手性分子） 醇铝还原KOHCOOHCH3COOHCH

41、3HOHHOH（过量）RS水解+一个分子的构象决定了某一试剂接近分子的方向。一个分子的构象决定了某一试剂接近分子的方向。COOHCH3HOHROLOOMS还原OLOMSOHHRH2OCOOHOHH3. 非手性分子通过引入非手性分子通过引入手性催化剂手性催化剂进行不对称合成进行不对称合成R1XR2R2OOH2/ (R)-BINAP-Ru(II)R1XR2R2OOH X= OR, SR, NR2H2/ (R)-BINAP-Ru(II)NHCOC6H5OCOOCH3NHCOC6H5OH99%eeCOOCH3 手性配体：手性配体：(R)-BINAPP(C6H5)2P(C6H5)24. 选择性生物催化不

42、对称合成选择性生物催化不对称合成条件温和、高效、立体专一条件温和、高效、立体专一CH3CHCOOHCH3 白色念珠菌CCOOHHOCH2HCH3化学合成CCOOHClCH2HCH3L-脯氨酸CCONCOOHClCH2HCH3NH4SHCCONCOOHHSCH2HCH3(S)-Captopril5. 立体选择性反应与立体专一性反应立体选择性反应与立体专一性反应CHOCH3C6H5HCH3MgI H2OHCH3OHC6H5CH3H+CH3HC6H5CH3HHO赤式 67%苏式 33%HCNOOORR AlCl2+22-OR AlClONMeOAlRROO RCa-Si 面Ca-Re 面COXvMe

43、COXvMe1.LiOBn2.H ,Pd/C2MeCOOHe n d o , C a - S i面进攻endo,Ca-Si面进攻不对称合成的几个主要反应： 不对称催化氢化及其他还原反应 不对称烷基化 醛醇缩合 不对称Diels-Alder反应 不对称环氧化 下面对以上各个方面加以介绍： （一）不对称催化氢化及其他还原反应*1. C=C双键的不对称催化氢化 例： 烯酰胺的不对称氢化NRCOHAc2HRCO H2NHAc*手性铑催化剂H2 (1) 用BINAL-H（一种联萘酚修饰的氢化铝试剂）型还原 （S） R是不饱和基团 （R）*2. 羰基化合物的不对称还原RRHOH(S)-BINAL-H(R)

44、-BINAL-HRROHHORR(2) 过渡金属络合物催化的 羰基化合物的氢化 酮的不对称氢化是制备手性醇的一个有效方法，BINAP-Ru (II)催化剂对于官能化酮的不对称氢化是极为有效的:BINAP-RuHOORNHBocOC2H5ORNHBocOCOH2H+ORNHBocOCOH2H5R=(CH3)2CHCH2 苏式(主要产物) 赤式 (1) (2) (3) 环状烯胺(1)以(2S,4S)-BPPM与碘化铋(III)催化氢化以96%产率得到(2)。 从(2)很容易经六步反应制备到(3)左氟砂星。 *3. 亚胺的不对称还原FFNOMePPPhNCOOBu22PhBiI3(碘化铋)FFONM

45、eHSNOMeONNMeFCOOH*4. 不对称氢转移反应 带2氮杂降冰片基甲醇手性配体的钌络合物是芳族酮对映选择性转氢化的有效催化剂：ORR12NHOHRROH120.25mol %RuCl2(p-cymene)2.5mol % i-PrOK/ i-PrOH 手性氟化季胺催化的羰基化合物的不对称三氟甲基化反应CF Si(CH ) (130)333催化剂OHCFH3CHO*5. 通过不对称还原制备氟代化合物（二）不对称烷基化反应 利用手性烯胺、腙、亚胺和酰胺进行烷化，其产物的e.e.值较高，是制备光学活性化合物较好的方法。*1. 烯胺烷基化CHOPh+NCORH_H O2NCORCHPhOCH

46、ONROCPh_+*OPhCHO*OPh*AcOHH O2*2. 腙烷基化 R=Me,Et,iPr,n-heX RX=PhCH2Br,MeI, Me2SO4RRCHCHONN HOLiCH=CHMeRNNCHCHRCH2OMeHLDA/THF1) RX2) O /CH Cl322（三）醛醇缩合 醛醇反应，即亲核试剂与亲电的羰基基团(及类似基团)的缩合反应，是构建不对称CC键的最简单的，同时能满足不对称有机合成方法学的最严格要求的一类化学转化。 在有机合成和天然产物化学中醛醇缩合是最重要的反应之一。特别适用于环化反应。 例如： 用催化量的(S)()脯氨酸可以使对称二酮化合物（1）产生醇醛缩合，化

47、学产率100，光学产率93：OOONCOOHHHOOOH+OO(四) 不对称DielsAlder反应 手性亲二烯体构成不对称DielsAlder反应的例子的大部分。 作为最常用的手性亲二烯体, 由三种类型: I型是手性丙烯酸酯, 异简单直接的方式与手性基团结合；II型与I型比较，其手性基团与双键更靠近一个原子，合成较难，且手性基团的循环使用也麻烦；III型是丙烯酰胺，活性高。OORORONR *2IIIIIIOOOTiCl (OPr) , -20CCO2R* 例如： 在Lewis酸催化剂存在下，手性亲二烯体14发生DielsAlder反应，立体选择性有的高达100 : 1以上。 （五）不对称环

48、氧化 烯丙醇的不对称环氧化在有机合成化学中曾经是一个前导领域。这里也只以它为基础。在环氧化中存在开环，而开环要求立体和区域的选择性。 下面是手性2，3环氧醇的立体和区域选择性开环的方法：*(1) 邻近基团参与的开环反应：CH3OOHC H N=C=O6 5CH3OOCONHC6H5BF3Et2OHOOOOHCH3*(2) 碱性催化重排的反应：ROHO231NROH123O开环RNOHOH123*(3) 有机金属化合物的开环：生成相应的1，3二醇：CH OH2OLiCu(CH )32HCCHOH2OH3第三部分：外消旋体的拆分 外消旋体可以分为三类： 按照分子间的亲和力差异 1. 外消旋化合物：

49、相反的对映体之间 同种类分子之间，相反的对映体即将在晶体的晶胞中配对，从而形成外消旋化合物。 2. 外消旋混合物：当同类分子之间在晶体中有较大的亲和力时，它们可分别结晶成（）或（）对映体的晶体。 3. 外消旋固体溶液: 当一个外消旋体的相同构型分子和相反构型分子之间的亲和力差别不大时，其分子排列是混乱的。*区别三者的简便方法： 利用它们的熔点图或溶解度图, 在三者中分别加一些纯的对映体： * 外消旋化合物：混和熔点下降 *外消旋混合物：混和熔点上升 *外消旋固体溶液: 熔点不起明显 的变化1.化学析解法化学析解法形成和分离非对映体异构体的析解法形成和分离非对映体异构体的析解法2. 诱导结晶析解

50、法诱导结晶析解法3.微生物或酶作用下的析解微生物或酶作用下的析解4.色谱分离法色谱分离法5. 机械分离法机械分离法 外消旋体的拆分外消旋体的拆分将外消旋体分开为右旋体和左旋体的过程称为外消旋体的拆将外消旋体分开为右旋体和左旋体的过程称为外消旋体的拆分。分。对合成的外消旋体不能通过普通的物理或化学方法将它对合成的外消旋体不能通过普通的物理或化学方法将它分为两个对映体。因为对映体的理化性质完全相同。分为两个对映体。因为对映体的理化性质完全相同。 1.化学析解法化学析解法形成和分离非对映体异构体的析解法形成和分离非对映体异构体的析解法拆分剂光活性碱 如：奎宁、马钱子碱、辛可宁碱等光活性酸 如：酒石酸