有机立体化学课件4.ppt

1、第五章第五章 构象与构象分析构象与构象分析一、基本概念一、基本概念分子结构分子结构 构型构型 非对映异构非对映异构 构造构造 对映异构对映异构 构象构象 潜立体异构潜立体异构 构象分析主要研究分子的构象与物理和化学性质的构象分析主要研究分子的构象与物理和化学性质的关系，属动态立体化学范畴。关系，属动态立体化学范畴。阻转异构：阻转异构：由于单键的旋转受阻而产生，属构象异由于单键的旋转受阻而产生，属构象异构，但旋转能量较高，可分离，属构型异构。构，但旋转能量较高，可分离，属构型异构。1.分子的变形与张力能分子的变形与张力能 键长的收缩键长的收缩分子变形运动分子变形运动 键角的压缩或张大键角的压缩或

2、张大 二面角的变化二面角的变化AXYB键长键长键角键角一般来说，键长变化能量较高，而键角变化能量一般来说，键长变化能量较高，而键角变化能量较低，因此化合物中各种张力调整所发生的变化较低，因此化合物中各种张力调整所发生的变化一般是键角变形而不是键长伸缩。一般是键角变形而不是键长伸缩。XYAB二面角二面角 二面角二面角的变动是沿着键轴的旋转运动所产生，其的变动是沿着键轴的旋转运动所产生，其对分子的几何形状的影响比键长和键角所产生的影响对分子的几何形状的影响比键长和键角所产生的影响更深刻。它是重要的立体化学参数，比结构参数的键更深刻。它是重要的立体化学参数，比结构参数的键长和键角对于立体化学更为重要

3、。长和键角对于立体化学更为重要。非键合作用非键合作用V()：二个偏离的（非键合的）原子粒二个偏离的（非键合的）原子粒子彼此相对靠近时，体系发生的能量变化。远距离相子彼此相对靠近时，体系发生的能量变化。远距离相吸，近距离相斥，最佳点为吸，近距离相斥，最佳点为r。分子总张力能：分子总张力能：VT=Vr(r)+V()+V()+V()为两键距离为两键距离 键长变形能量键长变形能量 角张力角张力 扭转能量扭转能量 非键合张力非键合张力 1.2.构象的热力学（构象能）构象的热力学（构象能）在两个构象体在两个构象体A B平衡中：平衡中：G.。=RTlnK (G.。=GB-G.A)（构象自由能）（构象自由能）

4、K（构象平衡常数）（构象平衡常数）R（气体常数（气体常数 8.314kJ/mol.K）二、非环化合物二、非环化合物1烷烃类烷烃类1）乙烷）乙烷HHHHHHHHHHHH 每个每个H-H重叠的相互作用（扭转张力）约重叠的相互作用（扭转张力）约4千焦千焦/摩摩，能量差能量差12.3千焦千焦/摩摩。2）丙烷）丙烷MeHHHHH重叠与交叉构象的能量差为重叠与交叉构象的能量差为14.0千焦千焦/摩，因此摩，因此CH3-H的的重叠相互作用约重叠相互作用约6千焦千焦/摩摩，其中，其中2.0千焦千焦/摩摩可看作单独一可看作单独一个甲基的扭转能量。个甲基的扭转能量。3.）丁烷）丁烷HC H3HC H3HHHHHC

5、 H3HC H3HHHHHC H3HHHHHC H3HC H3HHHHC H3HH C H3H C H3HHHHHCH3HHHHHCH3 二个甲基重叠的构象能量最高。二个甲基重叠的构象能量最高。二个甲基处于对位的对位交叉式最稳定。二个甲基处于对位的对位交叉式最稳定。另外两个重叠式互为对映异构，另二个邻位交叉式互为对映异另外两个重叠式互为对映异构，另二个邻位交叉式互为对映异构，因此它们的能量分别相等。构，因此它们的能量分别相等。温度升高，邻位交叉份额增加；温度降低，对位交叉份额增加。温度升高，邻位交叉份额增加；温度降低，对位交叉份额增加。4）2，3-二甲基丁烷二甲基丁烷最稳定的构象为：最稳定的构

6、象为：HMeMeMeHMeMeHMeMeHMeAB2、1，2-二取代乙烷二取代乙烷1）扭转角及命名（）扭转角及命名（1974年年 IUPAC建议）建议）选取参考原子原则：选取参考原子原则：a.次序规则优先者优先次序规则优先者优先 b.两个原子相同时，第三个原子作为参考两个原子相同时，第三个原子作为参考 c.三个原子相同时，选最小扭转角原子三个原子相同时，选最小扭转角原子 确定扭转角三规则确定扭转角三规则 a.顺时针为顺时针为+，反时针为，反时针为-b.0度度90度为度为顺顺syn，90180度为度为反反anti c.标志原子处于对面为标志原子处于对面为叠叠，倾斜为，倾斜为“错错”或或“斜斜”例

7、、例、1，2-二取代乙烷二取代乙烷HHCH3CH3HHCH3HHCH3HHHCH3HHCH3H 顺叠顺叠sp 顺错顺错+sc 反错反错+acCH3HHHCH3HCH3HHHHCH3HCH3HHHCH3 反叠反叠ap 反错反错-ac 顺错顺错-sc2）卤代烷的构象）卤代烷的构象绝对硬度参数确定取代乙烷的构象：绝对硬度参数确定取代乙烷的构象：根据根据Person的绝对硬度理论，定义出的绝对硬度理论，定义出baf1(吸引参数）)211(ba（排斥参数）a,b 分别为酸、碱的绝对硬度参数分别为酸、碱的绝对硬度参数,.2,1.2,1(iiiifk稳定参数）（某种构象的（某种构象的k值越大，此种构象越稳定

8、）值越大，此种构象越稳定）例例1、2，3-二溴丁烷的构象二溴丁烷的构象BrHCH3HCH3BrBrHCH3CH3BrHBrH3CHCH3HBrABC实验结果：实验结果：稳定性稳定性 B C A （B在在CCl4中中60%）绝对硬度参数：绝对硬度参数：42.6H24.4Br9.33CH吸引参数：吸引参数：459.024.442.61HBrf94.224.49.313BrCHf排斥参数：排斥参数：256.033CHCH256.033CHCH236.0BrBr236.0BrBr156.0HH156.0HH194.03HCH194.03HCHBAC稳定参数：稳定参数：038.0)194.02236.0

9、256.0(459.02)2(2333)(CHHBrBrCHCHBrHAfk386.6()22()(333HHCHCHBrCHHBrBffkk(B)k(C)k(A)HHCHHBrBrBrCHCfk332(2)(=5.096例例2、1-卤丙烷的构象卤丙烷的构象ClHHHMeHClHHCH3HH58.07.442.61Hf156.0HH194.03HCH46.0)194.02156.02(58.02k25.19.37.413CHf58.07.442.61Hf168.1156.03194.058.025.1sck ksckap稳定性 scap3）-二醇二醇 只有重叠式和邻位交叉式才能使两个只有重叠式

10、和邻位交叉式才能使两个OH形成分子内氢形成分子内氢键，但重叠式距离太近，斥力太大，因此只有邻位交叉式键，但重叠式距离太近，斥力太大，因此只有邻位交叉式最适于形成分子内氢键。最适于形成分子内氢键。稳定性：稳定性：OHHHHOHHOHHHOHHH IR:36003500cm-1 36403610 cm-1 除除-二醇外，在邻位有二醇外，在邻位有NH2，F，Cl，Br，OCH3，NCH3，N(CH3)2等基团的羟基化合物也能形成分子内氢键。等基团的羟基化合物也能形成分子内氢键。3.含含SP3碳杂原子键的构象碳杂原子键的构象 a.对于碳对于碳-杂原子键，在杂原子上增加取代基对旋转杂原子键，在杂原子上增

11、加取代基对旋转能垒有大幅度的升高。能垒有大幅度的升高。b.胺类的翻转可能通过一个胺类的翻转可能通过一个120键角的过渡态，因此键角的过渡态，因此环越小翻转能垒越高，当有吸电子取代基时，环越小翻转能垒越高，当有吸电子取代基时，N上电子上电子对参与共轭，能垒降低。对参与共轭，能垒降低。c.取代基增多或增大都使内旋转能垒提高，旋转受阻。取代基增多或增大都使内旋转能垒提高，旋转受阻。4.不饱和烃类不饱和烃类含未端双键的不饱和烃分子的构象有下列四种形式：含未端双键的不饱和烃分子的构象有下列四种形式：CH2XHHRCH2XRHHCH2XRHHCH2XHHRabcd（优势构象以优势构象以 b 为主为主）对于

12、共轭双烯，对于共轭双烯，s-反式构象体比反式构象体比s-顺式构象体占优顺式构象体占优势势(空间因素所致空间因素所致)：HHHHHHHH S-anti-S-syn-5.羰基化合物羰基化合物CH3CH3CH3OH1.）醛和酮）醛和酮 以近似重叠的构象体占优势，例：以近似重叠的构象体占优势，例：（较稳定）（较稳定）2）酰卤）酰卤 优势构象与丙醛类似。优势构象与丙醛类似。R1OR2R3HR1OR2R3 S-anti-S-syn-3）羧酸及其酯）羧酸及其酯a.C-O 键键 反式反式 顺式顺式（反式异构体（反式异构体p,电子云的相斥作用比顺式小电子云的相斥作用比顺式小）HOOH(R)(R)HOOH(R)(

13、R)b.C-C键键优势构象：优势构象：CCOOHHHH(Me)HCCOOH旋转能垒 8.4 千焦/mol同一平面同一平面4）酰胺）酰胺 酰胺由于电子均化使酰胺由于电子均化使C-N键有部分双键的特征。键有部分双键的特征。N-单取代酰胺由于在平面的顺式酰胺中存在空间的相斥单取代酰胺由于在平面的顺式酰胺中存在空间的相斥作用，比反式的不稳定。作用，比反式的不稳定。稳定性：稳定性：RONHMeRONMeH 反反-顺顺-6.非环化合物的构象与化学反应性非环化合物的构象与化学反应性 在动力学控制的反应中，研究反应物和产物在动力学控制的反应中，研究反应物和产物构象对反应性的影响是动态立体化学的一个重构象对反应

14、性的影响是动态立体化学的一个重要方面。二个立体异构体或构象体之间不同的要方面。二个立体异构体或构象体之间不同的反应性能由其反应过渡态决定。反应性能由其反应过渡态决定。OHO+PPh3OOX影响过渡态的因素为：影响过渡态的因素为：空间效应空间效应 立体电子效应（如立体电子效应（如SN1，E2反应）反应）1 1）加成反应）加成反应a a 烯烃的加成反应（反式加成）烯烃的加成反应（反式加成）CH3CH3HHBr2CH3CH3BrHHBr+CH3CH3HBrBrH（外消旋体）（外消旋体）CH3CH3HHBr2CH3CH3HBrHBrSRCH3HCH3HBr+BrHCH3CH3BrH+HCH3BrBrC

15、H3HRSSR内消旋体内消旋体 b b、高锰酸钾与烯烃的加成（顺式加成）、高锰酸钾与烯烃的加成（顺式加成）HHOOCHCOOHMnO4-COOHCOOHHOHHOHSR内消旋体反应过程中形成环状过渡态：反应过程中形成环状过渡态：HHOOCHCOOHMnO4-COOHCOOHHOHOHHRRCOOHCOOHOHHHOHSS+HOOCHHCOOHOOMnO-OHOOCHHCOOHOOMnO-O外消旋体2）消除反应）消除反应 非环化合物的消除一般采取反式消除过程，尤其是非环化合物的消除一般采取反式消除过程，尤其是存在良好的离去基团时。当有大的取代基存在良好的离去基团时。当有大的取代基或差或差的离去的

16、离去基团时，顺式消除占优势。基团时，顺式消除占优势。a、反式消除反式消除以赤式以赤式2-溴丁烷溴丁烷-3-d为例：为例：CH3CH3HBrHDMeHBrHMeDMeHBrHMeDMeHBrHMeDMeHBrMeDHMeMeHHMeMeDMeDMeHMeHMeH180o60o逆60逆60o oH反反反反顺顺顺顺主主主主例例2：1，2-二溴丁烷二溴丁烷BrHMeBrMeHKIMeHHMeBrHMeBrHMeKIMeHHMe外消旋内消旋丙酮丙酮外消旋和内消旋外消旋和内消旋消除速度之比为消除速度之比为1：2，主要是外，主要是外消旋体过渡态中消旋体过渡态中二个甲基重叠排二个甲基重叠排列导致能量较高列导致

17、能量较高的缘故，反应有的缘故，反应有高度立体选择性。高度立体选择性。B B、顺式消除、顺式消除 在某些情况下，顺式消除也可占优势（决定于离去在某些情况下，顺式消除也可占优势（决定于离去基团的性质、试剂和溶剂），顺式消除有利于生成反基团的性质、试剂和溶剂），顺式消除有利于生成反式产物。式产物。HDN+Me3R2R1HBR2R1HDHDN+Me3HR1R2BHDR1R2结结 论：论：在双分子消除反应中，二个非对映体的反在双分子消除反应中，二个非对映体的反应速度有时有极为显著的差异。应速度有时有极为显著的差异。在化学反应中，由一种构象体产生一种产在化学反应中，由一种构象体产生一种产物，另一种构象体则

18、产生另一种产物，主要物，另一种构象体则产生另一种产物，主要产物由过渡态的能量所决定。产物由过渡态的能量所决定。（立体专一性（立体专一性反应）反应）c、立体会聚消除、立体会聚消除 不同的不同的立体异构体对立体异构体对（无论是对映或非对映）反应（无论是对映或非对映）反应产生相同立体构型的产物的反应称为立体会聚反应。产生相同立体构型的产物的反应称为立体会聚反应。PhCHCH3CHPhN+CH3CH3CH3KOButPhC-CH3CHPhN+CH3CH3CH3CH3CCPhPhH苏式苏式(赤式赤式)3）1，2-重排及邻基效应重排及邻基效应XYCH3X+X+X+迁移参与例：例：3-溴溴-2-丁醇与氢溴酸

19、的反应丁醇与氢溴酸的反应CH3CH3HBrHOHHCH3OHHCH3BrH+CH3HHCH3Br+Br-BrHCH3BrHCH3CH3CH3HBrHBr内消旋体（1）孤电子对参与）孤电子对参与CH3CH3HBrOHHCH3HOHHCH3BrCH3HCH3HBr+Br-BrCH3HBrHCH3CH3CH3BrHHBrHCH3OHCH3HBrHCH3HCH3Br+Br-BrCH3HBrHCH3CH3CH3HBrBrH小小 结：结：反应结果：反应结果：赤赤 赤赤 苏苏 苏苏 反应过程中形成桥形正离子，进攻试剂与邻基参与基团相同时：反应过程中形成桥形正离子，进攻试剂与邻基参与基团相同时：赤赤 内消旋体

20、内消旋体 苏苏 外消旋体外消旋体 进攻试剂与邻基参与基团不相同时：进攻试剂与邻基参与基团不相同时：（）赤）赤 （）赤产物）赤产物 （）苏）苏 （同一中间体）（同一中间体）（）苏产物）苏产物（）赤式反应物）赤式反应物生成一对对映体的中间体，生成一对对映体的中间体，（）-苏式反应物苏式反应物生成同一中间体。生成同一中间体。（2 2）苯基参与）苯基参与 除了带有未配对电子对的邻位基团可作为亲除了带有未配对电子对的邻位基团可作为亲核的重排基团外，取代的苯基也有类似的行为。核的重排基团外，取代的苯基也有类似的行为。苯基参与的反应历程及生成的产物与孤电子对苯基参与的反应历程及生成的产物与孤电子对参与类似。

21、参与类似。（3）分子重排的立体化学）分子重排的立体化学 迁移基团的立体化学迁移基团的立体化学迁移基团在重排过程中构型保留。迁移基团在重排过程中构型保留。例：例：NH2OHMeHMeEtSHNO2N2+OHMeHMeEtSSMeOCH2HMeEt 迁移起点的立体化学迁移起点的立体化学 如果迁移起点是手性的，重排后仍然是手性。如果基如果迁移起点是手性的，重排后仍然是手性。如果基团迁移与新亲核试剂的结合是协同的，则在迁移起点必团迁移与新亲核试剂的结合是协同的，则在迁移起点必然发生构型转变。然发生构型转变。OTsPhHRH2OHHH+PhHOHSH2O 迁移终端的立体化学迁移终端的立体化学 由于迁移基

22、团是从离去基团的背后接近的，所由于迁移基团是从离去基团的背后接近的，所以大多发生构型反转。当发生迁移前如果生成独以大多发生构型反转。当发生迁移前如果生成独立的正碳离子，则有构型保留产物存在，生成何立的正碳离子，则有构型保留产物存在，生成何种产物，取决于重排的协同程度。种产物，取决于重排的协同程度。三、脂环化合物三、脂环化合物1.1.脂环化合物及环张力脂环化合物及环张力 小小 环环 34员环（刚性，张力大）员环（刚性，张力大）普通环普通环 57员环（较稳定，环上取代基指向环外）员环（较稳定，环上取代基指向环外）中中 环环 811员环（指向环内取代基的跨环作用）员环（指向环内取代基的跨环作用）大大

23、 环环 12员环员环（近似于开链化合物）（近似于开链化合物）对映异构对映异构环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构 非对映异构非对映异构 构象异构构象异构环状化合物中存在的作用力：环状化合物中存在的作用力：角张力、扭转张角张力、扭转张力、跨环张力。力、跨环张力。一个分子的优势构象是上述三种作用力的和一个分子的优势构象是上述三种作用力的和为最小时的构象。为最小时的构象。2.小环化合物小环化合物1)环丙烷上环丙烷上C-C键有较多的键有较多的p成分，在成分，在sp4到到sp5之间，之间，C-H键近似于键近似于sp2，张力较大，张力较大，C-C键成香蕉型，同时键成香蕉型，同时环丙烷环可参与双键的共轭

24、。环丙烷环可参与双键的共轭。2 2）环丁烷优势构象是非平面的折叠式，它易于发生翻）环丁烷优势构象是非平面的折叠式，它易于发生翻转（过渡态是平面的环）。转（过渡态是平面的环）。aeaeaeae4.6-6.3 kJ/mol 3.普通环化合物普通环化合物1）环戊烷）环戊烷 平面的环戊烷实际上没有角张力（平面的环戊烷实际上没有角张力（CCC=108）。）。但由于五个全重叠键的作用，导致产生较高的扭转张但由于五个全重叠键的作用，导致产生较高的扭转张力（力（40 kJ/mol）。因此，环戊烷一般采取信封式或）。因此，环戊烷一般采取信封式或半椅式构象。此二种构象易于相互转变，转环过程中半椅式构象。此二种构象

25、易于相互转变，转环过程中不需要经过平面状的高能态，且这二种构象体的能量不需要经过平面状的高能态，且这二种构象体的能量很小，易于发生转环。很小，易于发生转环。环上引入取代基会破坏五角形的对称性，二种构象环上引入取代基会破坏五角形的对称性，二种构象体的能量呈现较大差别。体的能量呈现较大差别。例：例：CH3HMeHMeH 信封式信封式 反反-1，2-二甲基环戊烷二甲基环戊烷 2）环己烷）环己烷3)3)单取代环己烷单取代环己烷 单取代环己烷以取代基在横键的椅式构象为优势构单取代环己烷以取代基在横键的椅式构象为优势构象。象。单取代环己烷衍生物的活化能不大，高温下可迅速单取代环己烷衍生物的活化能不大，高温

26、下可迅速发生转环，在核磁共振谱中，发生转环，在核磁共振谱中，处于竖键处于竖键（a a）的质子比的质子比相应在横键相应在横键（e e）的质子的化学位移小的质子的化学位移小。例：例：OOHH3.58OHOH4.15OOHH2.682.48a:e:非对映异位，非等时非对映异位，非等时OO例例 2：4）二取代环己烷二取代环己烷二取代环己烷存在不同的构型：二取代环己烷存在不同的构型：1）1，1-二取代：二取代：非手性，体积大的基团在非手性，体积大的基团在e键。键。2）顺）顺-1，2-二取代：二取代：大基团处于大基团处于e键者为优势构象。键者为优势构象。RRRRR R=R R 非手性 非手性R R=R R

27、 手 性 手 性3）反）反-1，2-二取代：二取代：以双横键（以双横键（e.e）取代为优势构象。）取代为优势构象。4）顺）顺-1，3-二取代：二取代：RRRRR R=R R R R=R R 手 性 手 性RRRRR R=R R 内消旋 内消旋R R=R R 手性，有旋光 手性，有旋光5）反）反-1，3-二取代：二取代：6)顺顺-1，4-二取代：二取代：与顺与顺-1，2-类似，类似，R=R时为同一时为同一物，物，RR 时二个构象体可拆分。时二个构象体可拆分。7)反反-1，4-二取代：二取代：与反与反-1，2-二取代相似，以双二取代相似，以双e键取键取代物占优势。代物占优势。顺或反顺或反1，4-二

28、取代环己烷具有一个对称平面，无光学活性。绝大二取代环己烷具有一个对称平面，无光学活性。绝大多数二取代环己烷都采取椅式构象，但也有例外。多数二取代环己烷都采取椅式构象，但也有例外。RRHR R=R R R R=R R 手 性 手 性 在构象体分析中，当存在偶极作用或分子内氢键时，在构象体分析中，当存在偶极作用或分子内氢键时，上述一般规律不适用。上述一般规律不适用。例：例：ClClClCl存在偶极相斥存在偶极相斥OOHHOHOH生成分子内氢键生成分子内氢键BrOC2H5OC2H5H5C2OOC2H5Br存在偶极相斥存在偶极相斥5）环己烯）环己烯 脂环引进双键后使分子拉平，脂环引进双键后使分子拉平，

29、X-射线分析表明环射线分析表明环己烯的环系采取半椅式构象。己烯的环系采取半椅式构象。6）环庚烷和环庚烯）环庚烷和环庚烯 环庚烷有二组能够通过假转动相互转化的构象。即：环庚烷有二组能够通过假转动相互转化的构象。即：椅式椅式 扭椅式扭椅式 船式船式 扭船式扭船式 环庚烯中双键的存在使分子具有刚性的因素，椅式环庚烯中双键的存在使分子具有刚性的因素，椅式仍是优势构象。仍是优势构象。四、环己烷衍生物的构象及反应活性四、环己烷衍生物的构象及反应活性1.水解和酯化水解和酯化 酯的水解和醇的酯化主要受空间因素控制。通常酯的水解和醇的酯化主要受空间因素控制。通常e键键取代基比取代基比a键空间障碍小，反应较快。这

30、是由于酯的水键空间障碍小，反应较快。这是由于酯的水解过程中羰基从解过程中羰基从sp2变为变为sp3，空间体积加大（并带有一，空间体积加大（并带有一负电荷），具有更高的空间要求的缘故。负电荷），具有更高的空间要求的缘故。COOEtEtOOCk=1k=1反应速率反应速率 k=20k=20AcOHHAcO水解转化率水解转化率 87%87%11%11%OOHOMeOOMeH4:14:12.亲核取代亲核取代1）SN1反应反应 决定反应速度的一步是决定反应速度的一步是C-X之间键的异裂，形成共同之间键的异裂，形成共同的碳正离子中间体，由于的碳正离子中间体，由于a键键形成碳正离子中间体可消除形成碳正离子中间

31、体可消除它与它与3-aH的空间斥力，产生加速作用，因而的空间斥力，产生加速作用，因而a-键键比比e键键反反应速度要快：应速度要快：TsOHH+HOTsa eae2）SN2反应反应 SN2反应决定反应速率的一步为亲核进攻与基团离去反应决定反应速率的一步为亲核进攻与基团离去同时进行，因此要求过渡态中部分键合的同时进行，因此要求过渡态中部分键合的Nu-与中心碳与中心碳及部分键合的离去基团呈线状排列，因而及部分键合的离去基团呈线状排列，因而a基团的取代基团的取代比比e基团容易发生。基团容易发生。BrBrPhS-PhS-反应速度快 60 倍反应速度快 60 倍3）烯烃的亲电加成）烯烃的亲电加成 卤素及次

32、卤酸加成到环己烯上，通过环状卤素正离卤素及次卤酸加成到环己烯上，通过环状卤素正离子中间体，生成双竖键的反式产物。子中间体，生成双竖键的反式产物。Br2HOBrBrBrOHBrOOBrOHNBAH2O，HClO4AcOHNBAAcOHBrOHNBA：NBA：N-溴代乙酰胺N-溴代乙酰胺H2O，HClO4 结构尽可能少改变原理：结构尽可能少改变原理：有机化合物的碳骨骼在反有机化合物的碳骨骼在反应中尽可能少地发生改变。应中尽可能少地发生改变。分子最小变形原理分子最小变形原理（1924，Muller）：反应的始态和反应的始态和终态，原子结合之间的差别度尽可能地少。终态，原子结合之间的差别度尽可能地少。

33、最少移动原理最少移动原理（1939，Rice）：在反应中，原子尽可在反应中，原子尽可能少地改变其位置而最少移动，以及价键中原来形式转能少地改变其位置而最少移动，以及价键中原来形式转变成新的形式时，电子不过多地更换其轨道而最少移动，变成新的形式时，电子不过多地更换其轨道而最少移动，是有利于发生低活化能反应的条件。是有利于发生低活化能反应的条件。构象最小改变原理构象最小改变原理（1985，叶秀林）：，叶秀林）：在化学反应中，在化学反应中，初产物与发生反应的反应物在构象上的改变尽可能少的初产物与发生反应的反应物在构象上的改变尽可能少的反应方向是主要的反应方向。反应方向是主要的反应方向。OHHOHHH

34、2/PtOH（符合构象最小改变原理）（符合构象最小改变原理）胆甾烷醇胆甾烷醇粪甾烷醇粪甾烷醇（不符合）（不符合）OHHBr2OHHBrBrBrBrOHH（1）（1）（2）（2）CCBrBr5，6-二溴胆甾烷醇二溴胆甾烷醇5 ，6 -二溴粪甾烷醇二溴粪甾烷醇OOHOHO胆甾烯酮（构象）胆甾烯酮（构象）胆甾烯酮（构象）胆甾烯酮（构象）粪甾烷酮胆甾烷酮构象转变胆甾胆甾-4-烯烯-3-酮的催化氢化反应：酮的催化氢化反应：1、符合构象最小改变原理、符合构象最小改变原理2、内侧反应、内侧反应1、不符合构象最小改变原理、不符合构象最小改变原理2、内侧反应、内侧反应1、不符合构象最小改变原理、不符合构象最小改

35、变原理2、外侧反应、外侧反应1、符合构象最小改变原理、符合构象最小改变原理2、外侧反应、外侧反应主主次次4 4）酮的酮的-溴代溴代碱性介质中，溴化迅速：碱性介质中，溴化迅速：ROCH3Br2ROBrROCHBr2ROCBr3RCOO-+HCBr3OHOH酸性介质，先烯醇化，再加成：酸性介质，先烯醇化，再加成：Br2RCH2CCH3ORCHCCH3OHRCHCCH3OBr 5-胆甾胆甾-2-2-酮溴化时从空间障碍较小的反式平行方酮溴化时从空间障碍较小的反式平行方向进攻，通过椅式过渡态，生成向进攻，通过椅式过渡态，生成3-3-溴代物（溴代物（p210p210）:Br2BrOOHHBrBr 5-胆甾

36、胆甾-3-3-酮溴化时从甾体的酮溴化时从甾体的-面进攻（从平行面进攻（从平行方向），通过扭船式过渡态，生成方向），通过扭船式过渡态，生成2-2-溴代物：溴代物：Br2OBrOHBrBrOAcOHHOHAcOH+Br2OAcOBrH 溴从溴从6-位置加成，符合构象最小改变原理，如在位置加成，符合构象最小改变原理，如在可逆条件下，最终会导致可逆条件下，最终会导致6-产物为主要产物。产物为主要产物。胆甾胆甾烷烷-7-酮酮-3-醇乙酸酯醇乙酸酯6-溴胆溴胆甾甾烷烷-7-酮酮-3-醇乙酸酯醇乙酸酯5 5）消除反应消除反应E1CB:C-H键先断裂，然后从所形成的碳负离子中消去键先断裂，然后从所形成的碳负离

37、子中消去X-。E1:C-X键先离解，再消去键先离解，再消去-氢氢.对于对于E2反应，立体效应是决定性因素，对于环己烷体系反应，立体效应是决定性因素，对于环己烷体系要求参与反应的基团要求参与反应的基团H和和X必须处于同一平面：必须处于同一平面：a、H和和X处于反叠构象（反式双竖键关系）称反式消除。处于反叠构象（反式双竖键关系）称反式消除。b、H和和X处于顺叠位置，处于顺叠位置，H和和X从同一方向消除，称顺式消除。从同一方向消除，称顺式消除。BrBrKIBrBr丙酮丙酮901BrBrHHBrBrBrBrHHBrIHHBrIKIKIKI相对速率 1相对速率 1相对速率 12相对速率 123，6-二溴

38、胆二溴胆甾甾烷烷 Hofmann消除也要求被消去基团为双竖键排列，否消除也要求被消去基团为双竖键排列，否则发生则发生SN2取代：取代：N+HOH-+MeOHNMe390%N+CH3CH3CH3HOH-100%OH-HNMeMe+MeOH6）铬酸氧化）铬酸氧化 反应中涉及环上碳原子，因此基态中空间阻碍的去反应中涉及环上碳原子，因此基态中空间阻碍的去除对反应常会产生加速作用，因为反应的过渡态能缓除对反应常会产生加速作用，因为反应的过渡态能缓解这种张力，有利于反应进行。解这种张力，有利于反应进行。HOHHOCrOOOHfastslowHOHOHfastHOCrOOOHslow14OHCH3CH3CH

39、3HOHHCH3CH3CH3 1.8762.7OHOH13.463.27）环氧环的形成及开环）环氧环的形成及开环 在环己环中环氧化物的形成及环氧的开环都属于分在环己环中环氧化物的形成及环氧的开环都属于分子内的子内的SN 2反应，反式共平面取代，例：反应，反式共平面取代，例：CROHBrCROOHBrBrOHOH-OH-slowO环氧化物开环时同样以生成反式双竖键产物为主。环氧化物开环时同样以生成反式双竖键产物为主。fast 利用环氧化及开环在甾体的特定位置上引入羟基和利用环氧化及开环在甾体的特定位置上引入羟基和卤素是一种有效的合成方法。卤素是一种有效的合成方法。BrOHAcOPb(AcO)4I

40、2 hvBrAcOOZn AcOHAcOOH(CH3CO)2OPyridineBrOAcAcOCaCO3OAcAcOCHCH3 3CON（CHCON（CH3 3）2 28）羟醛加成反应）羟醛加成反应R3CHO+R2OR1R3OHR2OR1R3CHO+R2R1OMR3CHO+R2OMR1R3OHR2OR1R3R1OHOHR2HR3OHR2OR1R3R1OHOHHR2synantithreoerythroZ-烯醇盐Z-烯醇盐主要方向主要方向次要方向次要方向主要方向主要方向E-烯醇盐E-烯醇盐R3HOR2HR1O-M+R3HOHR2OR1HR3OHR2OR1HOR3R2HR1O-M+HR3OHR2O

41、R1HR3OHOR1R2synanti（较稳定的过度态）（较稳定的过度态）（较不稳定的过度态）（较不稳定的过度态）醛醛Z-烯醇Z-烯醇醛醛Z-烯醇Z-烯醇R3HOR2HR1O-M+R3HOHR2OR1HR3OHR2OR1HOR3R2HR1O-M+HR3OHR2OR1HR3OHOR1R2synanti（较稳定的过度态）（较稳定的过度态）（较不稳定的过度态）（较不稳定的过度态）醛醛E-烯醇E-烯醇醛醛E-烯醇E-烯醇5.环丙烷、环丁烷、环戊烷和环己烷反应活性环丙烷、环丁烷、环戊烷和环己烷反应活性的比较的比较 环节不同的脂环化合物具有不同张力，三、四环节不同的脂环化合物具有不同张力，三、四员环张力大

42、，五员环比六员环稍高，员环张力大，五员环比六员环稍高，一个反应如一个反应如果键张力得到缓解，则此反应要比张力保持或增果键张力得到缓解，则此反应要比张力保持或增大的反应要快，大的反应要快，因此，小环化合物容易开环。因此，小环化合物容易开环。环己烷中环碳由环己烷中环碳由SP2杂化变为杂化变为SP3杂化时对反应有利：杂化时对反应有利：OHHHHOHHHHHHOHHHHOHHHHHH 对于环戊烷来说，其中一个环碳为对于环戊烷来说，其中一个环碳为SP2杂化时，没有杂化时，没有出现重叠构象，因此环戊酮的还原比环己酮慢：出现重叠构象，因此环戊酮的还原比环己酮慢：下述反应说明了张力对反应活性的影响：下述反应说

43、明了张力对反应活性的影响：1）开环反应）开环反应H2/NiCH3CH2CH3H2/NiCH3CH2CH2CH3H2/NiCH3CH2CH2CH2CH3801803002）羰基亲核加成）羰基亲核加成(CH2)nCONaBH4(CH2)nCOHH异丙醇反应速度：反应速度：环丁酮：环己酮：环戊酮环丁酮：环己酮：环戊酮=38：23：13 3）亲核取代）亲核取代 亲核取代反应的活性与亲核加成的次亲核取代反应的活性与亲核加成的次序相反。序相反。(CH2)nCOTsH(CH2)nCOAcH丙丙 丁丁 戊戊 己己反应速度（反应速度（25）10-5 11.3 14 1 6、中型环化合物的构象和反应活性、中型环化

44、合物的构象和反应活性1）中型环化合物的构象）中型环化合物的构象a.中型环化合物并非介于普通环与大环化合物之间，中型环化合物并非介于普通环与大环化合物之间，而是另有特异性。而是另有特异性。b.中型环化合物具有较高的能量。中型环化合物具有较高的能量。c.中型环中较高能量主要来源于环中的扭转张力。中型环中较高能量主要来源于环中的扭转张力。（详细见（详细见p.218）2)跨环反应跨环反应 跨环反应是中型环特有的现象，反应发生在环对面跨环反应是中型环特有的现象，反应发生在环对面的环碳原子之间，因此称跨环作用：的环碳原子之间，因此称跨环作用：HYHCH(CH2)n(CH2)nHCXCHYH(CH2)n(C

45、H2)nCHH+HXX=OTs,N2+ODDHHDDOHOH+OHDOHDDDOHOH+1,3-氢负离子迁移1,3-氢负离子迁移1，5-氢负离子迁移1，5-氢负离子迁移90%甲酸90%甲酸解释：解释：DH3COODOHDOHOHDCH3COO-HDDOH+HHH3CCOOHDO HDHH另一种开环方式则导致环缩小产物的形成：另一种开环方式则导致环缩小产物的形成：OH+HHOHH跨环氢转移主要受到环的构象所制约，跨环氢转移主要受到环的构象所制约，例：例：OTsHt-BuHHt-BuHH构象有利于跨环反应构象有利于跨环反应顺顺TsOHt-BuHHt-BuHHH构象不利于跨环反应构象不利于跨环反应反

46、反当烯键参与跨环作用时，跨环环化作用产生双环化合物：当烯键参与跨环作用时，跨环环化作用产生双环化合物：OTsAcOHAcOHAcO-HHOAcRHRHRHRH7、稠环化合物、稠环化合物全全氢化菲：氢化菲：HHHHHH反式反式-反向反向-反式反式HHHHHHHHHHHH反式反式-反向反向-顺式顺式反式反式-顺向顺向-顺式顺式HHHHHHHHHHHHHH顺式顺式-顺向顺向-顺式顺式顺式顺式-反向反向-顺式顺式反式反式-顺向顺向-反式反式HHHHHH8、桥环化合物的构象、桥环化合物的构象1）桥环化合物及其反应性）桥环化合物及其反应性用用NaBH4还原桥环酮，反应速度如下：还原桥环酮，反应速度如下：O

47、OOO 15103 5.3 16.9 7.0CH3CH3CH3O内外外CH3CH3CH3OCH3CH3CH3OHR+1.RM2.H2OCH3CH3CH3OHR RM=RMgX 100%0%RM=金属氢化物金属氢化物 69-99%1-31%1.RM2.H2OOOHROHR+RM=RMgX 0-3%97-100%RM=金属氢化物金属氢化物 2-26%74-98%不饱和桥环化合物与试剂不饱和桥环化合物与试剂XY的加成反应取决于试剂的加成反应取决于试剂的性质，归纳为下列三种情况：的性质，归纳为下列三种情况：XYXYYXHHX+Y-aXYXY=HCOHCO3 3H，BrH，Br2 2/CCl/CCl4

48、4，吡啶，吡啶bHX+Y-XHXY=ClXY=Cl2 2/戊烷/戊烷HX+Y-HYHXcXY=Hg(OAc)2,NaOCl,B2H6/H2O22）Bredt规律规律 Bredt规律：规律：在小的桥环化合物中不能在桥头在小的桥环化合物中不能在桥头碳原子上引入双键（主要是桥环结构妨碍了在碳原子上引入双键（主要是桥环结构妨碍了在桥头位置形成双键时相邻碳原子间桥头位置形成双键时相邻碳原子间轨道相互轨道相互交盖所需的共平面）。但二环桥环中较大的环交盖所需的共平面）。但二环桥环中较大的环上含有八个以上的环碳原子时，可以有桥头双上含有八个以上的环碳原子时，可以有桥头双键。键。OH-H2OOBrHOHOOOOHOOOBrOOHOOCOOOH判断下列化合物的稳定性：判断下列化合物的稳定性：位阻效应中的位阻效应中的A张力效应：张力效应：RR1HRR1HRR1HH A BR1HRR2RR1R2HR2RHR1HHH A B9、其它、其它（CH2）m（CH2）n（CH2）o螺浆烷：螺浆烷：链索链索烃：烃：轴轮轴轮烃：烃：Mobius带：带：.