有机化学手性分析课件.ppt

第第6章章 手性分析手性分析光学活性、立体异构、对映体、非对映体光学活性、立体异构、对映体、非对映体手性中心手性中心 绝对构型（绝对构型（R、、S））赤式和苏式赤式和苏式拆分拆分8/25/20241有机化学手性分析异构现象异构现象 构造异构构造异构 立体异构立体异构 骨架异构骨架异构 官能团异构官能团异构 官能团位置异构官能团位置异构 构型异构构型异构 构象异构构象异构 顺反异构顺反异构 对映异构对映异构8/25/20242有机化学手性分析1. 对映异构体对映异构体 (enantiomers):如两个分子具有对映，而不能如两个分子具有对映，而不能重叠的关系，为对映异构体重叠的关系，为对映异构体8/25/20243有机化学手性分析2. 有对映异构体的分子被称为手性分子有对映异构体的分子被称为手性分子 (Chiral Molecular)CIClHBrCIHClBrCClHCH3CH3HCClCH3CH3不重合不重合重合重合mirror8/25/20244有机化学手性分析 3. 如何判断分子是否是对映异构体如何判断分子是否是对映异构体:a. 手性碳（手性碳（Chiral Center））CZXYW*b. 分子中是否分子中是否 含有对称因素含有对称因素：：1。

对称面：对称面：2 对称轴：对称轴：3对称中心：对称中心：一个分子如具有对称面一个分子如具有对称面, , 或对称中心或对称中心, , 或对称轴或对称轴, , 则这个分子无则这个分子无手性手性------非手性分子非手性分子(Achiral molecule)8/25/20245有机化学手性分析判别手性分子的依据判别手性分子的依据有有反轴反轴无无手性手性旋转旋转+ +反映（射）反映（射）反轴反轴( (S Sn n) )（或更迭（或更迭对称轴，或旋转反对称轴，或旋转反射轴）射轴）有有对称中心对称中心无无手性手性反演反演对称中心对称中心( (i i) )（或反演中心）（或反演中心）不能作为区别手性的不能作为区别手性的依据依据旋转旋转对称轴对称轴( (C Cn n））有有对称面对称面无无手性手性反映（射）反映（射）对称面（对称面（ ））判别手性的依据判别手性的依据对称操作对称操作对称元素对称元素S S1 1 = =  S S2 2 = = i i8/25/20246有机化学手性分析许多许多含有手性中心的分子不是手性的含有手性中心的分子不是手性的.(.(例外例外: meso)许多许多手性分子不含有手性中心手性分子不含有手性中心.(.(例外例外: : 联苯型联苯型, , 丙二烯型丙二烯型) ) 手性中心的存在与否不是手性中心的存在与否不是唯一唯一判断手性分子的标准判断手性分子的标准8/25/20247有机化学手性分析Fischer Projection：： 把立体的结构式用平面表示出来把立体的结构式用平面表示出来向前向前------横向横向向后向后----纵向纵向8/25/20248有机化学手性分析R/S标记法（标记法（Designation of R/S）：）：将与手性碳相连的四个原子或基团按将与手性碳相连的四个原子或基团按次序规则次序规则排列出排列出基团的大小基团的大小a>b>c>d，将最小的基团，将最小的基团d离观察者最远。

离观察者最远其它三个基团按其它三个基团按a→b→c→b→c的顺序如果是顺时针，称的顺序如果是顺时针，称为为R（（Rectus拉丁文拉丁文““右右””字的字首）构型；逆时针，字的字首）构型；逆时针，称为称为S（（Sinister拉丁文拉丁文““左左””字的字首）构型字的字首）构型 R构型 S构型8/25/20249有机化学手性分析Sequence rules1.Higher atomic mass receives higher priority2.What if two substituents have the same rank when we consider the atoms directly attached to the stereocenter? In such a case, we proceed along the two respective substituent chains until we reach a point of difference.3.Double and trip bond8/25/202410有机化学手性分析4. 取代基互为对映异构体时，取代基互为对映异构体时， R 构型优先于构型优先于S 构型构型 取代基对几何异构体时，顺式取代基对几何异构体时，顺式 （（Z) 优先于反式优先于反式 (E)确定确定R, S 构型的方法：右手法法则构型的方法：右手法法则伸开右手伸开右手,大拇指和其余四指垂直大拇指和其余四指垂直,且在同一平面内且在同一平面内,让大拇指指向最小基团让大拇指指向最小基团, 四指所指弯曲方向如果是四指所指弯曲方向如果是其余三基团从大到小排列的方向，则分子的对映异其余三基团从大到小排列的方向，则分子的对映异构体构型为构体构型为R型，反之，为型，反之，为S型型. 8/25/202411有机化学手性分析问题问题 3-3 用R/S法标示下列各化合物的构型：8/25/202412有机化学手性分析含有两个相同手性碳原子的化合物含有两个相同手性碳原子的化合物 Molecule containing two equivalent chiral centers 如果分子内有如果分子内有n个不同的手性碳，立体异构体的数目个不同的手性碳，立体异构体的数目应是应是2 n（（n为正整数）。

为正整数） 含有两个相同手性碳的分子都只有三个立体异构体含有两个相同手性碳的分子都只有三个立体异构体: :一对对映体和一个内消旋体一对对映体和一个内消旋体（（meso）） Number of stereoisomers = 3 ？？8/25/202413有机化学手性分析含有两个手性碳原子的化合物8/25/202414有机化学手性分析8/25/202415有机化学手性分析I II III IV(2R,3R)-(+)- (2S,3S)-(-)- (2R,3S)- (2S,3R)- 8/25/202416有机化学手性分析(i)(ii)(iii)(iv)(2R,3R)-(-)-赤藓赤藓糖糖(2S,3S)-(+)-赤藓赤藓糖糖(2S,3R)-(+)-苏阿苏阿糖糖(2R,3S)-(-)-苏阿苏阿糖糖HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO(i)(ii) 对映体，对映体，(iii)(iv) 对映体。

对映体i)(iii), (i)(v), (ii)(iii), (ii)(v)为非对映体为非对映体8/25/202417有机化学手性分析分析烯烃的亲电加成（与Br2）8/25/202418有机化学手性分析问题:下列各组化合物是什么关系（相同的，对映体、非对映体） 8/25/202419有机化学手性分析环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构 顺反异构顺反异构对映异构对映异构8/25/202420有机化学手性分析8/25/202421有机化学手性分析不含手性碳原子的化合物的立体异构不含手性碳原子的化合物的立体异构 v 丙二烯丙二烯( (联烯联烯) )型化合物型化合物v 联苯型化合物联苯型化合物v 环外双键型化合物环外双键型化合物v 螺环螺环v 含含C2C2轴（轴（BINAPBINAP））H8/25/202422有机化学手性分析8/25/202423有机化学手性分析As a rule, an activation energy barrier of 16 to 19 kcal/mole is required to prevent spontaneous room temperature racemization of substituted biphenyls 8/25/202424有机化学手性分析C原子与原子与X1（或（或X3）的中心）的中心距离和距离和C原子与原子与X2 （或（或X4）的中心距离之和超过）的中心距离之和超过290pm，那么在室温，那么在室温（（25oC）以下，这个化合）以下，这个化合物就有可能拆分成旋光异物就有可能拆分成旋光异构体。

构体单位：单位：pmC-H （（104）） C-CH3（（150）） C-COOH（（156）） C-NO2（（192）） C-NH2 （（156）） C-OH （（145）） C-F （（139）） C-Cl （（163) C-Br （（183）） C-I （（200））联苯型的旋光异构体联苯型的旋光异构体8/25/202425有机化学手性分析8/25/202426有机化学手性分析C-NO2 与与 C-NO2 384pm C-NO2 与与 C-CH3 365pm由于位阻太大引起的旋光异构由于位阻太大引起的旋光异构体称为体称为位阻异构体位阻异构体8/25/202427有机化学手性分析8/25/202428有机化学手性分析一个双键与一个环相连（一个双键与一个环相连（1909年拆分）年拆分）螺环形螺环形[ ]D =   81.4o ( 乙醇乙醇 )258/25/202429有机化学手性分析n=8，可析解，光活体稳定。

可析解，光活体稳定n=9，可析解，，可析解， 95.5oC时，半衰期为时，半衰期为444minn=10，不可析解不可析解把手化合物把手化合物8/25/202430有机化学手性分析n=4m=4可析解可析解43oCn=8半衰期半衰期170min8/25/202431有机化学手性分析蒄（无手性）蒄（无手性）六螺并苯（有手性）六螺并苯（有手性）有手性面的旋光异构体有手性面的旋光异构体8/25/202432有机化学手性分析Methods for obtaining chiral non-racemic compounds1)Chiral pool2)Chiral resolution technique3)Chiral auxiliary methodology4)Asymmetric catalysis5)a) enzymatic catalysis6)b) chemocatalysis7)metal-mediated catalysismetal-free catalysis (organocatalysis)8/25/202433有机化学手性分析Resolution 的依据:(1). Diastereomers 之间physical property 的差别(2). Enantiomers 与手性化合物反应速度的不同1. 化学分离法:H+(+)-acid(±)-acid + (-)-base(+)-acid-(-)-base’salt(-)-acid-(-)-base’saltH+(-)-acidRacemic无旋光无旋光有旋光有旋光(diastereomers)(m.p., or s.有差别有差别) 常用的生物碱: (-)-番木鳖碱, (-)-奎宁, (-)-马钱子碱, (+)-辛可宁8/25/202434有机化学手性分析8/25/202435有机化学手性分析Asymmetric catalysis8/25/202436有机化学手性分析8/25/202437有机化学手性分析。