第二章 立体化学 (Chapter2 Stereochemistry) 第一节 手性分子和对映体 第二节 费歇尔投影式 第三节 旋光
性 第四节 外消旋体 第五节 非对映体和内消旋化合物 第六节 构型标记法 第七节 无手性碳原子的对映体 第八节 外消旋体
的拆分 第九节 手性分子的形成和生物作用同分异构构造异构：碳链异构；官能团异构； 官能团位置异
构立体异构构型异构对映异构 顺反异构（几何异构）构象异构第二章 立体化学 (Chapter2 Stereochemistry)
立体化学(stereochemstry):在三维空间揭示分子的结构和性能§1 手性、手性分子和对映体一、手性
互为实物（object）和镜像(mirror image)关系，而彼此又不能重合的特性，叫做手性(chirality
)。二、手性分子和对映体手性分子(Chiral molecules) :不能与其镜像重叠的分子。§1 手性分子和对映体2-羟基
丙酸（乳酸）手性碳原子：连有四个不同原子(或基团)的碳原子.对映体（enantiomers）：互为实物与镜像关系，又不能重叠的一对
立体异构体，互称为对映异构体，简称对映体。对映异构体的本质差别二、手性分子和对映体R / S 构型标记法IUPAC(1979) P
age21基团在空间的排列方式不同。RS-COOH-COOH-CH3-OH-OH-CH3-COOH-OH-CH3-H
对称面（symmetrical plane) ，就是指能将分子结构剖成互为镜像的两半的平面。三、分子中常见的对称因素§1 手性
分子和对映体 具有对称面的分子能与它的镜像重合，没有对映体，是非手性分子 ( achiral molecule ) 。
三、对称面和非手性分子中心P对称中心（symmetrical center) 如果从分子中的任一原子或原子团经中心 P
等距离延长得到相同的另一原子或原子团，则称该分子具有对称中心。具有对称中心的分子为非手性分子。分子的手性与对称元素的关系 ——
有对称面或对称中心的分子是非手性分子。三、对称面和非手性分子四、判断对映体的方法1、最可靠的方法是建造一个分子和它的镜像 的模型,
看能否重合。2、寻找对称面或对称中心。3、利用旋光性，通过实验的方法来判断。 无论你使用以上那种方法，答案应该是相同的。
§1 手性分子和对映体五、对映异构体的性质差异 在对映体中，围绕着不对称碳原子的四个基团间的距离是相同的，即
在几何尺寸上是完全相等的，因而它们的物理性质和化学性质一般都相同。仅旋光方向相反。????在手性环境的条件下（如手性试剂、手性溶液
、手性催化剂）也会表现出某些不同的性质。§1 手性分子和对映体Biological Significance of Chira
lity手性分子与作用对象（酶和受体）的结构互补关系肾上腺素对映异构体与酶作用beneficial sedativeand an
ti-nausea drugCaused serious birth defects when taken bypregnant
women!The two enantiomers of Thalidomide反应停Rs1957-1962年造成数万名婴儿残疾
手性药物在2002年全球销售额只有1520亿美元，2012年即达2750亿美元，十年左右的时间几乎翻倍。中国的手性药物市场在201
2年也达到275亿人民币，并呈现逐年快速递增态势。手性药物的进展2013.09广州研创生物技术发展有限公司与广东华南新药创制中心联
合成立的国内首家手性药物分离工程技术中心日前在广州科学城华南新药创制中心揭牌。§2 费歇尔投影式 1891年
，德国化学家Emil.Fischer提出显示连接手性碳原子的四个基团的空间排列方法—Fischer投影式。Hermann Emil
Fischer Fischer利用此方法帮助确定了葡萄糖的分子中四个手性碳的构型。 1902年，因其辉煌的研究成果
，授予诺贝尔化学奖（The Nobel Prize in Chemistry 1902 ）一、 Fischer投影式写法 1.投影
原则:将主链竖直摆放，把编号最小的碳原子放在最上端；将与手性碳原子相连的横着的两个键朝前,竖着的两个键向后,投影到纸平面上,并用横
线和竖线的交叉点代表手性碳原子。费歇尔投影式是平面式,其对应的立体形象为:横前竖后，交叉点为手性碳§2 费歇尔投影式HOHCO
OHCH32R含多个手性碳分子的Fischer投影式 先将分子处于重叠式构象，然后按Fischer投影规则投影。一、 Fisc
her投影式写法(2R,3R)-2、由Fischer投影式确定R/S构型的方法 Page23若最小基d在垂直方向，a?b? c顺时
针时为R 构型；反之，为S构型。若最小基d在水平方向，a?b?c顺时针时为S构型；反之，为R构型。CH3CH3HHClClBrBr
BrClCH3BrClCH3RS顺时针反时针BrClCH3BrClCH3顺时针反时针CH3CH3HHClClBrBrRS二、 R
/ S 构型标记法 Fischer投影式可以在纸平面上旋转180。，不能旋转90。或270。，也不能离开纸面翻转。 §2 费歇
尔投影式 3. Fischer投影式的变形式。Page16CH3HOHCOOH180。90。CH3HOHHOOCCH3HOHCOO
H翻转RRSS将Fischer投影式手性碳上的一个取代基不动，其它三个顺时针或逆时针旋转，构型保持不变 §2 费歇尔投影式CH
3OHHCOOH顺时针逆时针CH3HOHCOOHRRR将Fischer投影式手性碳上的原子或基团两两交换偶数次，分子构型不变；交换
奇数次，构型改变。 COOHHOHCH3两次一次CH3HOHCOOHSRHOOCHOHCH3R二、Fischer投影式与 Newm
an投影式的关系Fischer式表示的是化合物不稳定的重叠构象,不是分子的优势构象。§2 费歇尔投影式§3 物质的旋光性一
、平面偏振光（plane-polarized light） 尼科尔棱镜只允许振动方向与其晶轴平行的光波通过。通过棱镜后
只在同一个平面上振动的光线，叫做平面偏振光 ( plane polarized light ) ，简称偏振光。偏振光所在的平面，叫
做振动面。平面偏振光 当偏振光通过某些化合物的溶液后，偏振光的偏振面会被向右或向左旋转一定角度，这种能使偏振光的偏振面旋
转的性质称为旋光性( optical activity) ,具有旋光性的物质称为旋光性物质。二、旋光度和比旋光度（一）旋光度（op
tical rotation） §3 旋 光 性旋光度(α)。偏振面被顺时针旋转右旋(+,d);反时针旋转左旋(-,
l)。（二）比旋光度( specific rotation ) 通常使用的光源为波长为589.3nm（钠光D-线）。注
：C—溶液的浓度（g.ml-1）;d—纯液体的密度§3 旋 光 性§4 外消旋体 定义：等量左旋体和右旋体组成的
混合物，叫外消旋体(racemate)：用（±）或（dl）表示。 将左旋乳酸和右旋乳酸等量混合，出现旋光性消失现象。
外消旋体与纯的单一对映体物理性质有些不同，比如：沸点同，熔点不同。§5 非对映体和内消旋化合物一、非对映体(diast
eromer)对映异构体对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映体：构造同, 构型不同, 不是实物与镜影关系的立体异构
体含n个不相同C 时，就有2n个立体异构体二、内消旋化合物(mesomer)两个相同的手性碳§5 非对映体和内消旋化合物定义：
含有手性碳原子的非手性分子，叫做内消旋体 (mesomer)。同一物质 其原因是：分子具有对称面。 内消旋体的存在，酒石
酸只有三种立体异构体，其数目少于按照2n 规则所预测的数目。 含有n个手性碳原子的化合物，最多有2n个立体异构体。二、内消旋化
合物(mesomer)小 结对映体：彼此成镜像关系，又不能重叠的一对立体异构体。非对映异构体： 组成相同，但不为镜象的立体异构体
。内消旋化合物：分子中虽含有手性中心，但不旋光的化合物。外消旋化合物：等量的对映体相混合，旋光性能互相抵消，混合
物不旋光。外消旋化： 一个异构体一半变成其镜像的过程。注意：外消旋化合物是混合物，内消旋化合物是纯净物。二、内消旋化合
物(mesomer)§6 构型标记法一、D / L 构型标记法 1951 年以前，人们还无法确定化合物的绝对构型。18
91年，由德国有机化学家 Fischer (费歇尔) 人为规定。C ※上-OH在右侧—D型C※上-OH在左侧—L型(+)-甘油醛(
-)-甘油醛 D/L构型和(+)/(-)没有对映关系, D/L构型是人为规定的, (+)/(-)是实验测定的. D/L
多用于糖类和氨基酸的构型命名二、 R / S 构型标记法 R/S 法，1956年由R. S. Cahn 、R. S. I
ngold 、V. Prelog 提出。又叫做Cahn-Ingold-Prelog(凯恩-英戈德-普雷洛格)命名法。于1979年被
IUPAC 推荐使用。R(rectus, 右，拉丁文)，S(sinister,左) (一) 标记方法1、将与手性碳原子C相连的四
个基团按次序规则定出 先后次序 a > b > c > d。2、把排在最后的原子或原子团d放到离眼睛最远处。3、观察a b c
。规定当a、 b 、c以顺时针方向排列 时，该C为 R 构型，当a、b、c 以逆时针方向排 列时该C为 S 构型。§6
构型标记法二、 R / S 构型标记法例: 分子式为 CHFClBr 的分子有两种构型，分别为 R，S。BrClFC
lBrF二、 R / S 构型标记法二、 R / S 构型标记法(二)由Fischer投影式确定R/S构型的方法1、若最小基d在垂
直方向，a?b? c顺时针时为R 构型；反之，为S构型。2、若最小基d在水平方向，a?b?c顺时针时为S构型；反之，为R构型。CH
3CH3HHClClBrBr末优基团在竖的方向BrClCH3BrClCH3RS顺时针反时针BrClCH3BrClCH3顺时针反时针
CH3CH3HHClClBrBrRS末优基团在横的方向二、 R / S 构型标记法 练习：命名下列化合物。S-3-甲基-1,2
-二氯丁烷3(二)由Fischer投影式确定R/S构型的方法 在一对对映体中, 若一个为 R 构型, 则另一个一定为
S 构型; 一个为D型，则另一个为L型；一个左旋，则另一个一定为右旋。 反之亦然。
注 意 1） R/S 和D/L之间无必然的对应关系。 2） R/S 和D/L与旋光方向之间也无必然的对应关系。二、
R / S 构型标记法§7 无手性碳原子的对映体一、丙二烯型化合物二、联苯型§7 无手性碳原子的对映体化合物既没有对称面也没
有对称中心。§8 外消旋体的拆分定义：通过一定方法和手段将外消旋体分开成左旋体 和右旋体，此种方法和手段叫外消旋体的拆
分 （resolution)。目前用于外消旋体的拆分的方法有以下几种：1 化学拆分法：利用手性试剂与外消旋体生成非对映
体进行拆分。2 生物拆分法：利用酶的专一性，将其中一种对映体 消耗，从而分离提纯
。应用少。3 晶种结晶法：通过加入左旋或右旋晶种，利用构型 相同的先析出的方法进行分离。 外消旋
体与手性试剂作用,得到非对映异构体,物理性质不同,可以分步结晶而分开,进一步反应,可以得到纯光学活性物质。常用方法--化学拆分法，
其基本原理如下:如:教材81页，利用苯基乙胺分离乳酸。一、手性分子的来源§9 手性分子的来源和生物作用1、非手性化合物产生手性中
心的反应以正丁烷氯化为例,产物之一具有手性中心：手性中心 用非手性试剂合成手性化合物往往得到外消旋体,即非光学活性试剂产生非
光学活性产物。S(S)-(+)-sec-Butyl-chloride(R)-(-)-sec-Butyl-chlorideR
反应的第一步得到平面型的自由基； 反应的第二步，Cl分子从自由基所在平面的两边进攻得到外消旋体 一、手性分子
的形成2、产生第二个手性中心的反应在手性环境中反应，得到不同量的非对映异构体一、手性分子的形成二、手性分子的生物作用
为什么不同的对映异构体具有不同的生理作用？因为生物体内的环境是手性环境(如,受体)，只有合适的手性分子与该环境相匹配时，才发挥正常的生理作用. 目前，药学领域中手性药是研究的热点。§9 手性分子的形成和生物作用【本章重点】 1. 分子的手性、手性碳原子、对称因素、旋光性、旋光度、对映体、非对映体、外消旋体和内消旋体。 2. Fischer投影式的书写方法及注意事项。 3. 构型的标记方法（D/L法和R/S法）。 4. 含一个、两个手性碳原子的对映异构。 5. 手性分子性质上的异同点。 作业：1、复习本节课出现的概念。 2、完成教材26页习题4-13题。 3、重点复习构型标记方法。 4、预习。 |
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