第三章 立体化学（ 3）
主要内容
描述立体构性的 D / L 体系
分子的构象与手性（构象对映体）
获得手性化合物的方法，外消旋体的拆分，不对称合成）
立体化学在研究反应和反应机理上的应用
复习 1,手性碳的 绝对构型 —— R/S 方法
C H 3
H O H
C H 3
O HH
2
3
C H 3
O HH
C H 3
H O H
2
3
C H 3
O HH
C H 3
O HH
2
3
O HH
C H 2 O H
C H O
H O H
C H 2 O H
C H O
(2S,3R)-2,3-丁二醇(2R,3R)-2,3-丁二醇 (2S,3S)-2,3-丁二醇
(R)-甘油醛 (S)-甘油醛
描述立体构性的 D / L 体系 （相对构型）
基准物
D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛
D-(+)-葡萄糖 D-(-)-乳酸 L-(+)-乳酸
C H O
HH O
O HH
O HH
C H 2 O H
O HH
H
C O O H
C H 3
O H H
C O O H
C H 3
H O
O HH
C H 2 O H
C H O
H O H
C H 2 O H
C H O
复习 2,外消旋体和内消旋体 C O O H
H O H
C O O H
O HH
C O O H
O HH
C O O H
H O H
C O O H
O HH
C O O H
O HH＋
50％ 50％
外消旋体
（?）酒石酸内消旋体
meso-酒石酸一,分子的构象及其手性
C O O H
H O
H
C O O H
O H
H
C O O H
H O
H
C O O H
H O
H
C O O H
H O
H
H O O C
O H
H
H C O O H
O H
H O O C
O HH
2
3
2
3
2
3
I I I I I I
转 1 8 0
o
I I
转 6 0
o
C 2 转 1 2 0
o
2
3
沿 C 2 - C 3
C 2 转 1 2 0
o
I I I
H
H O O C
O H
C O O H
H O H
2
3
C O O H
O HH
C O O H
O HH
meso-酒石酸 一对构象对映体 （ 构象外消旋体）
互为镜像有中心对称
(非手性 )
无对称性
(手性 )
例 1：
例 2,cis-1,2-二甲基环己烷
C H
3
C H
3
I
C H
3
C H
3
I I
转 1 2 0
o
1
2 1
2
C H
3
H
3
C
1
2
C H
3
C H
3
1
2
I
I I
C H 3
C H 32
1
有对称面非手性无对称面有手性一对构象对映体
(构象外消旋体 )
平面结构式例 3,trans-1,2-二甲基环己烷
C H 3
C H 32
1
I I I
H 3 C
H 3 C 2
1
平面结构式存在一对对映体
trans-1,2-二甲基环己烷
C H
3
C H
31
2
C H
3
C H
3
1
2
C H
3
C H
3
1
2
I I ’ ( a,a )
I ( e,e )
I ’ ( a,a )
I I ( e,e )
H
3
C
H
3
C
1
2
对映异构关系构象非对映异构关系
I与 I’
II与 II’
二,手性分子的获得
2,获得手性分子的重要意义 —— 药物与人类的关系
构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，
生物体的酶和细胞表面受体是手性的,故对外消旋药物的识别、消化和降解过程也是不同的。
1,手性分子的来源
自然界,糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物
外消旋体的拆分
不对称有机合成反应
H 2 N C O O H
N H 2O
H 2 N C O O H
N H 2O
N N
O
O O
P h n - B u
H 3 C H
NN
O
OO
P hn - B u
C H 3H
(S)-天冬酰胺苦味
(R)-天冬酰胺甜味麻醉剂 致痉挛巴比吐酸衍生物
H O
H O C O O H
N H 2 H O
H O C O O H
N H 2
N
O
O
N H
O
ON
O
O
H N
O
O
(R)型,有效，不致畸形 (S)型,致畸形
Thalidomide(反应停 ) —— 镇静和止吐药物
(-)-L-DOPA
治疗帕金森氏病
(+)-D-DOPA
在体内集聚，不能被代谢
外消旋体的拆分（ Resolution）
巴斯德,L.
Louis Pasteur
(1822～ 1895)
C O O N a
O HH
C O O N H 4
H O H
C O O N a
H O H
C O O N H 4
O HH
1848年,巴斯德借助放大镜拆分外消旋的酒石酸钠铵
仪器拆分（ GC,HPLC… ）
HPLC用手性柱GC用手性柱
化学法拆分
(? ) A
( + ) B *
( + ) A ( + ) B *
( - ) A ( + ) B *
一 对 非 对 映 体拆 分
( + ) A ( + ) B *
( - ) A ( + ) B *
去 除 ( + ) B *
去 除 ( + ) B *
( + ) A
( - ) A
常用拆分试剂天然手性生物碱,(-)-马钱子碱,(-)-奎宁,(-)-番木鳖碱、
(+)- 辛可宁手性酸,酒石酸、樟脑磺酸例,外消旋 a-苯乙胺的化学拆分接下页在甲醇中溶解性差
H
C H
3
P h
N H
2 H
C H
3
P h
H
2
N+
C O O H
O HH
C O O H
H O H
( R,R ) - ( + ) - 酒 石 酸
+
H
C H
2
P h
N H
3
C O O
O HH
C O O H
H O H
+ H
C H
3
P h
H
3
N
C O O
O HH
C O O H
H O H
非 对 映 体 （ 盐 ）
甲 醇冷 却加 热外 消 旋 体接上页抽 滤晶 体
H
C H
3
P h
N H
3
C O O
O HH
C O O H
H O H
N a O H
H
C H
3
P h
N H
2
( S ) - ( - ) - 苯 乙 胺滤 液 浓 缩
H
C H
3
P h
H
3
N
C O O
O HH
C O O H
H O H得 晶 体
N a O H
( R ) - ( + ) - 苯 乙 胺
H
C H
3
P h
H
2
N
分 离
酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）
例,DL-丙氨酸的酶解拆分
H
2
N
C O O H
C H
3
H
N H
2
C O O H
C H
3
H
L - 丙 氨 酸 D - 丙 氨 酸
(? ) - 丙 氨 酸
A c
2
O
A c H N
C O O H
C H
3
H N H A c
C O O H
C H
3
H
+
+
外 消 旋 体酰 基 转 移 酶
（ 取 自 猪 肾 ）
H
2
N
C O O H
C H
3
H +
L - 丙 氨 酸 D - 乙 酰 丙 氨 酸溶 于 乙 醇 不 溶 于 乙 醇
N H A c
C O O H
C H
3
H
选择性去乙酰基
不对称合成 (Asymmetric Synthsis)
—— 选择性地生成立体异构体
选择性地生成 非对映异构体例 1：
O
M e
O H
M e
M e
H H
( 1 ) M e M g I
主 要
H O M e
M e
H+
次 要两 者 为 非 对 映 异 构 体
( 2 ) H 2 O
手性底物控制选择性衡量标准,非对映体过量,％ d.e,( diastereomeric excess)
% d,e,= 异 构 体 A % - 异 构 体 B % =
[ A ] - [ B ]
[ A ] + [ B ]
+ 1 0 0 %
例 2：
O
H
2
N O M e
H
H
2
N O M e
H
N O M e
H
1,
2,M e I
N O M e
H
M e
H
O
M e
H
+
H
2
O
H
+
主 要 产 物碱回 收,可 重 复 使 用手 性 助 剂
P h P h
P h
P h
手性底物
选择性地生成 对映异构体例 1：
手性试剂控制选择性
M e
M e
H
O H
H
B H 2 M e
H
H O
H
+
( S,S )
主 要 产 物手 性 试 剂
1,
2,H 2 O 2,N a O H
e,e,= 7 2 %
( R,R )
衡量标准,对映体过量，％ e.e,(enantiomeric excess)
% e,e,= R % - S % = [ R ] - [ S ][ R ] + [ S ] + 1 0 0 %
前手性分子
(prochiral)
P h N H C O C H
3
C O
2
H
H
2
,[ R h ]
R,R - D I P A M P P h
N H C O C H
3
C O
2
H
H
不 对 称 催 化 氢 化
e,e,= 9 6 %
R,R - D I P A M P
P P
O C H
3H
3
C O
手 性 双 膦 配 体例 2：
前手性分子手性试剂 (催化剂 )控制选择性
William S,Knowles Ryoji Noyori K,Barry Sharpless
The Nobel Prize in Chemistry 2001
"for their work on chirally catalysed
hydrogenation reactions"
"for his work on
chirally catalysed
oxidation reactions"
三,反应中的立体化学
取代反应的立体化学构型转换
reversion
（ Walden 转换）
构型保持
retention
(外 )消旋化
recemization
x
a
b
c
y
a
b
c
x
a
b
c
y
a
b
c
x
a
b
c
y
a
b
c
y
a
b
c
+ y
+ y
+ y
+
b
a
d
c
x
ba
x
cd
a
x b
d
x c
加 成消 除
b
a
d
c
x
ba
c
x
d
a
x b
d
c x
x - x
+
x - x+
加 成消 除
x
ba
c
x
d
a
b x
d
x c
加成和消除反应中的立体化学顺式 syn
反式 anti
四,立体化学在研究反应和反应机理上的应用例 1,H,C,Brown对自由基取代机理的证明
R H
X 2
h v R X + X H
链增长步骤（决速步骤）有所区别两种可能 机理
X RH+ X H + R
R X X R X + X
步 骤 a
X R H+ X R + H
H X X H X + X
步 骤 b
X
2
h v
2 X
Brown的实验
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H
C l 2
h v
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
C l
C H 3
C H 2 C l
H 3 C H 2 C
C l+
旋光异构体 外消旋体，无光学活性
50％ 50％100％
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H
C l
C H 3
C l H 2 C C H 2 C H 3
C lC l
外 消 旋 体
C l C l
C l-
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H
C l
C H 3
C
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H C l
C H 3
C
C H 2 C l
H 3 C H 2 C
C l
构 型 转 换仍 应 有 光 学 活 性过 渡 态
- H
若为机理 a —— 产物应 无 旋光性
若为机理 b —— 产物仍应 有 旋光性例 2,解释下列实验现象
29% 71%
(S)-2-氯丁烷 (S,S)-2,3-二氯丁烷 meso-2,3-二氯丁烷
C lH
C H 2 C H 3
C H 3
C l 2
h v
+
C lH
C H 3
C l H
C H 3
C lH
C H 3
C lH
C H 3
机理：
分析该中间体的构象
C lH
C H 2 C H 3
C H 3
C lH
C H C H 3
C H 3
C l
C l
H
C
H 3 C H
C H 3
C l
H
C
H 3 C H
C H 3
C H
3
H
HC l
C H
3
H
3
C
H
HC l
H
3
C
H
3
C H
HC l
C H
3
I I I I I I
H
3
C
H
HC l
C H
3 C H
3
H
HC l
H
3
C
C H
3
H
HC l
C H
3
I V V V I
自由基 的 Newman投影式相对较不稳定的两种构象
若由 构象 I 反应对位交叉构象过渡态稳定 对位交叉
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l
m e s o
C H 3
H
HC l
C H 3
I
若由 构象 II 反应邻位交叉构象
（ CH3在对位） 邻位交叉
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l
S,S
H 3 C
H
HC l
H 3 C
I I
H 3 C H
HC l
C H 3
I I I
C l C l
C l
C l
H 3 C
H
HC l
C H 3
C l
H
HC l
C H 3
H 3 C
m e s o
CH3为邻位交叉构象过渡态较不稳定
若由 构象 III 反应本次课小结,
1,构象对映体和构象非对映体
2,手性分子的获得方法（重点：化学拆分法）
3,反应中的立体化学（构型转换和保持、消旋化；
顺式加成和反式加成,顺式消除和反式消除 ）
4,立体化学在研究中的应用课后习题,p110,3-20;
p120,3-33,3-34
主要内容
描述立体构性的 D / L 体系
分子的构象与手性（构象对映体）
获得手性化合物的方法，外消旋体的拆分，不对称合成）
立体化学在研究反应和反应机理上的应用
复习 1,手性碳的 绝对构型 —— R/S 方法
C H 3
H O H
C H 3
O HH
2
3
C H 3
O HH
C H 3
H O H
2
3
C H 3
O HH
C H 3
O HH
2
3
O HH
C H 2 O H
C H O
H O H
C H 2 O H
C H O
(2S,3R)-2,3-丁二醇(2R,3R)-2,3-丁二醇 (2S,3S)-2,3-丁二醇
(R)-甘油醛 (S)-甘油醛
描述立体构性的 D / L 体系 （相对构型）
基准物
D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛
D-(+)-葡萄糖 D-(-)-乳酸 L-(+)-乳酸
C H O
HH O
O HH
O HH
C H 2 O H
O HH
H
C O O H
C H 3
O H H
C O O H
C H 3
H O
O HH
C H 2 O H
C H O
H O H
C H 2 O H
C H O
复习 2,外消旋体和内消旋体 C O O H
H O H
C O O H
O HH
C O O H
O HH
C O O H
H O H
C O O H
O HH
C O O H
O HH＋
50％ 50％
外消旋体
（?）酒石酸内消旋体
meso-酒石酸一,分子的构象及其手性
C O O H
H O
H
C O O H
O H
H
C O O H
H O
H
C O O H
H O
H
C O O H
H O
H
H O O C
O H
H
H C O O H
O H
H O O C
O HH
2
3
2
3
2
3
I I I I I I
转 1 8 0
o
I I
转 6 0
o
C 2 转 1 2 0
o
2
3
沿 C 2 - C 3
C 2 转 1 2 0
o
I I I
H
H O O C
O H
C O O H
H O H
2
3
C O O H
O HH
C O O H
O HH
meso-酒石酸 一对构象对映体 （ 构象外消旋体）
互为镜像有中心对称
(非手性 )
无对称性
(手性 )
例 1：
例 2,cis-1,2-二甲基环己烷
C H
3
C H
3
I
C H
3
C H
3
I I
转 1 2 0
o
1
2 1
2
C H
3
H
3
C
1
2
C H
3
C H
3
1
2
I
I I
C H 3
C H 32
1
有对称面非手性无对称面有手性一对构象对映体
(构象外消旋体 )
平面结构式例 3,trans-1,2-二甲基环己烷
C H 3
C H 32
1
I I I
H 3 C
H 3 C 2
1
平面结构式存在一对对映体
trans-1,2-二甲基环己烷
C H
3
C H
31
2
C H
3
C H
3
1
2
C H
3
C H
3
1
2
I I ’ ( a,a )
I ( e,e )
I ’ ( a,a )
I I ( e,e )
H
3
C
H
3
C
1
2
对映异构关系构象非对映异构关系
I与 I’
II与 II’
二,手性分子的获得
2,获得手性分子的重要意义 —— 药物与人类的关系
构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，
生物体的酶和细胞表面受体是手性的,故对外消旋药物的识别、消化和降解过程也是不同的。
1,手性分子的来源
自然界,糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物
外消旋体的拆分
不对称有机合成反应
H 2 N C O O H
N H 2O
H 2 N C O O H
N H 2O
N N
O
O O
P h n - B u
H 3 C H
NN
O
OO
P hn - B u
C H 3H
(S)-天冬酰胺苦味
(R)-天冬酰胺甜味麻醉剂 致痉挛巴比吐酸衍生物
H O
H O C O O H
N H 2 H O
H O C O O H
N H 2
N
O
O
N H
O
ON
O
O
H N
O
O
(R)型,有效，不致畸形 (S)型,致畸形
Thalidomide(反应停 ) —— 镇静和止吐药物
(-)-L-DOPA
治疗帕金森氏病
(+)-D-DOPA
在体内集聚，不能被代谢
外消旋体的拆分（ Resolution）
巴斯德,L.
Louis Pasteur
(1822～ 1895)
C O O N a
O HH
C O O N H 4
H O H
C O O N a
H O H
C O O N H 4
O HH
1848年,巴斯德借助放大镜拆分外消旋的酒石酸钠铵
仪器拆分（ GC,HPLC… ）
HPLC用手性柱GC用手性柱
化学法拆分
(? ) A
( + ) B *
( + ) A ( + ) B *
( - ) A ( + ) B *
一 对 非 对 映 体拆 分
( + ) A ( + ) B *
( - ) A ( + ) B *
去 除 ( + ) B *
去 除 ( + ) B *
( + ) A
( - ) A
常用拆分试剂天然手性生物碱,(-)-马钱子碱,(-)-奎宁,(-)-番木鳖碱、
(+)- 辛可宁手性酸,酒石酸、樟脑磺酸例,外消旋 a-苯乙胺的化学拆分接下页在甲醇中溶解性差
H
C H
3
P h
N H
2 H
C H
3
P h
H
2
N+
C O O H
O HH
C O O H
H O H
( R,R ) - ( + ) - 酒 石 酸
+
H
C H
2
P h
N H
3
C O O
O HH
C O O H
H O H
+ H
C H
3
P h
H
3
N
C O O
O HH
C O O H
H O H
非 对 映 体 （ 盐 ）
甲 醇冷 却加 热外 消 旋 体接上页抽 滤晶 体
H
C H
3
P h
N H
3
C O O
O HH
C O O H
H O H
N a O H
H
C H
3
P h
N H
2
( S ) - ( - ) - 苯 乙 胺滤 液 浓 缩
H
C H
3
P h
H
3
N
C O O
O HH
C O O H
H O H得 晶 体
N a O H
( R ) - ( + ) - 苯 乙 胺
H
C H
3
P h
H
2
N
分 离
酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）
例,DL-丙氨酸的酶解拆分
H
2
N
C O O H
C H
3
H
N H
2
C O O H
C H
3
H
L - 丙 氨 酸 D - 丙 氨 酸
(? ) - 丙 氨 酸
A c
2
O
A c H N
C O O H
C H
3
H N H A c
C O O H
C H
3
H
+
+
外 消 旋 体酰 基 转 移 酶
（ 取 自 猪 肾 ）
H
2
N
C O O H
C H
3
H +
L - 丙 氨 酸 D - 乙 酰 丙 氨 酸溶 于 乙 醇 不 溶 于 乙 醇
N H A c
C O O H
C H
3
H
选择性去乙酰基
不对称合成 (Asymmetric Synthsis)
—— 选择性地生成立体异构体
选择性地生成 非对映异构体例 1：
O
M e
O H
M e
M e
H H
( 1 ) M e M g I
主 要
H O M e
M e
H+
次 要两 者 为 非 对 映 异 构 体
( 2 ) H 2 O
手性底物控制选择性衡量标准,非对映体过量,％ d.e,( diastereomeric excess)
% d,e,= 异 构 体 A % - 异 构 体 B % =
[ A ] - [ B ]
[ A ] + [ B ]
+ 1 0 0 %
例 2：
O
H
2
N O M e
H
H
2
N O M e
H
N O M e
H
1,
2,M e I
N O M e
H
M e
H
O
M e
H
+
H
2
O
H
+
主 要 产 物碱回 收,可 重 复 使 用手 性 助 剂
P h P h
P h
P h
手性底物
选择性地生成 对映异构体例 1：
手性试剂控制选择性
M e
M e
H
O H
H
B H 2 M e
H
H O
H
+
( S,S )
主 要 产 物手 性 试 剂
1,
2,H 2 O 2,N a O H
e,e,= 7 2 %
( R,R )
衡量标准,对映体过量，％ e.e,(enantiomeric excess)
% e,e,= R % - S % = [ R ] - [ S ][ R ] + [ S ] + 1 0 0 %
前手性分子
(prochiral)
P h N H C O C H
3
C O
2
H
H
2
,[ R h ]
R,R - D I P A M P P h
N H C O C H
3
C O
2
H
H
不 对 称 催 化 氢 化
e,e,= 9 6 %
R,R - D I P A M P
P P
O C H
3H
3
C O
手 性 双 膦 配 体例 2：
前手性分子手性试剂 (催化剂 )控制选择性
William S,Knowles Ryoji Noyori K,Barry Sharpless
The Nobel Prize in Chemistry 2001
"for their work on chirally catalysed
hydrogenation reactions"
"for his work on
chirally catalysed
oxidation reactions"
三,反应中的立体化学
取代反应的立体化学构型转换
reversion
（ Walden 转换）
构型保持
retention
(外 )消旋化
recemization
x
a
b
c
y
a
b
c
x
a
b
c
y
a
b
c
x
a
b
c
y
a
b
c
y
a
b
c
+ y
+ y
+ y
+
b
a
d
c
x
ba
x
cd
a
x b
d
x c
加 成消 除
b
a
d
c
x
ba
c
x
d
a
x b
d
c x
x - x
+
x - x+
加 成消 除
x
ba
c
x
d
a
b x
d
x c
加成和消除反应中的立体化学顺式 syn
反式 anti
四,立体化学在研究反应和反应机理上的应用例 1,H,C,Brown对自由基取代机理的证明
R H
X 2
h v R X + X H
链增长步骤（决速步骤）有所区别两种可能 机理
X RH+ X H + R
R X X R X + X
步 骤 a
X R H+ X R + H
H X X H X + X
步 骤 b
X
2
h v
2 X
Brown的实验
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H
C l 2
h v
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
C l
C H 3
C H 2 C l
H 3 C H 2 C
C l+
旋光异构体 外消旋体，无光学活性
50％ 50％100％
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H
C l
C H 3
C l H 2 C C H 2 C H 3
C lC l
外 消 旋 体
C l C l
C l-
C H 3
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H
C l
C H 3
C
C l H 2 C
C H 2 C H 3
H C l
C H 3
C
C H 2 C l
H 3 C H 2 C
C l
构 型 转 换仍 应 有 光 学 活 性过 渡 态
- H
若为机理 a —— 产物应 无 旋光性
若为机理 b —— 产物仍应 有 旋光性例 2,解释下列实验现象
29% 71%
(S)-2-氯丁烷 (S,S)-2,3-二氯丁烷 meso-2,3-二氯丁烷
C lH
C H 2 C H 3
C H 3
C l 2
h v
+
C lH
C H 3
C l H
C H 3
C lH
C H 3
C lH
C H 3
机理：
分析该中间体的构象
C lH
C H 2 C H 3
C H 3
C lH
C H C H 3
C H 3
C l
C l
H
C
H 3 C H
C H 3
C l
H
C
H 3 C H
C H 3
C H
3
H
HC l
C H
3
H
3
C
H
HC l
H
3
C
H
3
C H
HC l
C H
3
I I I I I I
H
3
C
H
HC l
C H
3 C H
3
H
HC l
H
3
C
C H
3
H
HC l
C H
3
I V V V I
自由基 的 Newman投影式相对较不稳定的两种构象
若由 构象 I 反应对位交叉构象过渡态稳定 对位交叉
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l
m e s o
C H 3
H
HC l
C H 3
I
若由 构象 II 反应邻位交叉构象
（ CH3在对位） 邻位交叉
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l C l
C H 3
H
HC l
C H 3
C l
S,S
H 3 C
H
HC l
H 3 C
I I
H 3 C H
HC l
C H 3
I I I
C l C l
C l
C l
H 3 C
H
HC l
C H 3
C l
H
HC l
C H 3
H 3 C
m e s o
CH3为邻位交叉构象过渡态较不稳定
若由 构象 III 反应本次课小结,
1,构象对映体和构象非对映体
2,手性分子的获得方法（重点：化学拆分法）
3,反应中的立体化学（构型转换和保持、消旋化；
顺式加成和反式加成,顺式消除和反式消除 ）
4,立体化学在研究中的应用课后习题,p110,3-20;
p120,3-33,3-34
