第二章 立体化学
原子或原子团在空间排列的方式不同,互为构型异构体，构型异构已属于立体异构的范畴。
立体异构
构型异构 构象异构
对映异构 非对映异构 （ 包括顺反异构即几何异构 ）
本章将重点讨论构型方面的立体化学关系和从能量角度出发对构象加以分析,并对反应过程中的立体化学做一简单介绍 。
§ 2.1 含有刚性结构化合物的构型异构
一 双键化合物的构型异构－顺反异构
碳氮双键的化合物有亚胺（又称西佛碱 Schiff base ）、
肟,腙,缩氨脲，含氮氮双键的有偶氮化合物等。
具有 n个 C==C双键的化合物，总共最多应存在 2n 个 Z-E
异构体。
E tE t H
H E t
E t
HH
H 3 C H
C H 3H
C H 3H 3 C
HH
二 脂环化合物的顺反异构
C H 3 C H 3
HH
C H 3 H
H C H 3
N H 2N H 2
H H
H N H 2
N H 2 H
顺反异构体的化合物属于立体异构中的非对映异构关系，
这些化合物的性质可能相同，也可能不同。例如，顺 -2-丁烯和反 -2-丁烯都可以和卤化氢或卤素发生加成反应、和氢发生催化氢化反应等。但它们之间的差异是不容忽视的。顺
-2-丁烯和反 -2-丁烯和溴的加成产物的构型不同就是一个简单的例子。
§ 2.2 对映异构
物体与其镜像不能重叠的现象叫手性。两个立体异构体若满足互为镜像且不能重叠的关系，则两者都是手性分子且互为对映异构体。 不是对映体的立体异构体是非对映异构体 。手性分子具有旋转偏振光平面的能力。互为对映异构体的两种化合物在相同的测试条件、相同的浓度下，旋转偏振光平面的角度相同，但方向相反。旋光性是手性分子的一种性质，手性分子的这种性质是非常有用的，在研究反应机理时可根据旋光的方向和大小的变化来判断产物和反应物之间的立体化学关系，从而为推导反应机理提供证据。
一,含有一个手性中心的化合物
（ 1）以碳原子为手性中心的化合物代表着最大一类手性分子。如乳酸,2-辛醇,2 -氨基丙酸等。
这些化合物的一个共同特点是都含有一个连有四个不同基团的碳原子 -不对称碳原子。对手性碳原子的构型采用的 R,S命名。
（ 2）有些不含手性碳原子的化合物也满足与其镜像不能重叠的条件，如硫原子上连有三个不同取代基的亚砜 18、亚磺酸酯、锍鎓离子、磷原子上连有不同取代基的膦 19，这些分子都是非平面的，角锥体翻转所需的活化能较大，对映异构体可以分离。
（ 3） 具有三个不同取代基的胺原则上应是旋光性的，但是角锥体翻转所需的活化能太小，以致不能将对映异构体分离出来。但是，季銨盐的四个基团不同时，存在着可以分离出来的对映异构体。例如，碘化甲基烯丙基苯基苄基銨。
D = + 3 5 o[ a ]
C H 3 C H 2 C H 2
P
H 3 C
D = + 2 5 2 o[ a ]
S
O
C H 2
C H 3
18
19
二,含有多个手性中心的化合物
含有两个相同手性碳原子的化合物有三种构型异构体，含有两个不同手性碳原子的化合物有
22个构型异构体，含有 n个手性碳原子的化合物至多有 2ｎ 个构型异构体，少于 2ｎ 个构型异构体是由于相同的手性中心产生的内消旋体所至。
N
H C H 2 C
P h
C H 3
C H 2 P hH 2 CP h
N
C H 3
H 2 C P h
C H 2 C H C H 2
20
21
C O O H
HH O
HH O
C O O H
C O O H
O HH
O HH
C O O H
C O O H
HH O
C O O H
O HH
C O O H
O HH
HH O
C O O H
三 非对映异构关系不是物体与其镜象关系的立体异构体是非对映异构体 。
CH O
OH
HOH
H
HO H
2
C
CH O
HO H
2
C
HO
H
OH
H
CH O
HO H
2
C
OH
H
H
OH
CH O
HO H
2
C
H
OH
H
HO
2 R,3 R
2 S,3 R
2 s,3 s
2 R,3 S
对映体对映体非对映体非对映体非对映体非对映体四 含有手性中心的环状化合物
H
C H 3 C H 3
H H
C H 3 H
C H 3 C H 3
H C H 3
H
五 外消旋体的拆分
在手性环境下如手性试剂、手性溶剂、手性催化剂存在下，两个对映体的反应速度将会有不同程度的差异，有时差异还很大。生物体中的酶具有很高的手性，因此像药物等许多可受酶影响的化合物，其对映体的生理作用会表现出很大差异。氯霉素是左旋的，
有抗菌作用，其对映体则无疗效。有些旋光性药物的对映体不但无疗效，甚至有毒。例如，沙力多迈在二十世纪五十年代在欧洲曾作为镇静剂广为使用。后两发现有上万名新生儿的畸形与服用过此药的妇女有关。
沙力多迈含一个手性碳原子，当时作为药物使用的是外消旋体。后来的研究表明，沙力多迈中的一种异构体有镇静作用，另一种异构体则有致畸作用。因此，
在当今的药物研究开发和生产中提出了开发生产手性药物和旋光纯度的要求。
将组成外消旋体的对映异构体转化为非对映异构体后加以拆分，就能达到分离的目的
L-构型 ３ 0 D-构型 （氯霉素）３ 1
拆分方法是：将外消旋氨基物与 D(+)-酒石酸反应，得到一对互为非对映异构的铵盐，利用两者的溶解度不同将其分离，再用碱中和酒石酸，就可离析出 D-氨基物，将拆分所得的 D-氨基物与二氯乙酸反应就得氯霉素。
O 2
2 C H CO H N
Cl
2
2lC H CN H C O
CH 2 OH
H
HO
NO
H
H
CH 2 OH
H
N
OH
原子或原子团在空间排列的方式不同,互为构型异构体，构型异构已属于立体异构的范畴。
立体异构
构型异构 构象异构
对映异构 非对映异构 （ 包括顺反异构即几何异构 ）
本章将重点讨论构型方面的立体化学关系和从能量角度出发对构象加以分析,并对反应过程中的立体化学做一简单介绍 。
§ 2.1 含有刚性结构化合物的构型异构
一 双键化合物的构型异构－顺反异构
碳氮双键的化合物有亚胺（又称西佛碱 Schiff base ）、
肟,腙,缩氨脲，含氮氮双键的有偶氮化合物等。
具有 n个 C==C双键的化合物，总共最多应存在 2n 个 Z-E
异构体。
E tE t H
H E t
E t
HH
H 3 C H
C H 3H
C H 3H 3 C
HH
二 脂环化合物的顺反异构
C H 3 C H 3
HH
C H 3 H
H C H 3
N H 2N H 2
H H
H N H 2
N H 2 H
顺反异构体的化合物属于立体异构中的非对映异构关系，
这些化合物的性质可能相同，也可能不同。例如，顺 -2-丁烯和反 -2-丁烯都可以和卤化氢或卤素发生加成反应、和氢发生催化氢化反应等。但它们之间的差异是不容忽视的。顺
-2-丁烯和反 -2-丁烯和溴的加成产物的构型不同就是一个简单的例子。
§ 2.2 对映异构
物体与其镜像不能重叠的现象叫手性。两个立体异构体若满足互为镜像且不能重叠的关系，则两者都是手性分子且互为对映异构体。 不是对映体的立体异构体是非对映异构体 。手性分子具有旋转偏振光平面的能力。互为对映异构体的两种化合物在相同的测试条件、相同的浓度下，旋转偏振光平面的角度相同，但方向相反。旋光性是手性分子的一种性质，手性分子的这种性质是非常有用的，在研究反应机理时可根据旋光的方向和大小的变化来判断产物和反应物之间的立体化学关系，从而为推导反应机理提供证据。
一,含有一个手性中心的化合物
（ 1）以碳原子为手性中心的化合物代表着最大一类手性分子。如乳酸,2-辛醇,2 -氨基丙酸等。
这些化合物的一个共同特点是都含有一个连有四个不同基团的碳原子 -不对称碳原子。对手性碳原子的构型采用的 R,S命名。
（ 2）有些不含手性碳原子的化合物也满足与其镜像不能重叠的条件，如硫原子上连有三个不同取代基的亚砜 18、亚磺酸酯、锍鎓离子、磷原子上连有不同取代基的膦 19，这些分子都是非平面的，角锥体翻转所需的活化能较大，对映异构体可以分离。
（ 3） 具有三个不同取代基的胺原则上应是旋光性的，但是角锥体翻转所需的活化能太小，以致不能将对映异构体分离出来。但是，季銨盐的四个基团不同时，存在着可以分离出来的对映异构体。例如，碘化甲基烯丙基苯基苄基銨。
D = + 3 5 o[ a ]
C H 3 C H 2 C H 2
P
H 3 C
D = + 2 5 2 o[ a ]
S
O
C H 2
C H 3
18
19
二,含有多个手性中心的化合物
含有两个相同手性碳原子的化合物有三种构型异构体，含有两个不同手性碳原子的化合物有
22个构型异构体，含有 n个手性碳原子的化合物至多有 2ｎ 个构型异构体，少于 2ｎ 个构型异构体是由于相同的手性中心产生的内消旋体所至。
N
H C H 2 C
P h
C H 3
C H 2 P hH 2 CP h
N
C H 3
H 2 C P h
C H 2 C H C H 2
20
21
C O O H
HH O
HH O
C O O H
C O O H
O HH
O HH
C O O H
C O O H
HH O
C O O H
O HH
C O O H
O HH
HH O
C O O H
三 非对映异构关系不是物体与其镜象关系的立体异构体是非对映异构体 。
CH O
OH
HOH
H
HO H
2
C
CH O
HO H
2
C
HO
H
OH
H
CH O
HO H
2
C
OH
H
H
OH
CH O
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2
C
H
OH
H
HO
2 R,3 R
2 S,3 R
2 s,3 s
2 R,3 S
对映体对映体非对映体非对映体非对映体非对映体四 含有手性中心的环状化合物
H
C H 3 C H 3
H H
C H 3 H
C H 3 C H 3
H C H 3
H
五 外消旋体的拆分
在手性环境下如手性试剂、手性溶剂、手性催化剂存在下，两个对映体的反应速度将会有不同程度的差异，有时差异还很大。生物体中的酶具有很高的手性，因此像药物等许多可受酶影响的化合物，其对映体的生理作用会表现出很大差异。氯霉素是左旋的，
有抗菌作用，其对映体则无疗效。有些旋光性药物的对映体不但无疗效，甚至有毒。例如，沙力多迈在二十世纪五十年代在欧洲曾作为镇静剂广为使用。后两发现有上万名新生儿的畸形与服用过此药的妇女有关。
沙力多迈含一个手性碳原子，当时作为药物使用的是外消旋体。后来的研究表明，沙力多迈中的一种异构体有镇静作用，另一种异构体则有致畸作用。因此，
在当今的药物研究开发和生产中提出了开发生产手性药物和旋光纯度的要求。
将组成外消旋体的对映异构体转化为非对映异构体后加以拆分，就能达到分离的目的
L-构型 ３ 0 D-构型 （氯霉素）３ 1
拆分方法是：将外消旋氨基物与 D(+)-酒石酸反应，得到一对互为非对映异构的铵盐，利用两者的溶解度不同将其分离，再用碱中和酒石酸，就可离析出 D-氨基物，将拆分所得的 D-氨基物与二氯乙酸反应就得氯霉素。
O 2
2 C H CO H N
Cl
2
2lC H CN H C O
CH 2 OH
H
HO
NO
H
H
CH 2 OH
H
N
OH
