《立体化学》课件

立体化学欢迎大家参加《立体化学》课程学习立体化学作为有机化学的重要分支，研究分子的三维空间结构及其性质，对理解化学反应机制、生物活性及药物设计具有重要意义绪论什么是立体化学立体化学的定义发展历史立体化学是研究分子在三维空间中原子排列的科学，主要关注分立体化学的起源可追溯至1848年巴斯德对酒石酸盐晶体的研子的空间结构、构型与构象以及它们如何影响分子的物理、化学究，他发现手性现象并提出分子可能具有三维结构和生物学性质它是有机化学的重要分支，与分子结构、反应机理和生物活性密切相关，对于理解自然界的分子行为至关重要化学结构与空间排列分子结构基本要素化学键与空间结构化学键长原子核之间的平均距键允许围绕键轴自由旋转，形σ离，如C-C键约

1.54Å，C=C键约成构象异构体

1.34Å键限制旋转，导致顺反异构现π键角两个化学键之间的夹角，象如四面体碳原子的键角约

109.5°空间构型的意义决定分子的形状、极性和反应性立体化学的研究对象立体异构体相同分子式，不同空间排列的分子构象异构体通过单键旋转相互转化的立体异构体构型异构体需要键断裂才能相互转化的立体异构体同分异构体基本概念同分异构同分异构体相同分子式但结构不同的化合物结构异构体原子连接顺序不同立体异构体原子连接顺序相同但空间排列不同结构异构类型举例链异构碳原子骨架排列不同，如正丁烷与异丁烷位置异构官能团位置不同，如丙醇与丙醇1-2-官能团异构含有不同官能团，如乙醇与二甲醚互变异构原子或基团迁移导致的异构，如酮烯醇互变异构-立体异构类型总览构象异构立体异构通过单键旋转可相互转化相同分子式和连接顺序，不同空间排列•乙烷的扭转构象•环己烷的椅式/船式构象构型异构需要断键才能相互转化顺反异构•对映异构体•非对映异构体•顺反异构体构象与构型的区别构型异构构象异构需要键断裂才能相互转化的立体异构体，在常温下稳定存在通过单键旋转可以相互转化的立体异构体，在室温下迅速平衡•对映异构体互为镜像关系的分子•新月构象与交叉构象•非对映异构体非镜像关系的立体异构体•环己烷的椅式与船式构象•顺反异构体基团处于双键或环的同侧或异侧•丁烷的反式与扭曲构象构型异构体可以分离并单独研究，因为它们在常温下不会自发转化构象异构详解构象异构体定义构象异构体是通过单键旋转可相互转化的立体异构体由于σ键的自由旋转，分子可以采取不同的空间排列，这些不同排列称为构象新月（重叠）构象相邻原子的键处于同一平面，氢原子彼此重叠，存在强烈的电子云排斥，能量较高，不稳定交错构象相邻原子的键呈60°夹角排列，氢原子之间的距离最大，电子云排斥最小，能量较低，最稳定能量差异及分布标准的有机构象实例乙烷的旋转构象丁烷的构象环己烷构象乙烷分子中C-C单键可自由旋转，产生无丁烷分子中的甲基之间相互作用导致不同环己烷呈现出椅式构象（最稳定）和船式限多的构象其中最主要的是交错构象构象的能量差异更为明显反式构象（两构象（较不稳定）椅式构象中，C-H键（错开60°）和新月构象（共平面）交错端甲基错开180°）最稳定，高柱构象（两呈现轴向（垂直于环平面）和赤道向（接构象能量较低，在室温下占主导地位端甲基处于同一侧）能量最高近环平面）两种排列方式构象能量曲线环己烷的两种主要构象椅式构象船式构象环己烷最稳定的构象，所有键都呈交错排列，键角接近理想次稳定构象，部分键呈新月式排列，键角偏离理想值，存在C-C C-C的四面体角（

109.5°），应变最小较大的环应变每个碳原子上的两个氢分别处于轴向（垂直于环平面）和赤道向两端的碳原子（1,4位置）上的氢彼此靠近，产生强烈的排斥作（接近环平面）位置用（旗杆相互作用）能量比船式构象低约29kJ/mol（7kcal/mol），在室温下占绝由于能量较高，在室温下存在比例极低，但在椅式构象转换过程对主导地位（99%）中可作为中间构象环己烷椅式构象分析轴向氢赤道向氢垂直于环平面排列的氢原子，接近环平面排列的氢原子，与与环中其他碳原子距离较近，环中其他原子距离较远，空间存在1,3-二轴相互作用（1,3-位阻小取代基处于赤道向位diaxial interaction）当发生置时，与其他原子的空间排斥取代时，轴向位置的取代基会最小，构象更稳定与其他轴向氢产生较强的空间位阻环翻转环己烷分子可通过环翻转在两种椅式构象之间转换，翻转过程中轴向位置变为赤道向位置，反之亦然当环上有取代基时，取代基倾向于占据赤道向位置，以减小空间位阻构型异构及其分类构型异构体的定义构型异构体是指需要化学键断裂才能相互转化的立体异构体，它们在常温下稳定存在，可以分离并单独研究构型取决于原子在空间中的固定排列，主要由碳原子的杂化方式和化学键的性质决定对映异构体一对互为镜像关系但不能重合的分子，类似于左手和右手的关系对映异构体通常由含有手性中心（如四个不同取代基的碳原子）的分子形成，具有光学活性例如R-乳酸和S-乳酸是一对对映异构体非对映异构体既不相同也不互为镜像的立体异构体在含有多个手性中心的分子中常见，例如2,3-二溴丁烷的不同立体异构体非对映异构体具有不同的物理性质和化学反应性顺反异构体（几何异构体）由于双键周围原子的受限旋转或环结构导致的立体异构体取代基在双键的同侧称为顺式Z，异侧称为反式E例如顺式和反式-2-丁烯、马来酸和富马酸对映异构体定义镜像关系手性特征光学活性对映异构体是一对互为具有对映异构体的分子对映异构体可使平面偏镜像关系但不能重合的称为手性分子，它们缺振光的偏振面旋转，且分子它们像左右手一乏对称平面、对称中心旋转方向相反，这种性样，可以通过镜面反射或反轴手性最常见的质称为光学活性右旋相互转换，但无法通过原因是分子中存在手性异构体用+表示，左旋旋转或平移使两者重中心，通常是连接四个异构体用-表示，互为合不同取代基的碳原子对映体的两种异构体旋光度大小相等但方向相反手性与手性中心手性的定义手性中心手性（chirality）一词源自希腊语cheir（手），指物体或分子最常见的手性中心是四面体碳原子，它连接四个不同的取代基与其镜像不能重合的性质手性是大自然中普遍存在的现象，从这种碳原子也称为不对称碳或手性碳，通常用星号*标记我们的双手到分子，都表现出手性特征DNA在分子层面，手性通常源于原子的三维排列手性分子缺乏对称除碳原子外，氮、硫、磷等原子也可形成手性中心某些分子尽平面、对称中心或反轴，导致其与镜像不能重合，形成对映异构管没有手性中心，但由于轴手性或平面手性也可表现出手性特体征，如联苯衍生物和[

2.2]对环芳烃揭示手性分子的特征手性分子在自然界和人工合成物中广泛存在生命系统高度依赖于特定手性的分子，如氨基酸和糖许多药物分子也具有手性特L-D-征，不同对映体可能表现出截然不同的生物活性识别手性分子的关键是找出分子中的手性中心或手性元素，然后判断分子是否缺乏对称平面手性中心最常见于连接四个不同取代基的碳原子，但某些分子虽无手性中心，却因整体结构的不对称性而表现出手性，如螺旋状分子和某些联芳烃衍生物手性中心的确定方法识别潜在的手性中心检查分子中是否存在连接四个不同取代基的原子，通常是碳原子这些原子是潜在的手性中心，需要进一步确认取代基的差异性判断取代基的差异确定连接到潜在手性中心的四个取代基是否真正不同不仅要考虑直接连接的原子，还要考虑更远的结构差异例如，-CH₂CH₃和-CH₂CH₂CH₃是不同的取代基应用CIP优先规则柯恩-英戈尔德-普雷洛格（CIP）规则根据原子序数对取代基进行排序原子序数高的优先级高；如果直接连接的原子相同，则比较下一层原子；多重键视为多个单键确定构型排列分子使最低优先级的取代基远离观察者，然后检查其余三个取代基的排列方向顺时针排列为R构型，逆时针排列为S构型构型命名规则R/S确定手性中心识别分子中连接四个不同取代基的碳原子或其他原子这些是需要进行R/S标记的手性中心确定优先级顺序使用CIP规则按照原子序数对四个取代基排序原子序数大的优先级高如果第一位原子相同，则比较第二位，依此类推多重键视为多个单键（如C=O视为C连接两个O）排列观察方向将分子调整为最低优先级的取代基（#4）背向观察者（指向分子的背面）观察其余三个取代基（#

1、#

2、#3）的排列方向判定R或S如果三个取代基（#1→#2→#3）按顺时针方向排列，则为R构型（拉丁语Rectus，意为右）；如果按逆时针方向排列，则为S构型（拉丁语Sinister，意为左）判定详例解析R/S构型示例乳酸构型示例丙氨酸复杂分子判定R R-S S-乳酸分子中的手性碳连接、、丙氨酸中的手性碳连接、、在复杂分子中，多个相似取代基（如-COOH-OH--NH₂-COOH--和四个不同取代基按规则，优和优先级顺序为和）需要仔细比较CH₃-H CIPCH₃-H-NH₂#1-CH₂CH₃-CH₂CH₂CH₃先级顺序为-OH#1-COOH#2-COOH#2-CH₃#3-H#4将-H置于可能需要多层比较才能确定优先级顺序CH₃#3-H#4将-H置于背面，剩余三背面，剩余三个基团呈逆时针排列，因此某些官能团（如-COOH、-COOR、-CONH₂个基团呈顺时针排列，因此为R构型为S构型等）遵循特定的优先级规则，需要特别注意光学活性与旋光性光学活性的基本原理旋光度与比旋光度光学活性是指物质能使平面偏振光的偏振面旋转的性质这种现旋光度α是指偏振光通过样品后偏振面旋转的角度，单位为象是由物质分子的三维结构（手性）导致的平面偏振光通过手度影响旋光度的因素包括物质的性质、浓度、光程长度、温性环境时，左右圆偏振光组分传播速度不同，导致偏振面发生旋度和光波长转比旋光度是标准化的旋光度，定义为，其中为[α][α]=α/l·c l光学活性是手性分子的重要特征，也是检测和量化手性的重要手光程长度dm，c为浓度g/mL比旋光度是物质的特征性质，段只有手性纯的样品才能表现出最大的光学活性，而消旋混合常用于确定物质的纯度和构型物不表现光学活性光学异构实例化合物结构特点对映体比旋光度生物活性差异乳酸一个手性碳R-乳酸/S-+

3.8°/-

3.8°S-乳酸是肌乳酸肉代谢产物酒石酸两个手性碳2R,3R/2S,3+

12.7°/-

12.7°2R,3R在葡S萄中天然存在肾上腺素一个手性碳R-肾上腺素+51°/-51°R-异构体活/S-肾上腺素性是S-的15-20倍沙利度胺一个手性碳R-沙利度胺+21°/-21°R-镇静,S-/S-沙利度胺致畸乳酸和酒石酸是两种在自然界广泛存在的有机酸，具有显著的光学活性乳酸在肌肉组织中产生，而酒石酸存在于葡萄和其他水果中它们的对映体有相同的物理性质，但旋光性相反在生物系统中，通常只有一种对映体被优先使用或合成手性化合物的分离方法分割法（结晶分离）将消旋混合物与一种光学纯的试剂（分割剂）反应，形成非对映异构体盐，这些盐具有不同的物理性质，可通过结晶分离例如，路易·巴斯德通过手动分离酒石酸盐晶体进行了首次光学分辨手性色谱法使用含有手性固定相的色谱柱，利用对映体与手性固定相的相互作用强度差异进行分离这是现代实验室和工业上最常用的方法，高效且可扩展高效液相色谱HPLC和超临界流体色谱SFC是常用技术3酶促动力学拆分利用酶对不同对映体的选择性，使其中一种对映体优先发生反应，从而实现分离这种方法利用了生物体系固有的手性识别能力，具有高选择性，但可能受底物结构限制4不对称合成使用手性催化剂、手性辅助基或手性起始材料，直接合成单一对映体，避免拆分步骤这种方法在现代有机合成中越来越重要，是许多药物和农用化学品生产的关键技术对映体和非对映体差异对映体物理性质对比对映体化学性质对比•完全相同的熔点、沸点、密度等•与非手性试剂反应速率相同物理常数•与手性试剂反应速率可能不同•相同的折射率和红外光谱•在生物系统中活性通常显著不同大小相等但方向相反的旋光度••核磁共振谱在手性溶剂中可能不•相同的溶解度（在非手性溶剂同中）非对映体性质对比•不同的物理常数（熔点、沸点等）•不同的溶解度（在任何溶剂中）可能具有不同的旋光度••不同的反应活性（与手性或非手性试剂）消旋混合物概述50%0°100%对映体组成比旋光度理论纯品ee值消旋混合物中两种对映体等量存在旋光性互相抵消，不表现光学活性对映体过量值（enatiomeric excess,ee）消旋混合物（）是两种对映体以完全相等比例（各）混合的产物，也称为外消旋体（）由于两种对映体的旋光性大racemic mixture50%racemate小相等但方向相反，消旋混合物不表现光学活性（旋光度为零）对映体过量（）是衡量手性纯度的重要指标，定义为，其中和分别是两种对映体的百分比纯enantiomeric excess,ee ee=|R-S|/R+S×100%R S的单一对映体为，而完全消旋的混合物为值对理解和控制不对称合成和手性拆分过程至关重要ee100%ee0%ee立体异构体性质差异非对映体判别分子模型对比费歇尔投影图分析生物活性差异非对映异构体是不相同也不互为镜像的立体使用费歇尔投影可以直观地表示和比较非对非对映异构体通常表现出不同的生物活性异构体它们最常见于含有两个或多个手性映异构体在费歇尔投影中，水平线表示朝例如，四环素类抗生素中的表异构体通常比中心的分子中例如，2,3-二溴丁烷有四种向观察者的键，垂直线表示远离观察者的键顺反异构体有更强的抗菌活性在药物设计立体异构体2R,3R、2S,3S、2R,3S和通过比较不同投影图的排列模式，可以快速中，了解并控制非对映异构体的形成对确保2S,3R，其中2R,3R与2S,3S互为对映体，判断分子之间的立体关系，确定它们是否为药物的安全性和有效性至关重要2R,3S与2S,3R互为对映体，而2R,3R与非对映异构体则是非对映异构体2R,3S顺反异构（几何异构）定义双键旋转限制环结构限制碳-碳双键（C=C）由一个σ键和一个π键组成π键形成在碳原子p轨道之在小型或中型环状化合物中，环结构间，限制了碳原子绕双键轴的自由旋本身限制了原子的空间位置当环上转这种旋转受限使得连接到双键碳的取代基处于环平面的同侧或异侧时，顺反异构的本质形成条件原子上的取代基保持固定的空间位会形成顺式或反式的几何异构体置顺反异构（几何异构）是由于原子或顺反异构形成的关键条件是环境相基团在分子中的空间排列差异导致的同但彼此不同的两个原子或基团连接立体异构现象这种异构主要出现在到双键的碳原子上，或位于固定的环以下两种情况双键周围原子的受限结构中如果这些取代基完全相同，旋转或环结构中原子的固定排列则不会形成顺反异构体1顺反异构实例解析2-丁烯异构体2-丁烯存在顺式和反式两种几何异构体在顺式-2-丁烯中，两个甲基位于双键的同侧；而在反式-2-丁烯中，两个甲基位于双键的相对两侧它们具有不同的物理性质反式异构体熔点和沸点通常高于顺式异构体，因为反式结构允许分子更紧密地堆积马来酸与富马酸马来酸（顺式-丁烯二酸）和富马酸（反式-丁烯二酸）是一对经典的顺反异构体在马来酸中，两个羧基处于同侧，可形成分子内氢键；而在富马酸中，两个羧基位于双键的相对两侧，倾向于形成分子间氢键这导致富马酸的熔点（287°C）远高于马来酸（130°C）环已烷衍生物在取代环己烷中，取代基可呈顺式或反式排列例如，1,2-二甲基环己烷中，两个甲基可以都处于环平面的同侧（顺式），或位于环平面的相对两侧（反式）这些异构体表现出不同的稳定性和反应性，在有机合成中具有重要意义体系命名规则Z/E与顺/反术语的关系判断Z或E构型在简单烯烃中，当双键两端相同取代确定原子优先级分别确定双键两端碳原子上取代基的基位于同侧时为顺式（cis），异侧时Z/E体系的基本原理使用CIP规则确定连接到双键碳原子上优先级如果两个高优先级取代基位为反式（trans）但在复杂分子中，Z/E命名系统基于柯恩-英戈尔德-普雷的取代基优先级原子序数高的优先于双键的同侧，则为Z构型（Z表示Z/E系统更准确，因为它基于严格的优洛格CIP规则，用于明确表示烯烃和级高；如果直接连接的原子相同，则zusammen，德语在一起的意先级规则，避免了歧义注意Z构型其他含有双键或环结构的化合物的顺比较下一层原子；多重键按照多个单思）；如果两个高优先级取代基位于不一定等同于顺式，E构型不一定等同反构型Z来自德语zusammen（在键处理（如C=O视为C连接两个O）双键的异侧，则为E构型（E表示于反式一起），表示高优先级基团在双键同entgegen，德语相对的意思）侧；E来自德语entgegen（相对），表示高优先级基团在双键异侧复杂分子的判别Z/E复杂取代烯烃环烯烃含杂原子双键在含有多个不同取代基的烯烃中，必须严在环烯烃中，环本身限制了双键的构型Z/E命名也适用于含碳-氮双键（C=N，如格应用CIP规则确定各取代基的优先级例对于环内双键，通常只能形成一种构型肟和亚胺）和碳-氧双键（C=O，如肟醚）如，在1-溴-2-氯-2-戊烯中，双键一端连接-（通常为Z构型，因为环迫使取代基位于的化合物在这些情况下，需考虑孤对电Br和-H，另一端连接-Cl和-CH₂CH₂CH₃同侧）对于与环相连的外部双键，需分子的影响，将孤对电子视为虚拟原子，由于Br35H1，Cl17C6，因此如果别确定环内和环外取代基的优先级，然后优先级最低例如，在肟（C=N-OH）Br和Cl在同侧，则为Z构型；如果在异侧，应用Z/E规则中，氮原子上的孤对电子优先级低于连接则为E构型的任何原子多手性中心化合物多手性中心的概念含有两个或多个手性中心的分子可以产生多种立体异构体这些异构体之间的关系可能是对映体关系或非对映体关系，取决于手性中心的相对构型理解多手性中心分子的立体化学对于有机合成、药物设计和生物化学研究至关重要2^n规则与特例一般情况下，含有n个手性中心的分子最多可以形成2^n个立体异构体例如，含2个手性中心的分子最多有4个立体异构体，含3个手性中心的分子最多有8个立体异构体但如果分子中存在对称面或类似结构元素，实际异构体数量可能减少内消旋化合物内消旋化合物（meso compound）是一种特殊情况，它含有多个手性中心但整体上不具有手性这是因为分子内部存在对称面，使得一部分分子的手性被另一部分内部抵消内消旋化合物不具有光学活性，尽管它含有手性中心异构体间关系在含多个手性中心的分子中，可以形成复杂的立体异构体关系网络一些异构体互为对映体（所有手性中心构型相反），而另一些则为非对映体（部分手性中心构型相反）例如，在含有两个手性中心的分子中，R,R与S,S互为对映体，R,S与S,R互为对映体，而R,R与R,S为非对映体问题手性中心对立体异构体数目的影响对映体与非对映体关系网络费歇尔投影图是表示立体化学的重要工具，特别适合展示多手性中心分子的立体异构关系在费歇尔投影中，水平线表示指向观察者的键，垂直线表示远离观察者的键对于含有两个手性中心的分子，可能存在四种异构体、、和R,R S,S R,S S,R这些异构体形成一个关系网络与互为对映体，与互为对映体，而与以及与互为非对映体特R,R S,S R,S S,R R,R R,S S,S S,R殊情况下，如果与因分子对称性而成为同一化合物，则它是内消旋化合物，不具光学活性了解这些关系对解决立体化学问R,S S,R题和进行立体选择性合成至关重要立体选择性与立体专一性立体选择性（）立体专一性（）Stereoselectivity Stereospecificity立体选择性指在化学反应中，一种或几种可能的立体异构产物形立体专一性是指反应物的立体化学决定了产物的立体化学，不同成的比例高于其他立体异构产物立体选择性是一个相对概念，立体构型的反应物生成不同立体构型的产物立体专一性是绝对描述产物中不同立体异构体的分布情况概念，描述反应机制的本质特征例如，在不对称还原反应中，如果形成的产物中构型占典型的立体专一性反应包括反应（涉及背面进攻和构型反R SN2，构型占，则称该反应表现出对构型的立体选择转）和协同环加成反应（如反应，保持原始立体化80%S20%R Diels-Alder性立体选择性通常用ee值（对映体过量）来量化学）立体专一反应对于手性化合物的合成具有重要意义立体化学在反应机制中的作用反应SN2反应SN1亲核试剂从离去基团的反面进攻，导致形成平面碳正离子中间体，亲核试剂可1构型反转（瓦尔登反转）若起始物为从两面进攻，导致消旋化或部分立体保2构型，产物必为构型，反之亦R S持反应产物通常是消旋混合物然加成反应消除E2双键加成可呈现反、顺或无立体选择需要反式共平面构象，与离去基团β-H性，取决于反应机制和立体电子效应呈排列立体选择性受取代基和构180°立体专一性反应（如协同环加成）保持象因素的影响原始立体化学关系反应的反转特性SN2反应物立体构型手性中心上连接有离去基团X和三个不同取代基亲核试剂背面进攻亲核试剂从离去基团的反面接近碳原子过渡态形成五配位过渡态呈三角双锥构型产物构型反转离去基团离去，产物构型与原始构型相反SN2（双分子亲核取代）反应是有机化学中最具特色的立体专一性反应之一它的显著特征是构型反转，也称为瓦尔登反转（Walden inversion）在这一过程中，亲核试剂从离去基团的反面进攻碳原子，形成一个三角双锥型的过渡态，然后离去基团离开，导致碳原子周围取代基空间排列的反转例如，当R-2-溴辛烷与氢氧根离子反应时，产物为S-2-辛醇这种构型反转提供了检验SN2机制的重要证据，也是立体化学控制有机合成的有力工具理解SN2反应的立体专一性对预测有机反应产物的立体构型至关重要反应的混合产物SN1离子化步骤1离去基团先离开，形成平面碳正离子这是反应的限速步骤在碳正离子中，中心碳呈sp²杂化，采取平面三角形构型，原有的手性中心立体信息丢失碳正离子稳定2碳正离子通过超共轭、共振和溶剂化等方式获得稳定相邻的可极化基团（如苯环、碳碳双键）能显著稳定碳正离子一级碳正离子极不稳定，很少通过SN1机制反应亲核试剂进攻亲核试剂可以从平面碳正离子的两面进攻，理论上导致等量的R和S构型产物（消旋混合物）然而，离去基团可能暂时阻挡一侧，使亲核试剂倾向于从另一侧进攻立体化学结果4通常形成消旋混合物，但可能出现部分立体保持现象这种部分立体保持称为记忆效应，源于离去基团形成的离子对暂时阻挡了碳正离子一侧，影响亲核试剂的进攻方向亲核加成反应中的立体选择性烯烃的加成反应碳基化合物加成手性中心影响•马氏加成（anti-Markovnikov）HBr•酮和醛的亲核加成通常受布氏张力•邻近手性中心可显著影响加成方向与过氧化物反应遵循自由基机制（A¹,³-张力）控制（底物控制）•加氢催化剂表面导致顺式加成（syn•环己酮中，亲核试剂倾向于从立体位•费尔金加成通常遵循费尔金选择性规addition）阻较小的赤道向进攻则•卤化通过环状溴鎓离子中间体导致•手性辅助基可诱导高度立体选择性•手性催化剂可克服底物固有的立体选反式加成（anti addition）择性（试剂控制）还原反应的立体专一性烯烃催化加氢立体补位加成烯烃的催化加氢是典型的立体专一性反应，氢原子以顺式立体补位（stereocomplementary）反应是指可以选择性地得到（syn）方式加成到双键两侧这是因为反应发生在催化剂表不同立体异构体的反应体系通过选择不同的还原剂或反应条面，氢原子同时从同一侧加成到吸附的烯烃上件，可以控制还原反应的立体选择性例如，当环己烯在钯催化剂存在下加氢时，形成的产物是环己例如，酮的还原可以使用不同的还原剂NaBH₄通常从立体位阻烷如果在双键两侧有取代基，如叔丁基环己烯，加氢会产生较小的一侧进攻，而采用等大体积还原剂则可以增4-L-Selectride顺式产物，保持取代基的相对构型强立体选择性CBS还原和Alpine-Borane还原是常用的不对称还原方法，可高选择性地得到单一对映异构体生物分子的立体化学氨基酸的手性糖类立体化学生物识别过程除甘氨酸外，所有天然氨基酸在α碳原子糖类分子含有多个手性中心，产生复杂的生物系统对分子手性极其敏感，这反映在上具有手性中心，几乎全部为构型（相当立体化学关系自然界主要使用糖（如酶底物、抗原抗体、药物受体等相互作L D----于构型，但脯氨酸为构型）命名葡萄糖），而非其镜像异构体葡萄用中生物分子间的相互作用常遵循锁和S RL/D D-L-系统基于相对于甘油醛的构型，而非绝对糖在糖化学中，差向异构体钥匙或诱导契合模型，要求分子具有精构型的R/S系统生物体专一性地使用L-氨（epimers）是只在一个手性中心构型不确的三维结构互补性这解释了为何药物基酸合成蛋白质，这种立体选择性对蛋白同的立体异构体，如D-葡萄糖和D-半乳糖的不同对映体可能具有截然不同的生物活质正确折叠和功能至关重要在C-4位置构型不同性药物分子中的立体化学沙利度胺教训对映体活性差异手性药物开发沙利度胺是一个引人深思药物对映体可能表现出四现代药物开发倾向于单一的案例，其R-对映体具种不同的生物学关系相对映体药物而非消旋混合有所需的镇静作用，而同活性、不同强度的相同物，以提高疗效、减少副S-对映体则导致严重的活性、不同类型的活性或作用并降低剂量手性分致畸效应不幸的是，即一种有活性而另一种无活离技术、不对称合成和手使给药纯R-对映体，体性例如，左旋多巴（L-性催化的进步使得单一对内的手性反转也会产生有DOPA）是治疗帕金森病映体药物的商业化生产成害的对映体这一悲的有效药物，而为可能等监管机构S-D-DOPA FDA剧事件深刻改变了制药行则基本无效且可能有毒；现要求对消旋混合物药物业的监管和对手性药物的普萘洛尔的（S）-对映体的各个对映体进行单独的认识的β-阻断活性比（R）-对安全性和有效性评估映体高倍100农药与食品中的立体专一性农药分子的立体异构性对其生物活性有显著影响例如，除草剂二氯丙酸（）的对映体除草活性是对映体的倍以上；杀虫2,4-DP R-S-10剂氯氰菊酯的个立体异构体中，只有两个具有显著的杀虫活性这种选择性源于农药与目标生物体内受体或酶的立体特异性相互作用现8代农药合成趋向于仅生产具有所需活性的立体异构体，以减少用量和环境负担食品中的手性分子，特别是香料化合物，其不同立体异构体可能产生截然不同的感官效果柠檬烯的对映体具有橙子香气，而对映R-S-体则呈现柠檬香气；薄荷醇的对映体是强效的薄荷香料，而对映体香气较弱且带有霉味食品工业中使用立体选择性合成或分离技--+-术获取特定香料异构体，提升产品质量立体化学在有机合成中的应用立体选择性策略规划分析目标分子的立体中心并确定合成路线立体选择性反应选择利用底物或试剂控制的立体选择性反应手性催化剂应用3使用手性催化剂实现高对映选择性转化手性辅助基策略4引入临时手性辅助基控制新手性中心的形成有机合成中，立体化学控制是获得复杂天然产物和药物分子的关键挑战合成化学家可采用多种策略底物控制利用分子中现有手性中心引导新立体中心的形成；试剂控制使用手性试剂或催化剂诱导立体选择性；动力学拆分利用不同立体异构体反应速率差异实现分离现代不对称合成技术显著提高了手性分子的合成效率例如，Sharpless不对称环氧化可高选择性地将烯丙醇转化为手性环氧醇；Evans醛醇反应利用手性噁唑烷酮辅助基实现高度立体控制；手性BINAP-Ru催化剂可催化烯烃的高对映选择性氢化这些方法在天然产物、药物和功能材料合成中有广泛应用立体化学研究的前沿方向不对称催化新发展研究者正开发更高效、可持续的不对称催化体系，包括多相催化剂、可回收催化剂和双功能催化剂有机小分子催化（如脯氨酸衍生物）为不对称合成提供了金属催化的替代方案，尤其在药物生产中具有优势光催化不对称合成光催化不对称反应结合可见光催化与立体控制，实现在温和条件下高选择性转化这一新兴领域为传统上难以实现的转化提供了解决方案，如烯烃的不对称官能团化和远程C-H键的立体选择性活化动态动力学拆分动态动力学拆分（DKR）结合了外消旋化与动力学拆分，理论上可实现100%的目标异构体收率此技术在药物和精细化学品生产中日益重要，特别是酶催化DKR已实现工业化应用计算立体化学计算方法在预测反应的立体选择性和设计新型立体选择性催化剂方面发挥越来越重要的作用量子化学计算和分子动力学模拟可揭示立体控制的微观机制，指导实验设计立体化学的分析与测定旋光测定手性色谱法核磁共振谱学旋光仪测量样品旋转平面偏高效液相色谱HPLC和气相NMR在手性环境中（如使用振光的角度，是确定光学活色谱GC配合手性固定相，手性位移试剂或手性溶剂）性和测定对映体过量值的传可分离和定量分析对映异构可区分对映异构体对于非统方法现代自动旋光仪可体混合物这些技术不仅可对映异构体，常规NMR可直在多个波长下精确测量，提测定对映体过量值，还可通接区分高分辨率NMR结合供构型分析的丰富信息手过比较保留时间鉴定未知样2D技术如NOESY可确定相性物质的比旋光度是其特征品的立体构型在药物分析对立体构型，揭示分子中原物理常数，可用于定性和定和质量控制中，手性色谱是子的空间关系量分析标准分析手段X射线晶体衍射X射线晶体学是确定分子绝对构型的最直接方法，提供分子三维结构的精确信息现代仪器可分析含有少量重原子（如Br、Cl）的样品，甚至纯有机化合物的绝对构型这是结构确证的金标准，尤其重要于新合成化合物和天然产物分析常见题型与答题技巧结构绘制与识别构型命名与判断立体异构关系确定包括根据命名绘制立体结构和识别给定包括确定手性中心的R/S构型和烯烃的判断两个立体异构体之间的关系（相结构的立体特征绘制时注意正确表示E/Z构型这类题目要求熟练应用CIP规同、对映体、非对映体或构象异构键的方向实线表示平面内，楔形向则确定优先级顺序对于R/S判断，需正体）这需要理解分子的三维结构并进前，虚线向后可使用费歇尔投影图、确调整分子取向，将最低优先级基团指行适当的空间想象对于多手性中心分纽曼投影图或索氏投影图表示立体结向远离观察者的方向子，可逐一比较各手性中心构型构答题技巧系统按步骤分析；在每个分答题技巧将结构转换为统一的表示法答题技巧练习不同投影法之间的转支点清晰标记优先级；复杂分子可分步再比较；检查镜像关系；确认手性中心换；学会快速识别手性中心；明确表示处理各手性中心数量及构型键的空间取向课后练习与思考题基础概念题

11.确定以下分子中的手性中心数量并标出:2-溴-3-氯丁烷、苯丙氨酸、葡萄糖

2.判断下列分子是否具有手性:乙醇、丙酮、1-溴-1-氯乙烷、反式-1,2-二氯环丙烷构型命名题

23.根据CIP规则判断下列分子的R/S构型:乳酸、苯丙氨酸、柠檬酸

4.确定以下烯烃的E/Z构型:2-戊烯、2-甲基-3-己烯、2,3-二溴-2-丁烯立体异构关系题

35.判断2,3-二羟基丁二酸的四种立体异构体之间的关系

6.描述下列反应中发生的立体化学变化:R-2-溴辛烷与NaOH反应;1-甲基环己烯合成与应用题4的溴化反应

7.设计一条从甘油合成R-甘油醛的立体选择性合成路线

8.分析沙利度胺分子中的立体化学特点及其生物活性差异的原因总结与提升建议立体化学应用与深化掌握立体化学在有机合成中的应用立体选择性与控制理解反应中的立体选择性控制因素立体异构类型辨别3熟练区分和分析各类立体异构体关系基础概念与术语牢固掌握立体化学的基本概念和术语立体化学学习需要系统性和层次性建议首先牢固掌握基础概念和术语，如手性、对映异构、构象与构型等，确保能准确使用立体化学语言描述分子结构然后深入理解各类立体异构体之间的关系，练习异构体的识别和手性中心的R/S标记进阶学习应关注立体选择性反应及其控制因素，理解立体电子效应和空间位阻如何影响反应结果最终，将立体化学知识应用于复杂分子的合成规划和分析中，这对有机合成和药物化学研究尤为重要实践是掌握立体化学的关键——多做练习，通过分子模型增强空间想象能力感谢与提问环节互动交流后续学习小组讨论感谢各位同学的积极参与和关注立体化本课程后将安排立体化学实验课，通过分下周将组织立体化学专题讨论，请各小组学是有机化学的重要基础，掌握好这部分子模型构建和简单的手性合成实验，帮助准备5-10分钟的报告，可选择一个立体化内容将有助于理解更复杂的有机反应和生大家更直观地理解立体化学概念同时，学应用案例或深入探讨某个立体选择性反物化学过程欢迎大家就课程内容提出问建议同学们阅读指定参考书籍中的相关章应机制这将帮助大家从不同角度理解立题，共同探讨节，巩固所学知识体化学的应用价值。