《立体化学》课件.pptVIP

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。发展历史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究，他发现手性现象并提出分子可能具有三维结构。

化学结构与空间排列分子结构基本要素化学键长：原子核之间的平均距离，如C-C键约1.54?，C=C键约1.34?键角：两个化学键之间的夹角，如四面体碳原子的键角约109.5°化学键与空间结构σ键允许围绕键轴自由旋转，形成构象异构体π键限制旋转，导致顺反异构现象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1-丙醇与2-丙醇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

立体异构类型总览立体异构相同分子式和连接顺序，不同空间排列构象异构通过单键旋转可相互转化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对映异构体非对映异构体顺反异构体顺反异构

构象与构型的区别构型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。对映异构体：互为镜像关系的分子非对映异构体：非镜像关系的立体异构体顺反异构体：基团处于双键或环的同侧或异侧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。新月构象与交叉构象环己烷的椅式与船式构象丁烷的反式与扭曲构象

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乙烷分子中C-C单键可自由旋转，产生无限多的构象。其中最主要的是交错构象（错开60°）和新月构象（共平面）。交错构象能量较低，在室温下占主导地位。丁烷的构象丁烷分子中的甲基之间相互作用导致不同构象的能量差异更为明显。反式构象（两端甲基错开180°）最稳定，高柱构象（两端甲基处于同一侧）能量最高。环己烷构象环己烷呈现出椅式构象（最稳定）和船式构象（较不稳定）。椅式构象中，C-H键呈现轴向（垂直于环平面）和赤道向（接近环平面）两种排列方式。

构象能量曲线旋转角度(°)能量(kJ/mol)乙烷分子绕C-C键旋转时的能量变化呈现周期性的波动。曲线的谷值对应交错构象（60°、180°和300°），此时氢原子之间距离最大，排斥力最小，能量最低，构象最稳定。曲线的峰值对应新月构象（0°、120°和240°），此时氢原子彼此重叠，排斥力最大，能量最高，构象最不稳定。乙烷分子在室温下具有足够的热能跨越这些能垒，因此各种构象可以自由转换，但以能量较低的交错构象为主。

环己烷的两种主要构象椅式构象环己烷最稳定的构象，所有C-C键都呈交错排列，键角接近理想的四面体角（109.5°），应变最小。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（接近环平面）位置。能量比船式构象低约29kJ/mol（7kcal/mol），在室温下占绝对主导地位（99%）。船式构象次稳定构象，部分C-C键呈新月式排列，键角偏离理想值，存在较大的环应变。两端的碳原子（1,4位置）上的氢彼此靠近，产生强烈的排斥作用（旗杆相互作用）。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中可作为中间构象。

环己烷椅式构象分析轴向氢垂直于环平面排列的氢原子，与环中其他碳原子距离较近，存在1,3-二轴相互作用（1,3-diaxialinteraction）。当发生取代时，轴向位置的取代基会与其他轴向氢产生较强的空间位阻。赤道向氢接近环平面排列的氢原子，与环中其他原子距离较远，空间位阻小。取代基处于赤道向位置时，与其他原子的空间排斥最小，构象更稳定。环翻转环