河北医科大学：《天然药物化学》课程教学资源（课件讲稿）构象异构 Conformerism

说明☐ 此课件为本人参考有关教材、文献 及在个人学习、理解和实践基础上编排 完成 由于本人水平有限，疏漏和不妥之 处在所难免，请随时不吝赐教和指正。 河北医科大学药学 天热药物化学空李力更数 目录☐ 一、 基本定义 二、无环体系的构象分析 5 ■三、环已烷系的构象分析 ■四、四、五和七元系的构象分析 ■五、十氢化萘系的构象分析 ■六、用两面角分析环系构象 2

2 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 3 此课件为本人参考有关教材、文献 及在个人学习、理解和实践基础上编排 完成。 由于本人水平有限，疏漏和不妥之 处在所难免，请随时不吝赐教和指正。 说 明 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 4  一、基本定义  二、无环体系的构象分析  三、环已烷系的构象分析  四、四、五和七元系的构象分析  五、十氢化萘系的构象分析  六、用两面角分析环系构象 目 录

一、基本定义 Elemental Definitions 河北医科大学药学院 天热药物化学空李力更我授 构象(conformation)] 由于σ单键旋转产生的分子中 原子或基团在空间的不同的排列。 构象异构体 (conformer or:rotational isomer) 同一化合物分子的不同构象， 彼此互称为构象异构体。 河北医科大学药学院 天然药物化学空李力更教授 3

3 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 5 一、基 本 定 义 Elemental Definitions 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 6 构 象（conformation） 由于σ-单键旋转产生的分子中 原子或基团在空间的不同的排列。 构象异构体 （conformer or: rotational isomer） 同一化合物分子的不同构象， 彼此互称为构象异构体

例：乙烷(ethane,CH,CH)。 ⑧绕单键旋转会产生无数个构象异构体」 河北医科大学学究 天热药物化学空李力更报 优势构象(preferred conformation)] 构象异构体中具有能量最低即最稳定的构象。 富构象异构 审构象 。构型异构 体之间在室温 异构体在 体之间必须通 下可通过单键 室温下一 过化学键的断 旋转而相互转 般不能分 裂才有可能相 换并达到动态 离。 互转换。 平衡。 河北医科大学药学院 天棉药物化学空李力更教授 4

4 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 7 例：乙烷（ethane，CH3CH3 ）。 C H C H H H H H ☞ 绕单键旋转会产生无数个构象异构体！ 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 8 优势构象（preferred conformation） 构象异构体中具有能量最低即最稳定的构象。 ☞ 构象异构 体之间在室温 下可通过单键 旋转而相互转 换并达到动态 平衡。 ☞ 构 象 异 构 体 在 室 温 下 一 般 不 能 分 离。 ☞ 构型异构 体之间必须通 过化学键的断 裂才有可能相 互转换

两面角(dihedral angle) 相邻的三个键（含4个原子)所在的 两个平面之间的夹角。 例： H-CCH两面角60 HC-CH两面角0 可北医科大学药 关然药物化学空李力更教授 构象分析(conformational analysis) 构象效应(conformational effects). 研究分子中优势构象的存在，以及 各种构象对物理和化学性质的影响。 河北医科大学药学院 天然药物化学空李力更教授 5

5 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 9 两面角（dihedral angle） 相邻的三个键（含4个原子）所在的 两个平面之间的夹角。 C H C H H H H H H-C-C-H两面角 60o C H C H H H H H H-C-C-H两面角 0o 例： 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 10 构象分析（conformational analysis） 构象效应（conformational effects） 研究分子中优势构象的存在，以及 各种构象对物理和化学性质的影响

“构象分析”的定义是由英国化学 家 Barton通过对甾体结构研究后提出的。 Derek H.Barton Imperial College of Science and Technology, Great Britain 河北医科大学药学院 天格药物化学空李力更授 Barton和Hassel因发展了立体化学的 理论共同获得1969年度Nobel化学奖 Derek H Odd Hassel Imperial College of Science and Oslo University.Norway Technology,Great Britain "For their contributions to the development of the concept of conformation and its application 济气1e带5y”.天然药物化年空李力更款装 6

6 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 11 “构象分析”的定义是由英国化学 家 Barton通过对甾体结构研究后提出的。 Derek H. Barton Imperial College of Science and Technology, Great Britain 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 12 Barton 和 Hassel 因发展了立体化学的 理论共同获得1969 年度 Nobel 化学奖。 Derek H. Barton Imperial College of Science and Technology, Great Britain Odd Hassel Oslo University, Norway “For their contributions to the development of the concept of conformation and its application in chemistry

二、无环体系的构象分析 Conformational Analysis of Acyclic Compounds 河北医科大学药学 天热药物化学空李力更我授 1、乙烷（ethane).的构象 罗一女 eclipsed form staggered form 两面角0° 两面角60 河北医科大学药学院 天然药物化学空李力更教授 7

7 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 13 二、无 环 体 系 的 构 象 分 析 Conformational Analysis of Acyclic Compounds 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 14 1、乙烷（ethane）的构象 H H H H H H H H H H H H eclipsed form staggered form 两面角 0o 两面角 60o

乙烷构象的能量图 6 kj.mol- 60120180240300360 旋转角度一→ 河北医料大学药学院 天然物化学定力拉 [copy] 2、正丁烷（n-butane)的构象 河北医科大学药学院 天然药物化学空李力更载授 8

8 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 15 - - - - - - 0 60 120 180 240 300 360 E 旋转角度 能 量 12.6 kj.mol -1 乙烷构象的能量图 [copy] 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 16 2、正丁烷（n-butane）的构象 See next C C H CH3 H H3C H H

f-点=女 对位交叉式apl不相似重叠式ac 邻位交叉式(sc】 正丁烷的构象异构体相互转换示意图 A-女-A 北相斜桑感全重叠式spk格药物化位交鞭 不相似重叠式ad 中英文对照名词] 邻位交叉 gauche 不相似重叠 unlike eclipsed 部分重叠 partially eclipsed 相似重叠 like eclipsed 1全重叠 fully eclipsed 河北医科大学药学院 天然药物化学空李力更教授 9

9 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 17 CH3 H H CH3 H H H CH3 H H3C H H H3C H H H3C H H CH3 H H CH3 H H CH3 H H CH3 H H CH3 H H CH3 H H 对位交叉式(ap) 不相似重叠式(ac) 邻位交叉式(sc) 相似重叠或全重叠式(sp) 邻位交叉式(sc) 不相似重叠式(ac) 正丁烷的构象异构体相互转换示意图 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 18 邻 位 交 叉 gauche 不相似重叠 unlike eclipsed 部 分 重 叠 partially eclipsed 相似重叠 like eclipsed 全 重 叠 fully eclipsed 中英文对照名词

正丁烷构象的能量图 18.8k5.mo1 3.7 80240 300 360 按转角度一◆ eop 河北医大学药学 天然物化学程车力更 3、取代的正丁烷体系的构象 一般情况下，当分子中除立体因素外， 不存在其它相互作用的因素时，对位交叉 是最稳定的构象。 多 若存在偶极作用、氢键等其 它因素时，可能出现例外。 见下页 河北医科大学药学院 天然药物化学空李力更教 10

10 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 19 - - - - - 0 60 120 180 240 300 360 E 旋转角度 能量 18.8 kj.mol -1 CH 3 CH3 CH3 CH3 CH 3 CH 3 H3C H H CH3 H CH3 H CH3 H3C CH3 H3C CH 3 15.9 3.7 正丁烷构象的能量图 [copy] 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 20 一般情况下，当分子中除立体因素外， 不存在其它相互作用的因素时，对位交叉 是最稳定的构象。 3、取代的正丁烷体系的构象 若存在偶极作用、氢键等其 它因素时，可能出现例外。 见下页

多 Gauche效应☐ 结构中含有电负性大而半径小的原子 (如：0、F等)时，邻位交叉式(g式) 最稳定，这种现象称为Gauche效应（邻位 交叉效应)。 见下页例→ 河北医科大学学院 天然药物化学空李力更教 例：G-C-CH-G类型的化合物。 ③G、G:-F,-OH,-0R,-0-CO-R, -N,SH,等。 。电负性强、半径小、含未公用电子对等 都可能产生Gauche效应。 ©形成分子内氢键增加了、邻位交叉式的 稳定性。 可北医科大学药学院 天然药物化学空李力更教授 11

11 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 21 结构中含有电负性大而半径小的原子 （如：O、F等）时，邻位交叉式（g式） 最稳定，这种现象称为Gauche效应（邻位 交叉效应） 。 Gauche 效应 见下页例 河北医科大学药学院 天然药物化学室 李力更 教授 22 例：G-CH2-CH2-G` 类型的化合物。 ☞ G、G`：-F，-OH，-OR，-O-CO-R， -NH2，-SH，等。 ☞ 电负性强、半径小、含未公用电子对等 都可能产生 Gauche 效应。 ☞ 形成分子内氢键增加了、邻位交叉式的 稳定性