有机化学：立体异构ppt课件.ppt
第五章:立 体 异 构,有机化学：,本章内容简介,一、手性分子和对映异构二、手性物质的旋光性三、含有一个手性碳原子的化合物的对映异构四、含两个C*的构型异构,同分异构,构造异构立体异构,碳架异构官能团异构位置异构互变异构,构型异构构象异构,碳链异构碳环异构,非对映异构对映异构,手性分子的对称性与手性的关系对映异构体,一、手性分子和对映异构,在立体化学中,不能与镜象叠合的分子叫手性分子,而能叠合的叫非手性分子.,(一)手性,一个物体若与自身镜象不能叠合,叫具有手性.,左手和右手不能叠合,左右手互为镜象,饱和碳原子具有四面体结构.(sp3杂化)例:乳酸(2-羟基丙酸CH3-CHOH-COOH)的立体结构：,乳酸的分子模型图,两个乳酸模型不能叠合,乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样,它们不能相互叠合,但却互为镜象.,设想分子中有一平面,它可以把分子分成互为镜象的两半,这个平面就是对称面.如:,有对称面的分子(氯乙烷),(1)对称面(镜面),(二)分子的对称性与手性的关系考察分子的对称性,要考察的对称因素有以下二种,设想分子中有一个点,从分子中任何一个原子出发,向这个点作一直线,再从这个点将直线延长出去,则在与该点前一线段等距离处,可以遇到一个同样的原子,这个点就是对称中心.,有对称中心的分子,(2)对称中心,A:非手性分子凡具有对称面、对称中心B:手性分子既没有对称面,又没有对称中心,都不能与其镜象叠合,都是手性分子.,对称性与手性的关系:,手性分子的一般判断:只要一个分子既没有对称面,又没有对称中心,就可以初步判断它是手性分子.,凡是手性分子,必有互为镜象的构型.分子的手性是存在对映体的必要和充分条件.互为镜象的两种构型的异构体叫做对映体.一对对映体的构造相同,只是立体结构不同,这种立体异构就叫对映异构.如乳酸是手性分子,故有对映体存在:,乳酸的对映体,(三)对映异构体,二、手性物质的旋光性,(一)偏振光(二)旋光度和比旋光度,光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。,如果让光通过一个象栅栏一样的 Nicol 棱镜(起偏镜)就不是所有方向的光都能通过，而只有与棱镜晶轴方向平行的光才能通过。这样，透过棱晶的光就只能在一个方向上振动，象这种只在一个平面振动的光，称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。,二、手性物质的旋光性,(一)偏振光,那么，偏振光能否透过第二个Nicol 棱镜(检偏镜)取 决于两个棱镜的晶轴是否平行，平行则可透过；否则不能通过。,如果在两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质。,结论：物质有两类：,（1）旋光性物质能使偏振光振动面旋转的性质，叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。,（2）非旋光性物质不具有旋光性的物质，叫做 非旋光性物质。,旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度，以“”表示。,对映体的一般物理性质(熔点,沸点,相对密度.,以及光谱)都相同,只有对偏振光的作用不同.,偏振光的形成,偏振光的旋转,(二)旋光度和比旋光度,起偏镜(固定),检偏镜(可转动),钠光灯,旋光管,1.旋光仪,2.旋光度、比旋光度,实测的旋光度(度数)，t测定时的温度()D钠光D线的波长589nm，比旋光度(度数)c 溶液的浓度(gl-1)(纯液体用密度)，l 旋光管长(dm),旋光度的大小除了与旋光性物质的本性有关外，还和溶液的浓度、旋光管长度、温度、光源波长及溶剂性质有关.,比旋光度是旋光性物质的特征物理常数，就象熔点、沸点一样，反映旋光性物质旋光能力的大小和方向.,三、含有一个手性碳原子的化合物的对映异构（一）手性碳原子的概念(二)构型的表示法，构型的确定和构型的标记,（一）手性碳原子的概念在有机化合物中，手性分子大都含有与四个互不相同的基团相连的碳原子。这种碳原子没有任何对称因素,故叫不对称碳原子,或叫手性碳原子,在结构式中通常用*标出手性碳原子。,三、含有一个手性碳原子的化合物的对映异构,具有镜像与实物关系的一对旋光异构体。,(S)-(+)-乳酸(R)-(-)-乳酸()-乳酸 mp 53oC mp 53oC mp 18oC D=+3.82 D=-3.82 D=0 pKa=3.79(25oC)pKa=3.83(25oC)pKa=3.86(25oC),外消旋乳酸,外消旋体由等量的对映体相混合而成的混合物.,外消旋体不仅没有旋光性，且其他物理性质也往往与单纯的旋光体不同。例如：外消旋体乳酸熔点为18.,乳酸的分子模型和投影式,菲舍尔投影式:两个竖立的键向纸面背后伸去的键;两个横在两边的键向纸面前方伸出的键.,(二)构型的表示法，构型的确定和构型的标记,1 构型的表示法,（1）菲舍尔投影式,在纸面上旋转180不变；旋转90或270或翻身镜象,不能离开纸面翻转。翻转180。，变成其对映体。在纸面上转动90。,270。，变成其对映体。在纸面上转动180。构型不变。保持1个基团固定，而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置，构型不变。任意两个基团调换偶数次，构型不变。6.任意两个基团调换奇数次，构型改变。,总结:Fischer投影式的转换规则,将手性碳原子表示在纸面上，用实线表示在纸面上的键，虚线表示伸向纸后方的键，用锲形实线表示伸向纸前方的键。,（2）锲形式比较直观,2 对映异构体构型的标示,D/L标示法和R/S标示法,D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛,1.D/L标示法,D、L与“+、-”没有必然的联系,(2)R-S标记法,R,S,顺时针,反时针,基团次序为：abcd,（1）先将次序排在最后的基团d放在一个竖立的（即指向后方的）键上。然后依次轮看a、b、c。（2）如果是顺时针方向轮转的，则该投影式代表的构型为R型；如果是逆时针方向轮转的，则为S型。,c,菲舍尔投影式中R-S标记法：,基团次序为：abcd,最小的基团d放在竖键上.,顺时针,逆时针,若标记分子的菲舍尔投影式中的d是在竖键上,顺时针方向轮转的，则该投影式代表的构型为S型；如果是逆时针方向轮转的，则为R型。,基团次序为：abcd,若标记分子的菲舍尔投影式中的d是在横键上,最小的基团d放在竖键上.,最小的基团d放在横键上.,顺时针,逆时针,例如：乳酸CH3CHCOOH手性碳原子的四个基团排队：OH OH COOH CH3 H.因此乳酸的两种构型可分别如下识别和标记：,(右旋):S-(+)-乳酸,(左旋):R-(-)-乳酸,四、含两个C*的构型异构,（1）旋光异构体的数目（2）非对映体（3）差向异构体,主要的基本概念,一、含两个不同手性碳原子的化合物,不同是指两个手性碳上所连接的基团不具有一一对应的关系,对映体,对映体,对映关系：与；与非对映关系：与、与、与、与,非对映体,不呈镜影关系的旋光异构体为非对映体。非对映体具有不同的旋光能力，不同的物理性质和不同的化学性质。,每个手性C*存在两种构型，含n个C*的化合物的构型异构体最大数目为2n.,差向异构体,两个含多个不对称碳原子的异构体，如果，只有一个不对称碳原子的构型不同，则这两个旋光异构体称为差向异构体。如果构型不同的不对称碳原子在链端，称为端基差向异构体。其它情况，分别根据C原子的位置编号称为Cn差向异构体。,二、含两个相同手性碳原子的化合物,（1）内消旋体,相同是指两个手性碳原子上所连接的基团具有一一对应的关系,内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面 对称因素)。,具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RS）构型。,小结,C*不是判断分子是否具有手性的必要和充分条件。有些 无C*的分子具有手性.内消旋体和外消旋体的异同点：两者均无旋光性，但前者是纯净物，后者是混合物.判断两个构造相同的化合物之间的关系：同一化合物、对映体、非对映体.,非对映体：相应的手性碳的构型有的相同，有的相反,同一化合物：相应的手性碳的构型相同,对映体：相应的手性碳的构型相反,
