pan第三章有机化合物的同分异构现象.ppt

第三章 有机化合物的同分异构现象,目的和要求：1、了解和掌握异构现象的基本概念，如构造异构，顺反 异构和光学异构现象等；2、掌握什么是旋光性，手性、分子的手性和对称性；3、掌握各类有旋光性化合物的结构特征，构型确定和命 名方法；4、了解消旋化合物的拆分,本章的教学内容,第一节 构造异构现象,第二节 立体异构现象,第三节 光学异构现象,分子结构,构造异构：原子连接顺序不同,构型异构：原子空间排列方式不同,构象异构：键旋转引起原子空间相对位置改变,同分异构,构造异构,立体异构,碳架异构,官能团异构,官能团位置异构,互变异构,构型异构,构象异构,顺反异构,旋光异构,同份异构：具有相同的分子式，但具有不同结构的现象,第一节、构造异构现象,一、碳架异构,构造异构：分子式相同，但原子连接顺序和方式不同,1、碳架异构体的书写,2、碳架异构的多样性：以C6H12的环烷烃的异构体为 例（12个）,二、官能团位置异构,官能团位置异构:官能团在主链上位置的改变，产生的 不同化合物,1-丁醇 2-丁醇,2-甲基丁醇 2-甲基 2-丁醇,邻苯二酚 间苯二酚 对苯二酚,三、官能团异构,官能团异构：分子式相同，官能团不同的分子，或官 能团的连接顺序或方式不同,1、醇和醚,2、烯和环,3、醛和酮及环氧化合物,例：,乙醚 丁醇,环戊烷 1-戊烯,丙酮 丙醛 环氧丙烷,四、互变异构,互变异构:在室温下，不同官能团的化合物处于动态平衡 并相互转化,1、酮烯醇,2、对亚硝基酚苯醌肟,3、硝基烃酸式硝基烃,第二节、顺反异构现象,顺反异构：含双键或环状化合物，由于结构刚性，使旋转 困难，当连接的取代基不同时，出现的不同空间排列。,1、含C=C双键的化合物顺反异构,一、含双键的化合物顺反异构,产生条件：双键上碳原子连接的原子或原子团不同,A、顺、反表示（简单烯烃）：相同基团位于双键同侧称“顺”（cis），位于异侧称“反”（trans）,顺-2-丁烯,反-3-甲基-2-戊烯,B、“Z”、“E”表示（系统命名，复杂烯烃），规则如下：,.按“基团顺序”确定各双键两端基团的大小顺序,.“较优”两基团位于同侧，用“Z”、位于异侧用“E”表示,.写出名字：用括号括出用“Z、E”，并标明位号，用“，”隔开，位号低的先写出。,例1：,（3Z，5E）-3-【（E）-1-氯-1-丙烯基】-3，5-庚二烯酸,例2：在选择主链时，以双键位号低为原则，若有选择时，以“Z”编号低为原则,（2Z，5E）-2，5-庚二烯二酸,（2E，5Z）-2，5-庚二烯二酸,错,2、含C=N或N=N键的顺反异构,在C=N双键中，N为SP2杂化，其中在一个SP2杂化轨道上有一对孤对电子，应该看作一个原子序数为零的原子。,(Z)-醛肟,(E)-醛肟,(E)-腙,(E)-缩氨脲,(Z)-苯甲醛肟(E)-苯甲醛肟,3、N=N双键的顺反异构,(Z)-偶氮苯(E)-偶氮苯,二、碳环化合物的顺反异构,将碳环看作双键，相同基团位于同侧为“顺”，异侧为“反”,顺-1，3-二甲基-3-氯环己基甲酸,第三节、构象异构,构象：在有机物中，由于单键自由旋转而引起的碳原子结合的原子或 原子团的相对位置发生改变，产生了若干不同的空间排列方式。,产生条件：至少有连续的三个单键的化合物,例如：,没有构象,一、乙烷的构象,1、构象表示方法,透视式（锯架式）,虚线-楔形式（立体透视式）,纽曼（Newman)投影式,A、透视式（锯架式）,B、虚线-楔形式（立体透视式）,C、纽曼（Newman)投影式,投影规则：,表示靠近观察者,表示远离观察者,2、乙烷构象与分子内能,a.两种极端构象,重叠式,楔形式 锯架式 纽曼式,交叉式,楔形式 锯架式 纽曼式,b.乙烷构象与分子内能,转动能：12.5kJ/mol 每对重叠氢H-C-C-H 重叠张力(扭转张力)：4.2kJ/mol,乙烷交叉式构象是优势构象。,构象的稳定性与内能有关.内能低,稳定;内能高,不稳定。内能最低的稳定构象称优势构象。,.室温下，构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。,二、丁烷的构象,绕C-2和C-3之间键旋转(典型构象):,三、其它烷烃的构象,其它正构烷烃的稳定构象是：碳链成锯齿状排列，相邻的碳上的氢原子成交叉式。P67.,四、环烷烃的构象,1、环丁烷、环戊烷的构象,环丁烷：蝶式构象，非平面型,环戊烷：信封式，非平面型,2、环己烷及其衍生物的构象,1.环己烷的构象,极端构象：,椅式 船式,A、椅式构象,a键：直立键(竖键),e键：平伏键(横键),构象翻转,a键转变成e键，e键转变成a键；,环上原子或基团的空间关系保持,即键的取向不变。,B、船式构象,稳定性：椅式构象环己烷 船式构象环己烷,室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）。,2.取代环己烷的构象,A、一取代环己烷的构象,2)二取代环己烷的构象,ea键型,aa键型,ee键型,1.指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。,较大的基团处于e键的构象相对稳定。,优势构象,第四节、对应异构（光学异构）现象,一、旋光性和比旋光度,1、偏正光,.光是横波，传播方向和振动方向垂直,.自然光：含任意振动方向的光,X轴：传播方向,Y-Z轴：光振动方向含该平面的任意方向,偏正光：只含某一特定振动方向的光,通过Nicol棱镜,仅在一个平面上振动的光。,2.、旋光仪、旋光度、比旋光度,旋光物质：使偏振光偏振方向发生改变旋转的物质。,旋光度：使偏振光偏振方向旋转的角度。用表示。旋光方向：右旋（+）;左旋（-）,比旋光度,t=,例如：,葡 萄 糖,肌肉乳酸,发酵乳酸,D20=+52.5 0,D20=+3.8 0,D20=-3.80,二、手性和对称性,1、手性：物质相对应但不能重合的特征，称为物质的手型或手征性 一种物质的对应体就是其镜像,2、分子手性与旋光性,A、手性分子：具有手性特征的分子，又称不对称分子,B、判断标准：分子与其镜像能否重合,C、手性分子旋光性：旋光性是由于分子的手性（不对称）引起的,D、手性碳原子：连接四个不同原子或原子团的碳，用“*”表示,例如：,D20=+3.8o(水)D20=-3.8o(水),三、对应异构体和外消旋体,1、对应体：对于不对称分子来说，形成实物与镜像关系的两种 分子互为对应异构体，它们旋光方向相反，旋光度相同，其 它物理性质如：熔点、沸点相同，很难用常规的方法分开。,2、外消旋体：两种对应异构体等量混合得到的不旋光的混合物,3、外消旋化：使单一旋光性物质转化成外消旋体的过程：光、热 催化剂等,四、分子对称性,不对称性是分子具有手性的根本原因，如何判断分子是否对称？,1、对称面：用一个平面将分子分为实物和镜像两个部分，该平 面称为对称面。用“”表示，具有对称面的分子无手性。,苯分子有7个对称面,2、对称中心：分子中有一点，该点与某基团连线的反向延长线的 等距离处能找到完全相同的基团。,具有中心对称因素的分子是对称分子。非手性分子。,四、手性碳的构型标记,用（+）、（-）、（）表示旋光方向分别为：右、左和外消旋体，用R或S标注手性碳的构型,1、构型表示式,.球棒式,.立体透视式,.费歇尔（Fischer)投影式,费歇尔（Fischer)投影式,规定：投影时，1、碳链竖放，序号小的放在上面；2、竖向两个键表示背离观察者；3、横向两个键表示伸向观察者，交叉点为手性碳.,五、构型与旋光方向的标记,1、D-L标记,D-(+)甘油醛 D-(-)甘油酸,旋光方向的+或-是实验测定的,2、R-S标记,将手性碳连接的四个不同基团基团进行排序，如abcd,将最小的基团d放在远离观察者，剩下的三个基团如果从大到小的顺序是顺时针，构型为“R”，为逆时针构型为“S”,如果最小的原子(或基团)在近端,顺时针排列为S构型，逆时针排列为R构型。,例1、,D-(+)甘油醛 R-（+）甘油醛,逆时针，最小的H原子在近端，故为“R”,例2,六、费歇尔投影式与分子构型的关系,1、费歇尔投影式与分子构型的关系,A、顺序最小的原子(或基团)在竖线上,顺时针排列为R构型，逆时针排列为S构型。,B、顺序最小的原子(或基团)在横线上,顺时针排列为S构型逆时针排列为R构型。,C、手性碳不离开纸面，旋转1800，构型不变,D、手性碳相连的任意两个基团对调,奇数次构型改变；对调偶数次构型不变。,七、含一个手性碳原子的分子,八、含两个手性碳原子的分子,含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。,1、含两个不同手性碳原子的分子,非对映体:构造相同,构型不同,相互间不是实物与镜影关系的立体异构体。,非对映异构体其旋光性不同,物理、化学性质都不同。,2、含两个相同手性碳原子的分子,（2R,3R);(2S,3S);(2R,3S);(2S,3R),和 是同一个化合物，可以将旋转1800得到。,内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面对称因数),内消旋体无旋光性(两个相同取代、构型相反的手性碳原子,处于同 一分子中,旋光性抵消)。,光活异构体数目=2n;(n=不同手性碳原子数)外消旋体数目=2n-1,含n个不同的手性碳，旋光异构体有如下组合规律：,对映关系：与；与 非对映关系：与、与、与、与,：（2R,3R）-（-）-2-羟基-3-氯丁二酸,九、碳环化合物的对应异构体,碳环化合物除了有顺反异构外，还有旋光异构体的对应异构体,meso-(S,S)-(R,R)-,十、外消旋体的拆分,1、拆分的意义：旋光物质是生命活动中的重要物质,例如：,恶唑禾草灵，R体为有效体，S体为无效体，德国赫斯特公司,2、分离方法,A、化学分离方法,例如：,（）酸+（+）碱,（+）（+）盐,（-）（+）盐,分离,（+）（+）盐,（-）（+）盐,（+）酸,（-）酸,B、优势结晶法,向饱和的外消旋体的溶液中，加入单一旋光性物质的晶种诱导结晶，过滤得到单一旋光性物质。,C、微生物分解法,微生物往往只消耗外消旋体中某一单一旋光性物质，最终仅剩下另一种旋光性物质。,第三章 作 业,3：2，8，9,4：,5：,6：,9：1，8，9，10,14：,6，7,2：11，12,10：3,13：2,3,5,