《同分异构现象》PPT课件.ppt

分子的结构,分子中原子间相互的结合称为分子的结构。分子结构包含构造、构型和构象三个层次。,构造 组成分子的原子的种类数目及成键顺序。,构型 组成分子的原子的空间排列方式。,构象 成键原子或基团绕键旋转产生不同的 空间排列方式。,1.几个基本概念：,第三章 有机化合物的同分异构现象,同分异构,构造异构,立体异构,（按空间排列方式）,同分异构的类型,（按成键顺序方式）,3.1 构造异构现象,分子式相同，分子中原子相互连接顺序和方式不同，产生不同的碳链或碳环现象。,构造异构现象：,3.1.1 碳架异构现象,定义：分子中碳原子相互连接的顺序和方式不同，构成不同的碳链或碳环，称为碳架异构。,用逐步缩短碳链的方法推导碳架异构体数目,（1）写出最长直链构造式：,（2）缩掉一个C，再接到缩短后的不同碳上，相当于：,链烷烃碳架异构体的推导,以庚烷为例说明推导过程：,（3）缩掉两个C（相当于一个-C-C或两个-C）接到 缩短后的碳链上：,（4）缩掉三个-C,或一个-C和一个-C-C或一个-C-C-C或一个-C-C2接到缩短的原碳链上：,方法：逐步缩小碳环，缩下来的碳，连到缩小后的碳 环的不同位置上，写出环烷烃碳架异构体。,环烷烃碳架异构体数目推导,3.1.2 官能团位置异构现象,例1.丁烷有两个碳架异构体，可形成多少个一元醇的 异构体?,定义：官能团取代碳架异构体中的不同氢原子，形成了官能团位置异构现象。,例2.在丁烷碳架异构体各碳上引入双键或三键，可 形成哪些官能团位置异构体?,表现在官能团相对位置不同，如溴代环己烯有三个异构体：,1-溴环己烯,3-溴环己烯,4-溴环己烯,多官能团化合物的官能团位置异构:,3.1.3 官能团异构现象,定义：分子式相同，构成官能团的原子连接顺序和方式不 同，形成不同的官能团，进而形成不同类型的化合 物，构成官能团异构体。,例1.分子式为 C3H6 的化合物:,例2.分子式为 C2H6O 的化合物:,想一想,分子式为 C2H4O 的化合物，可以是哪些化合物呢？,乙醛 乙烯醇 环氧乙烷,3.1.4 互变异构现象,例1.酮与烯醇间互变异构:,定义：在常温下，不同官能团异构体处于动态平衡 之中，能很快地互相转变，称为互变异构现 象。,醛酮的互变异构,+,构型异构现象:分子中原子成键的顺序相同，而原子或 基团在空间排列方式不同产生的异构现 象。,3.2 几何异构现象,H,H,H,H,定义:分子中原子成键的顺序相同，原子或基团在 键平面或环状分子平面两边排列方式不同产生 的异构现象。,3.2.1 含双键化合物的几何异构现象,双键阻碍了形成双键的原子绕两原子轴线旋转，使两原子上连的不同原子或基团出现了不同空间排列，即出现了顺反异构现象。,（1）双键的两个碳原子上各连有不同的两个原子或基团时，有 两种空间排列方式，形成两种异构体，顺式和反式。,1.含C=C双键化合物的几何异构,（2）当双键上连有四个不同原子或基团时，也有 两种排列，形成两个异构体：,如何对这两个异构体进行区分呢？如何命名呢？,命名方法：,按照“顺序规则”确定哪个是“较优”原子或基团；,较优基团分别为，,较优基团,Z-异构体,E-异构体,命名时，Z、E 放到括号中，放到名称前面。,顺-2-丁烯,（Z）-2-丁烯,反-2-丁烯,（E）-2-丁烯,例如：写出下列化合物的完整名称,请思考：顺式一定是Z式，反式一定是E式吗？,顺-3-甲基-2-戊烯,（E）-3-甲基-2-戊烯,顺/反，Z/E 是两种命名方法，顺式不完全是 Z 式，反式也不完全是E式。,顺/反法:,Z/E法:,分别判断每个双键的Z、E 构型。,含有多个双键化合物的命名,命名时，低位号者写在前面，中间用逗号隔开，放 括号中，写在名称之前。,若有选择时，编号由Z型双键开始（Z优先于E）。,2,5庚二烯1，7二酸,（2Z,5E）,2.含 C=N 双键化合物的几何异构,有机化合物亚胺、肟、腙，羰基缩氨基脲等化合物分子中含 C=N 键，有Z、E-异构体。,3.含 N=N 键化合物的几何异构,偶氮化合物含有 N=N键，N上两个基团在键同侧的为顺式或Z式，在异侧的为反式或E式：,3.2.2 含碳环化合物的顺反异构现象,碳环看作一个平面，取代基有在平面上、下之分，出现顺反异构现象。,顺-1，3-二氯环戊烷,反-3-氯环戊基甲酸,下列化合物是否有顺反异构体？有多少个?,没有,2.,1.,没有,3.,有2个顺反异构体,其中之一：,4个,4.,1.偏振光,3.3.1 旋光性和比旋光度,偏振光：一束普通光通过尼克耳棱镜时，只有在与棱镜晶轴平行 的那个平面振动的光才能通过，透过的光称为平面偏振 光。简称偏光。,3.3 对映异构现象,偏振面：偏振光振动的平面称为偏振面。,2.旋光性物质与比旋光度,旋光性物质：使偏光振动平面旋转角度的物质，有旋光性。,旋光度：偏振光振动方向的旋转角度，用“”表示。,非旋光性物质：不能使偏光振动平面旋转的物质，无旋光性。,右旋物质:能使偏振光的振动方向向右旋的物质.通常用“d”或“+”表示右旋。左旋物质:能使偏振光的振动方向向左旋的物质.,通常用“l”或“-”表示左旋。,3.比旋光度,:测得的旋光度C:试样质量浓度，或纯液体密度，单位gmL-1l:盛样管长度，单位dmt:试样温度，单位:光源波长，通常钠光源，用D表示，波长589nm,是旋光性物质的一个物理常数，可以定量地表示物质的旋光能力。,.,1.手性,3.3.2 手性和对映异构体,左、右手的关系实物与镜像的关系，相对映而不能同向重合。,物质与其镜像相对映而不重合的性质。,手性分子：具有手性的分子称为手性分子。非手性分子：不具有手性的分子称为非手性分子。,2.分子的手性与旋光性,凡是手性分子都具有旋光性。,有旋光性分子都具有手性的结构特征。,3.对映异构体和外消旋体,（1）手性碳原子,定义:与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。,是分子的不对称中心或手性中心。,判断下列化合物有无手性碳:,手性碳：连接四个不相同的原子或基团的碳.,不相同:包括构造,几何构型和同位素的不同.,没有,有,是实物与镜像的关系，相对映而不能重合，即乳酸分子有手性，是手性分子。,肌肉中得到的乳酸,乳酸分子:,偏光向右旋,乳 酸,（2）对映异构体,对映异构现象:两个化合物分子式相同，分子构造也相同，但分子中原子和基团在空间排列不同，形成 实物与镜象的关系，这种现象称为对映异构 现象；,对映异构体:具有对映异构现象的分子称为对映异构体。,例 如：,氯碘甲烷磺酸,氯丁烷,对映体性质比较,1.在非手性环境中，对映体的性质相同，熔点、沸 点、溶解度、转化速率等均相等。,2.在手性环境中，对映体的性质不同。如在偏光下旋 光性不同；在手性试剂中转化速率不同。,偏光向右旋,偏光向左旋,定义:等量的左右旋对映异构体的混合物称为外消旋体。旋光性消失，不使偏振光发生偏转。例如:等量(-)-乳酸和(+)-乳酸混合，得到的混合乳酸无 旋光性，称为外消旋乳酸,外消旋体,外消旋化,分子结构是否对称,思考：如何判断一个分子是否具有手性呢？,如果有一个“平面”，可以把分子切成互为镜象的两半，这个平面就是该分子的对称面。如:,有对称面的分子(氯乙烷),(1)对称面,有对称面的分子：无手性，无对映异构现象。,3.3.3.分子的对称性与手性,甲烷有六个对称面，即通过四面体每条棱与中心碳原子的平面。三氯甲烷有三个对称面，即通过四面体和氢原子相连的每条棱与中心碳原子的平面。,若分子中有一点“P”，分子中任何一个原子或基团与P点连线，在其延长线的相等距离处都能遇到相同原子或基团，P点就是该分子的对称中心。,（2）对称中心,有对称中心的分子：无手性，无对映异构现象。,3.3.4 手性碳的构型表示式与标记,(a)球棒式,(b)立体透视式,(c)费歇尔投影式,1.构型表示式,费歇尔投影式：,1.以手性碳为中心，竖放的基团在纸面后面，横放 的基团在纸面前面，,费歇尔投影式,立体透视式,2.把碳链放在竖放位置，编号小者在上端。,3.向纸面投影，用实线表示共价键，相交处为C*,不写 出来，其余四个基团写出来。,将下列立体透视式转化成Fisher式,练习：,2.手性碳构型的标记,（1）D-L构型标记法,OH在右边的构型()规定为D型，OH在左边的构型()规定为L型。,以甘油醛（2,3-二羟基丙醛）为参照标准。,如何区分下列一对对映异构体?,其它化合物，在保持手性碳构型不变的化学转化过程中，可由D型甘油醛转化来的化合物就是D型的，可由L型甘油醛转化来的化合物就是L型的。,把手性碳连接的四个基团a、b、c、d按“顺序规则”排列，若abcd，把最不优的原子或基团d远离观察者，a,b,c朝向观察者。正像司机面对汽车方向盘，a,b,c在盘上。,（2）R-S构型标记法,手性碳 S-构型，用S表示,手性碳 R-构型用R表示,将下列立体透视式转换成Fisher式，并用R或S标记下列化合物的构型。,R构型,R构型,学会顺利的判断Fisher式的手性碳构型.,S,R,S,用S/R 标记下列化合物的构型,D构型不一定是R构型，L构型也不全是S构型。在D-L标记中，在化学转化过程中手性中心构型 不变化产物构型标记不变化。在R-S构型标记中，在化学转化过程中即使手性 中心的绝对构型不改变，产物构型的标记有可能 改变。,（3）几点注意：,S构型,R构型,下列化合物仅是构型有差别,那么如何区分呢?,如何命名呢？,（4）含有手性碳化合物的命名标记,命名时要将 R、S 或D、L放到名称前并用“-”隔开。,S构型,R构型,（2S）-2,3-二羟基丙醛,（2R）-2,3-二羟基丙醛,例如：,（2R,3R）-2-羟基-3-氯丁二酸,（2S,3S）-2,3-二羟基丁二醇,要分别判断每个手性碳的构型是R 或S。,如果分子中有多个手性碳呢?,（5）分子构型标记与旋光性的关系,手性碳的构型是由顺序规则确定的；R,S-构型标记也是相对的；手性化合物的旋光方向是由实验测得的。,因此，构型标记与旋光方向无必然的联系。,1.命名下列化合物（包括构型）。,（R）-2丁醇,（R）-1-丁烯-2-醇,练习题,3.4 含多个手性碳原子的光学异构现象,1.含有两个不相同手性碳原子的化合物,与或、与或是非对映体。,和、和互为对映体。,2.含有两个相同手性碳原子的化合物,(1)光学异构体的数目：2,3-二羟基丁二酸,一对对映异构体,同一化合物,III（IV）分子内有一对称面，非手性化合物，无旋光性。,内消旋体：单一化合物，分子内部自身旋光性抵消。,用“meso-”表示。命名时在名称前加“meso-”，内消旋体也看成旋光异构体。,内消旋体,3.含有多个不相同手性碳的化合物,光学异构体数目=,2n(n为不相同手性碳原子数目),例如：有CA CB CD 三个手性碳的化合物，有 异 构体（4对对映体）：,8个,3.5 碳环化合物的对映异构现象,反式结构是手性分子，有一对对映体。在顺式结构中有对称面,是内消旋化合物,无旋光性；,1,2-环丙烷二甲酸,反-1，2-环丙烷二甲酸,顺-1，2-环丙烷二甲酸,顺式分子中有对称面，是内消旋化合物；反式分子有一对对映体;共3个光学异构体。,1,2-二甲基环己烷的光学异构,内消旋体,对映异构体,1-氯-2-溴环己烷有几个光学异构体呢?,有两个不相同的手性碳原子，两对对映体，四个光学异构体。,1.写出下列化合物的手性中心及对映体的费歇尔投影式：,练习题,*,*,2.下列化合物有多少个构型异构体？命名下列化合物。,4个,4甲基2羟基3己烯酸,4甲基2羟基5氯3己烯酸,8个,（2R,3E）,（2R,3E,5S）,3.下列化合物有多少个手性碳和构型异构体？,0，2个,1，4个,4，16个,