分子对称性和手性分子.ppt
分子的对称性与手性分子,汇报人：代卫国,自然界中的对称性,建筑中的对称性,生活中的各种对称性,微观世界的对称性,分子的对称性Molecular Symmetry,什么是分子对称性？,分子对称性的定义：分子常常因含有若干相同原子或基团而具有某种对称性，如果分子经过某种对称操作后，与未经操作的原有分子无法分辨，则统称为分子对称性。,为什么要研究分子对称性？,研究的意义：1.能简明的表达分子模型2.可简化分子构型的测定工作3.帮助正确的了解分子的性质4.指导化学合成工作,如何描述分子的对称性？,分子的对称性是通过对称元素和对称操作来描述的,对称操作：不改变图形中任何两点的距离而能使图形复原的操作叫做对称操作；对称操作所依赖的几何要素(点、线、面)称为对称元素。分子中的四类对称操作及相应的对称元素如下:,1.分子的对称操作与对称元素,对称元素:旋转轴,对称操作:旋转,分子中若存在一条轴线，绕此轴旋转一定角度能使分子复原，就称此轴为旋转轴,符号为Cn.旋转可以实际进行，为真操作；相应地，旋转轴也称为真轴.,H2O2中的C2,(旋转轴上的椭圆形为C2的图形符号。类似地，正三角形、正方形、正六边形分别是C3、C4和C6的图形符号）,（1）旋转轴 和旋转操作,（2）镜面 和反映操作,分子中若存在一个平面，将分子两半部互相反映而能使分子复原，则该平面就是镜面，这种操作就是反映.,(3)对称中心 和反演操作,分子中若存在一点,将每个原子通过这一点引连线并延长到反方向等距离处而使分子复原,这一点就是对称中心i，这种操作就是反演操作.,映轴对应的对称操作是 旋转反映操作，即分子绕轴旋转360/n，再对垂直于该轴的镜面做反映而能使分子复原的操作,(4)映轴 和旋转反映操作,分子点群,在分子对称操作中，至少有一点保持不动(分子的所有对 称元素交于一点)，因此分子的对称操作群称为点群,1.Cn群,判据：只有一个Cn轴,例如：H2O2，只有一个C2 轴，属C2群,注意：C2轴位置在两O-O原子中点与两H原子的中点连线方向,2.Cnv群,判据：Cn+nv,例1.H2O：全部对称元素：C2,2v属C2v,H2S,SO2,NO2等V型分子均属于C2v 群,例2.NH3 全部对称元素C3,3v 属C3v群,C3v群分子呈三角锥形,例3：不具有对称中心的线型分子,全部对称元素：C，属Cv点群,3.Cnh群,判据：Cn+h,例1.反式二氯乙烯，全部对称元素C2,h,i 属 C2h群,C2分子平面,h过分子平面,必有i,4.Dn群,判据：Cn+nC2 Cn,例：部分交错式乙烷 对称元素:C3和3C2 属D3群,C2轴在两C-C原子中点与两H原子的中点连线,5.Dnh 群,判据：Cn+nC2Cn+h,例：乙烯全部对称元素：3C2,3,i 属D2h群,6.Dnd群,判据：Cn+nC2Cn+d,例：完全交错式乙烷(反式乙烷)全部对称元素：C3,3C2,3,i,属D3d 群,7.Sn群,判据：只存在一个Sn轴,例：1,3,5,7四甲基环辛四烯对称元素：S4轴，属于S4群,8.Td群,具有正四面体构型的分子全部对称元素：4C3,3S4,6例：甲烷,9.Th群：判据：4C3+3C2+h(或i)独立的对称元素：4C3、3C2、3h、i,Td、T和Th群也称正四面体群(Tetrahedral Point Groups),10.T 群：独立对称元素有4C3、3C2,11.Oh群：立方体、正八面体分子 全部对称元素：3C4,4C3,6C2,9,I 例：SF6,12.O群：全部对称元素：3C4,4C3,6C2,Oh和O群也称正八面体群,13.Ih 群,全部对称元素：6C5,10C3,15C2,15,i,14.Cs 群,只含一个镜面,15.Ci 群,只含一个对称中心,16.C1群,分子中仅有的对称操作是恒等操作，则分子属C1群事实上，绝大多数有机和无机化合物分子都属于C1群,Cs、Ci和C1群没有旋转轴因此有时将Cs、Ci和C1群称为无轴群,分子常见点群判别,分子的对称性及分子性质,1.对称性及偶极矩,(1)若分子仅有一个对称轴，则其偶极矩必须位于该轴上(2)分子中仅有一个镜面，则其偶极矩必须位于该面上(3)若分子中对称元素交于一条线，则其偶极矩必位于该交线上(4)若分子中的对称元素交于一点，则其偶极矩为零，分子为非极性分子,只有Cn(包括C1)、Cs和Cnv的分子有偶极矩对称元素是否相交于一点为分子是否存在偶极矩的判据,2.对称性与旋光性,旋光性：当平面偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被旋转了一个角度。这种能使偏振面旋转的性能称为旋光性。手性分子都具有旋光性,具有、i 和 S4 的分子无旋光性。只有Cn Dn T(4C3,3C2)有旋光性,凡是有对称中心和对称面的分子，必能与其镜像重合，则无旋光性；否则，有旋光性。,手性分子,定义：不能与其镜像重叠(有对映异构体)的分子称为手性分子。这种分子具有手性，正如左右手不能完全重叠一样。,乳酸分子即为手性分子，有对映体。乙醇没有对映体，因此是非手性分子。,与4个不同基团相连的碳原子称为手性碳原子(常用*C表示),正是这种碳原子使乳酸分子产生了手性。*C只是手性原子(又称手性中心)的一种。,乙醇,乳酸,一、旋光度与比旋光度,（一）旋光度,偏振面被旋光性物质所旋转的角度旋光度，用“”表示。,顺时针右旋，用“+”表示。逆时针左旋，用“”表示,方向,一般一对对映体旋光性相反，即大小相等，符号相反.,（二）比旋光度 用 表示，是旋光性物质的物理常数，对于鉴定和判断其纯度很重要。,二、构型标记法,（一）D、L命名法相对构型,规定：*C2-OH，右侧*C2-OH，左侧 D-甘油醛 L-甘油醛,D-(-)-乳酸,L-(+)-乳酸,*注：化合物构型与旋光方向无对应关系。,（二）R、S命名法绝对构型,按次序法则确定基团优先次序,构型命名：如a b d e，最小基团e对着观察者（最远），,沿abd旋转,顺时针方向R构型；,逆时针方向S构型,如：甘油醛一对对映体,顺,逆,OH CHO CH2OH,R-甘油醛,S-甘油醛,Question：D/L 法和 R/S 有什么联系吗？,D/L 法和 R/S 是两种不同的构型表示方法，二者间无直接逻辑联系，D和R以及L和S有时一致，有时不一致。,D-，R-D-，S-,三、外消旋体,由于一对对映体相等，但旋光方向相反。因此如等量混合后无旋光性。,外消旋体一对对映体的等量混合物，用“表示。,来源：肌肉 葡萄糖 酸牛奶(+)-乳酸()-乳酸()-乳酸,20D,+3.8 3.8 0,当分子中有n个不相同C*，则有2n个旋光异构体。,C2：-OH-CHClCO2H-CO2H-H C3:-Cl-CO2H-CHOHCO2H-H,(彼此不成镜像关系的旋光异构体非对映异构体),对映体,对映体,RR,SS,SR,RS,1、含两个不同手性碳的化合物,四、非对映体和内消旋化合物,非对映异构体,3,4为具有手性中心的非手性分子，称为内消旋化合物。,对映体,对映体?,C2及C3(相同手性碳)：-OH-CO2H-CHOHCO2H-H,非对映异构体,(光学异构体数目2n),相同化合物,外消旋体与内消旋化合物的区别,等量对映体的混合物叫做外消旋体。无旋光性。如果一个分子有两个或两个以上手性中心，并有一个内在的对称面，这个分子就叫做内消旋化合物，是非手性分子；而外消旋体是由具有手性的两个对映异构体等量混合而得的混合物。两者都无旋光性,但有本质不同。,具有对映而不能重合关系的一对分子彼此互称为对映异构体，简称为对映体；没有对映关系，构造相同、只是手性碳原子的构型不完全相同的光学异构体之间互称为非对映异构体。一个对映体和一个非对映体不能组成外消旋体，其物理性质也不同。,对映体与非对映体的区别,五、手性分子的生物作用,手性分子的一对对映体，在生理活性上作用有很大差异。如治疗帕金森病的药物多巴，存在一对对映体。只有（）-多巴有治疗作用。,如：,（+）-多巴（无生理效应）,（-）-多巴（抗帕金森病）,手性分子的立体结构与受体的立体结构(受体靶位)有互补关系时，其活性部位才能进入受体的靶位，产生应有的生理作用。而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理效应。,如：(1R,2R)-(-)-氯霉素有效，而其他对映体几乎无效，它们的抗菌活性为100:0.4。,手性分子与手性生物受体之间的相互作用,a.对映体的构型完全适合与受体靶位作用b.对映体不能合适地进入相同的受体靶位,谢谢！,
