有机化学第2章 烷烃和环烷烃.pdf

立体异构 在分子构造相同的情况下 由于组成分子 的原子或基团的空间排列状态不同引起的异构现象 立体异构 在分子构造相同的情况下 由于组成分子 的原子或基团的空间排列状态不同引起的异构现象 1 对映异构现象对映异构现象 同分异构同分异构 构造异构 立体异构 构造异构 立体异构 构型异构 构象异构 构型异构 构象异构 顺反异构 对映异构 顺反异构 对映异构 第三章 对映异构 第三章 对映异构 Enantiomerism 手性手性chirality 手征性 互为实物与镜象关系 彼 此不能重合的现象 手征性 互为实物与镜象关系 彼 此不能重合的现象 如图左右手如图左右手 产生对映异构现象的结构依据是手性产生对映异构现象的结构依据是手性 手性关系 图 手性关系 图 a 左 右手 互为镜象与 实物关系 左 右手 互为镜象与 实物关系 b 左 右手 不能重合 左 右手 不能重合 2 具有一个手性中心的分子具有一个手性中心的分子 1 手性分子和对映体 手性分子和对映体 乳酸乳酸 a b 互为镜像和实物 不能重合 手性分子 不能与其镜像重合的分子 称为手性分子 互为镜像和实物 不能重合 手性分子 不能与其镜像重合的分子 称为手性分子 手性碳原子手性碳原子 chiral carbon atom 又称 手性中心又称 手性中心 chiral center 又称不对称碳原子又称不对称碳原子 定义 与四个不相同的原 子或基团相连的碳原子 定义 与四个不相同的原 子或基团相连的碳原子 a carbon bonded to four different groups 通常用星花标示 通常用星花标示C 乳酸分子中的乳酸分子中的 C2 所连的四个基团 所连的四个基团 COOH OH CH3 H 均不相同 故 均不相同 故C2是手性碳原子 是手性碳原子 CH 3 C H O H C O O H 对映异构体 由于分子的不对称性 产生彼此互为 镜象关系 就象我们的左手和右手一样 相似而不 能重合的一对立体异构体 称为对映异构体 简称 为对映体 对映异构体 由于分子的不对称性 产生彼此互为 镜象关系 就象我们的左手和右手一样 相似而不 能重合的一对立体异构体 称为对映异构体 简称 为对映体 enantiomer 有一个有一个C 的化合物具有一对对映的化合物具有一对对映体体 2种构型种构型 乳酸乳酸a b互为对映体 互为对映体 C OH H C H 3 C O O H C H CH 3 O H C O O H a b 有有一个手性碳一个手性碳的化合物的化合物 1 必定是手性分子 必定是手性分子 2 具有对映异构现象 具有对映异构现象 3 有一对对映体 有一对对映体 顺反异构 对映异构 顺反异构 对映异构 异构体之间不能相互转化 需要键 的断裂 注意 在立体异构中 异构体之间不能相互转化 需要键 的断裂 注意 在立体异构中 构象异构构象异构 异构体之间可以通过 键的旋转相互转化 异构体之间可以通过 键的旋转相互转化 一对对映体具有以下特性 一对对映体具有以下特性 1 物理性质相同 化学性质相同 物理性质相同 化学性质相同 除与 手性试剂反应外 除与 手性试剂反应外 2 对偏振光的偏振面的作用不同 生 物活性不同 对偏振光的偏振面的作用不同 生 物活性不同 2 手性与对称性 手性与对称性 对称元素对称元素 通过某种对称操作后 和原来的立体形象完 全重合时 称为该分子具有某种对称元素 对称轴 通过某种对称操作后 和原来的立体形象完 全重合时 称为该分子具有某种对称元素 对称轴Cn symmetric axis 在分子内可以找到一个轴 当分子沿着这个轴转动 在分子内可以找到一个轴 当分子沿着这个轴转动2 n 得到的分子形象与原来的 完全重合 此轴称为 得到的分子形象与原来的 完全重合 此轴称为n重对称轴 重对称轴 对称面 对称面 symmetric plane 能将分子结构剖成互为镜像 的两半的面 能将分子结构剖成互为镜像 的两半的面 对称中心对称中心 i symmetric center 当分子的任一个原子 基团 到某一假想点 当分子的任一个原子 基团 到某一假想点 i 的连线 再延长到等距离 处 遇到一个相同的原子时 这个假想的点就称为对称 中心 的连线 再延长到等距离 处 遇到一个相同的原子时 这个假想的点就称为对称 中心 两者不重合 是手性分子 有对映异构体 分子中无对称面 又无对称中心 是手 性分子 有对映异构体 分子中只有一个手性碳原子 一定是手 性分子 有对映异构体 有多个手性碳原子 另论 两者不重合 是手性分子 有对映异构体 分子中无对称面 又无对称中心 是手 性分子 有对映异构体 分子中只有一个手性碳原子 一定是手 性分子 有对映异构体 有多个手性碳原子 另论 综上所述 有三种方法判断一个化合物分子是否是 手性分子 即是否存在对映异构体 综上所述 有三种方法判断一个化合物分子是否是 手性分子 即是否存在对映异构体 1 分子与其镜象 分子与其镜象 2 有无对称面和 有无对称面和 对称中心对称中心 3 有无手性碳原子 有无手性碳原子 3 在实验室检测对映异构现象在实验室检测对映异构现象 1 平面偏振光 光线 自然光 是一种电磁波 横波 其振动的方向和前进的方向垂直 但可在空 间一切可能的平面上振动 平面偏振光 光线 自然光 是一种电磁波 横波 其振动的方向和前进的方向垂直 但可在空 间一切可能的平面上振动 平面偏振光 只在某一个平面上振动的光 偏振面 偏振光所在的平面 平面偏振光 只在某一个平面上振动的光 偏振面 偏振光所在的平面 旋光性 旋光性 optical activity 又称光学活性 能使平面偏振光的振动平面发生旋转的性质 手性分子能使平面偏振光的振动平面发生旋转 所以手性分子具有旋光性 又称光学活性 能使平面偏振光的振动平面发生旋转的性质 手性分子能使平面偏振光的振动平面发生旋转 所以手性分子具有旋光性 2 旋光性的测定和旋光角 旋光性的测定和旋光角 旋光角 偏振面被旋光性物质所旋转的角度 用 旋光角 偏振面被旋光性物质所旋转的角度 用 表示 表示 对着光看 顺时针 对着光看 顺时针 clockwise 右旋 符号 右旋 符号 表示 逆时针 表示 逆时针 counterclockwise 左旋 符号 左旋 符号 表示 表示 anticlockwise 所有旋光性的物质 不是左旋 就是右旋 所有旋光性的物质 不是左旋 就是右旋 目前在科研中还广泛使用自动旋光仪对被测化目前在科研中还广泛使用自动旋光仪对被测化 合物的旋光角和旋光方向进行直接显示测定 合物的旋光角和旋光方向进行直接显示测定 公式中 公式中 Dt旋光性物质的比旋光度 常用单位 旋光性物质的比旋光度 常用单位 ml g 1 dm 1 旋光性物质的旋光角 常用单位 旋光性物质的旋光角 常用单位 l 旋光管长度 常用单位旋光管长度 常用单位 dm B旋光性物质旋光性物质B的质量溶度 常用单位的质量溶度 常用单位g ml 1 比旋光度 在一定温度下 旋光管的长度为比旋光度 在一定温度下 旋光管的长度为 1dm 旋光物质 旋光物质B的质量浓度为的质量浓度为1g ml 1 光源波 长为 光源波 长为589nm 钠光 时的旋光角 钠光 时的旋光角 Dt l B 3 比旋光度比旋光度 一对对映体一对对映体 比旋光度绝对值相等 符号相反 其它物理性质相同 比旋光度绝对值相等 符号相反 其它物理性质相同 一对对映体的物理性质一对对映体的物理性质 物理性质物理性质 2 丁醇 丁醇 2 丁醇 丁醇 沸点 沸点 99 599 5 密度 密度 g cm 3 0 80800 8080 折射率折射率1 3951 395 比旋光度 比旋光度 mL g 1 dm 1 13 9 13 9 4 外消旋体外消旋体 外消旋体 外消旋体 racemicmixture 定义 一对对映体的等量混 合物 特点 无旋光性 物理性质与纯的单一对映体有差异 常用 或者 定义 一对对映体的等量混 合物 特点 无旋光性 物理性质与纯的单一对映体有差异 常用 或者 dl表示 表示 肌肉组织中分离的具右旋性 肌肉组织中分离的具右旋性 左旋乳酸杆菌使葡萄糖发酵的具左旋性 左旋乳酸杆菌使葡萄糖发酵的具左旋性 化学反应合成的是外消旋体 不具有光学活性 化学反应合成的是外消旋体 不具有光学活性 0 乳 酸乳 酸 1 含有 含有2个不相同手性碳原子的分子个不相同手性碳原子的分子 有有一个手性碳原子的化合物有 一个手性碳原子的化合物有 21 2 两 个对映异构体 一对对映体 有多个手性碳原子的化合物有两个以上的 对映体 最大数 两 个对映异构体 一对对映体 有多个手性碳原子的化合物有两个以上的 对映体 最大数 2n n为手性碳原子的个数 为手性碳原子的个数 5 具有两个或两个以上手性中心的分子具有两个或两个以上手性中心的分子 2 3 4 三羟基丁醛 有两个不相同的三羟基丁醛 有两个不相同的C 有 有 22 4 四个对映异构体四个对映异构体 CH 2 CHCH CH O O HO HO H 不相同手性碳原子 手性碳原子上所连的四个基团或原子与另一个手性碳 原子上所连的四个基团或原子不完全相同 不相同手性碳原子 手性碳原子上所连的四个基团或原子与另一个手性碳 原子上所连的四个基团或原子不完全相同 两对对映体两对对映体 a b c d非对映体非对映体 a c a d b c b d 非对映体 非对映体 diastereoisomer 彼此不成镜象关系的立 体异构体 彼此不成镜象关系的立 体异构体 非对映体的熔点 沸点 溶解度等都不相同 非对映体的熔点 沸点 溶解度等都不相同 因为有两个相同的因为有两个相同的C 只有 只有3 Br Cl SH OH NH2 CH3 D H 2 原子序数相同时 外推再比较其后面的原子的 原子序数 直至比出大小为止 原子序数相同时 外推再比较其后面的原子的 原子序数 直至比出大小为止 C CH3 CH3 CH3 CH CH3 CH3 CH2CH2CH3CH2CH3CH3 H C C C C C C C H C C H H C C H H C H H H C C H H C H H H 1 23456 3 当连接的基团有重键时 双键和叁键视为单 键的重复 苯基用 当连接的基团有重键时 双键和叁键视为单 键的重复 苯基用Kekele 式比较 式比较 CHCH 2 CCH CN C O H C O OH C C C H C C C C C N N N C O O H C O O O 1 2 3 4 5 2 R S 构型标记法构型标记法 R S 构型标记法广泛用于各种类型的手 性化合物构型的命名 构型标记法广泛用于各种类型的手 性化合物构型的命名 R S 构型标记法 构型标记法 1 按照顺序规则 排列手性碳原子相连的四个原子 或基 团的优先次序 如果优先次序 按照顺序规则 排列手性碳原子相连的四个原子 或基 团的优先次序 如果优先次序a b c d 2 将手性碳原子所连的优先性最低的原子或基团 如 将手性碳原子所连的优先性最低的原子或基团 如 d 置于远离视线的位置 然后观察朝向自己的另 外三个原子或基团 如 置于远离视线的位置 然后观察朝向自己的另 外三个原子或基团 如a b c为顺时针方向 则为为顺时针方向 则为R构 型 如 构 型 如a b c为逆时针方向 则为为逆时针方向 则为S 构型 构型 R 乳酸乳酸S 乳酸乳酸 C OH H CH 3 COOH 1 2 3 C OH CH 3 H HOOC 1 2 3 C Br Cl F H C H Br Cl H3CH2C S R 3 R S 标记法用于标记法用于Fischer投影式投影式 1 当末优基团在竖方向 即上或下 时 只须在 纸平面上沿最优 次优 再次优基团画圆弧 其走向 为顺时针为 当末优基团在竖方向 即上或下 时 只须在 纸平面上沿最优 次优 再次优基团画圆弧 其走向 为顺时针为R型 反之逆时针为型 反之逆时针为S型 型 Br H Cl CH 3 Cl Br CH 3 H 末优基团在竖方向末优基团在竖方向 Br Cl CH3 顺时针 顺时针 R 末优基团在竖方向末优基团在竖方向 Br Cl CH3 逆时针 逆时针 S 2 当末优基团处在横方向 即左或右 时 在纸 平面上沿最优 次优 再次优基团画圆弧 其走向 为顺时针为 当末优基团处在横方向 即左或右 时 在纸 平面上沿最优 次优 再次优基团画圆弧 其走向 为顺时针为S型 反之为逆时针为型 反之为逆时针为R型 型 H Cl Br CH 3 Cl CH 3 H Br 末优基团在横方向末优基团在横方向 Br Cl CH3 逆时针 逆时针 R 末优基团在横方向末优基团在横方向 Br Cl CH3 顺时针 顺时针 S 1 6 6 二硝基二硝基 2 2 联苯二甲酸联苯二甲酸 8 无手性碳原子的对映异构体无手性碳原子的对映异构体 2 丙二烯型对映异构 丙二烯型对映异构 丙二烯类化合物 丙二烯类化合物 C C C 的结构特点是与中 心碳原子相连的两个 键所处的平面 彼此相互垂 直 中心