含手性轴及手性面的化合物的对映异构(D).doc

教学目的：掌握构型异构的另一种异构-对映异构 教学重点：手性分子的识别与标记 教学安排：A3，B3 C3一、手性分子的概念 1、手性:把左手放到镜面前，左手的镜像与右手相同。左、右手的关系是实物与镜像的关系-相对映而不重合 手性：物质与镜像相对映而不重合的性质称为手性或称为手性征。手性分子：具有手性的分子称为手性分子或称为手性征分子。手性分子最大特征是具有旋光性（见5节）。非手性分子：不具有手性的分子称为非手性分子。判断分子的手性：判断分子是否有手性，用镜子。分子与其镜像重合称为非手性分子，分子与其镜像不重合称为手性分子。 2、分子的手性中心 乳酸分子模型乳酸分子的两个模型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。乳酸分子的中心碳原子上连有四个不同的原子和基团（H，CH3，OH和COOH），具有不对称性。称为不对称碳原子或手性碳原子，用“*”表示。它是分子的不对称中心或手性中心。3、对映异构现象两个乳酸的分子式相同，分子构造也相同，但分子中原子和基团在空间排列不同，形成实物与镜像的关系，这种现象称为对应异构现象；具有对应异构现象的分子称为对映异构体。在后面将会看到在手性环境中，这两个对映异构体的性质是不同的。二、分子的对称性与手性对复杂的分子“用实物与镜像能否重合判断分子是否有手性”很困难。实物与镜像不能重合是因为分子中缺少对称因素。与分子是否存在手性有关的对称因素主要是对称面和对称中心。1、对称面能把分子切成互为镜像的两半的平面，称为分子的对称面，常用（） 表示，如下图： 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CHCl3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。苯分子有七个对称面，即通过正六边形对边中点与分子平面垂直的三个平面，通过正六边形对角与分子平面垂直的三个平面，另一个是六个碳原子六个氢原子所在的分子平面。顺1，3-二甲基环丁烷有两个对称面，即通过四边形对角与四边形平面垂直的两个平面。 2、对称中心若分子中有一点“i”，分子中任何一个原子或基团i点连线，在其延长线的相等距离处都能遇到相同的原子或基团，i点是该分子的对称中心。如下图 ： 苯、反-1，3-二甲基环丁烷和反-2，3-二氯-2-丁烯都有对称中心。具有对称面、对称中心的分子都是非手性分子，其与镜像能重合。三、手性碳的构型表示与标记手性碳的构型表示式要求能把分子中的原子或基团在空间的排列清楚而简洁地表示出来。 手性碳构型表示式有三种:球棒式：把碳原子、与碳相连的原子或基团画成球，标出化学符号，用棒表示共价键。这种表示清楚、直观、书写麻烦。 立体透视式：手性碳放在纸面上，粗实线或楔线（、）连接的原子或基团在纸面前，用虚线（）连接在纸面后的原子或基团，用细实线（）连接在纸面上的原子与基团。这种表示清楚、直观、书写麻烦。费歇尔投影式: 以手性碳为中心，竖放的基团在后面横放的基团在前面，碳链在竖放位置，编号小者在上端，然后四个基团向纸面投影，用实线表示共价键，相交处为C*,C* 不写出来，其余四个基团写出来。这种表示清楚、书写也比较方便。上述三种表示方法是等价的四、手性碳构型的标记 手性碳构型三种表示式可用于书面表示不能用于口头表示，也不便命名。必须规定构型标记，有两种标记方法，在命名时写在名称前。 1、D-L构型标记法 D-L（是拉丁字Dextro和Leavo 的字首，D意为“右”，L 意为“左”。）标记法是以甘油醛（2,3- 二羟基丙醛CH2OHCHOHCHO ）为参考标准。 在费歇尔投影式中，手性碳上的-OH 在右边的（I ）规定为D 型，-OH 在左边的（II ）是L 型。 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。 例：从D甘油醛氧化得到的甘油酸是D 型，从L 甘油醛氧化得到的甘油酸是L 型。因为在氧化过程中不涉及手性碳的构性。这种标记 是相对的，在有机化学发展的初步应用普遍 ，现在主要在糖类化合物（O 章）和蛋白质（P 章）还有应用。2 、R-S 构型标记法R-S 标记法是广泛使用的方法。把手性碳连接的四个原子 或基团a ，b ，c ，d 按“顺序规则”（见B3节）排列，若a b c d ，把最不优的原子或基团d 远离观察者，a ，b ，c 朝向观察者。正象司机面向汽车方向盘，a ，b ，c 在盘上。若a bc是顺时针方向转，手性碳原子为R-构型，用R表示 ；若a bc是逆时针方向转，手性碳原子为S-构型，用S表示 。例：D-L标记的D、L甘油醛在R-S标记中分别为S-构型和R-构型 注意： 1.D构型不一定是R构型，L构性也不全是S构型2.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3.R-S构型标记中，在化学转化过程中即使手性中心构型不改变，产物构型的标记有可能改变。如： 已明确构型的手性化合物在命名时要将（R）、（S）或D、L放到名称前并与名称间用半字线“-”隔开。如果分子中有多个手性碳，要分辨判断每个手性碳的构型是R或S。命名时将手性碳位置与R或S一起放在括号内，写到名称前面。例： (2R,3S)-2-羟基-3-氯丁二酸(2S,3S)-丁二酸五、费歇尔投影式与分子构型书写费歇尔投影式时明确规定，竖放的基团伸向纸面后方，横放的基团伸向纸面前方。费歇尔投影式在纸面上转180 度，保持分子的构型不变化。费歇尔投影式在纸面上转90 度或270 度，改变了横线与竖线的关系也就改变了原来的构型。费歇尔投影式也不能离开纸面翻转180 度，这样也改变了原来的构型。例1 例