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高二化学竞赛辅导安排表2011 9 立体化学 一 同分异构简介 二 顺反异构简介 目录 三 构象异构简介 四 旋光异构简介 一 同分异构现象 异构现象 构造异构 立体异构 碳链异构 位置异构 类别异构 顺反 构象 旋光 含有双键的化合物或环状化合物 均可能有顺反异构体 例如 二 顺反异构简介 IUPAC InternationalUnionofPureandAppliedChemistry 命名原则使用E Z表示双键顺反异构体 当双键两端两个较优基团处在双键同侧时 称Z构型 反之 处在异侧时 称E构型 例 次序规则 a 原子按原子序数的大小排列 同位数按原子量大小次序排列I Br Cl S P O N C D Hb 对原子团来说 首先比较第一个原子的原子序数 如相同时则再比较第二 第三 以此类推 c 如果基团含有双键或三键时 则当作两个或三个单键看待 认为连有两个或三个相同原子 O 按IUPAC命名法 的正确名称是什么 A Z Z 3 叔丁基 2 4 己二烯B 反 顺 3 第三丁基 2 4 己二烯C E Z 3 叔丁基 2 4 己二烯D 1 4 二甲基 2 叔丁基 1 3 丁二烯 环状化合物一般用顺 反或cis trans表示其顺反异构体 三 构象异构简介构象异构体是指由 键旋转而产生的分子中基团在空间的不同排布方式 构象异构体可通过单键旋转而相互转变 因此 一般情况下 构象异构体无法分离 例1 乙烷的几个极端构象 例2 丁烷的几种极端构象 例3 环己烷的椅式和船式构象 四 旋光异构 这两个异构体是互相对映的 互为物体与镜像关系 故称为对映异构体 手性异构 平面偏振光 只在一个平面上振动 光波振动方向与前进方向示意图 二 分子的对称因素 手性和旋光活性手性分子 不能和其镜像完全重叠的分子 手性碳 连有四个不同原子或基团的碳原子 前手性碳 可通过化学反应变成手性碳的非手性碳原子 对称因素 1 对称面 将一个平面通过某个分子从而把分子分为实物和镜像两部分 则此分子有一个对称面 2 对称中心 如果通过分子中一个假设点的所有直线在其距离相等 方向相反的地方都能遇到相同的原子或基团 则此假设点为分子的对称中心 具有对称面或对称中心的化合物都是对称分子 不具有旋光性 不具有任何对称因素的分子不能和其镜像重叠 是手性分子 三 含一个手性碳原子的化合物1 对映体和外消旋体含一个手性碳的化合物有二个立体异构体 二者除对偏振光的作用方向不同外 其它物理性质完全相同 这二者称为对映体 等量的左 右旋体混合物称外消旋体 外消旋体物理性质一般与左 右旋体不同 2 投影式 Fischer投影式书写规则 1 分子的主链放直立方向 编号小的碳原子置于上方 2 以十字表示手性碳和它的四个价键 同时规定水平的二个价键伸向纸面前方 而竖线伸向纸面后方 3 投影式只能在纸平面上旋转90o的偶数倍 不能转90o的奇数倍 也不能离开纸面翻转 否则构型发生改变 例 3 构型的命名方法 用R S命名法确定手性分子的构型方法如下 1 判断手性碳上四个基团的优先次序 假设为a b c d 2 将透视式中最小的基团d置于离观察者最远的方向 这时a b c三个基团必面向观察者 3 观察从最大基团a到b到c的排列方向 如顺时针旋转 则为R构型 逆时针则为S构型 Fischer投影式判断构型的方法 1 当最小的基团位于竖直键时 另三个基团大小次序如顺时针排列 则为R构型 反之S构型 2 当最小的基团位于水平键时 另三个基团大小次序如顺时针排列 则为S构型 反之R构型 四 含两个手性碳原子的化合物1 含两个不同手性碳原子的化合物 氯代苹果酸有两个手性碳 共有两对对映体 1 非对映异构体上面氯代苹果酸的四个异构体中I和III或IV II和III或IV之间既不相同又不是对映体 这样的异构体称非对映异构体 非对映体物理性质不同 化学性质相似 例 IIIIIIIVMp145oC145oC157oC157oC a D 7 1o 7 1o 9 3o 9 3o 2 旋光异构体的数目含n个不同手性碳的开链化合物存在2n个旋光异构体 如葡萄糖含4个不同手性碳 有24 16个旋光异构体 这已为试验所证实 2 含两个相同手性碳的化合物酒石酸分子中有二个相同的手性碳 异构体I和II互为对映体 而III在纸面上转180o就和IV重叠 所以III和IV为同一结构 1 内消旋体结构式III所表示的分子具有手性碳 但整个分子有对称面 是非手性的 这种含有手性碳的非手性分子称内消旋化合物 用meso表示 五 不含手性碳原子的旋光化合物1 含有非碳手性原子的化合物 连有三个不同取代基的叔胺为不对称分子 但由于其构型在室温可自由翻转 无法分离出单一对映体 因而无光学活性 当氮原子被桥环所固定时 翻转受阻 则可分离出有光学活性的不对称叔胺 2 不含手性原子的手性分子 1 丙二烯型化合物 丙二烯相邻二个双键所在平面相互垂直 当每一端碳上连有不同取代基时 分子为非对称的手性分子 螺环化合物也可产生相似的情况 2 联苯型化合物 联苯型化合物产生旋光的条件是同一苯环上的二个取代基不同 并且由于取代基空间阻碍 二个苯环不能共平面 而当俩苯环上碳与取代基a b a b 的中心距离之和大于2 90Ao 这个化合物就有可能被拆分成旋光异构体 六 环状化合物的立体异构1 环丙烷 1 具有二个不同取代基 2 具有二个相同取代基 2 环丁烷1 2 二取代环丁烷与1 2 二取代环丙烷类似1 3 二取代环丁烷情况则不同 以上几个例子可见1 3 取代环丁烷都有对称面 不具有旋光性 它们没有手性碳 只是顺反异构体 不是内消旋体