《有机化学对映异构》PPT课件.ppt

第四章对映异构 4 1对映异构基本概念 4 2构型的R S命名 4 3不含手性碳原子化合物的对映异构 4 4含手性碳原子化合物的对映异构 4 5亲电加成反应的立体化学 4 6对映体的拆分 本章课程要求 掌握对映异构的基本概念 手性 手性碳原子 比旋光度 对映体 非对映体 内消旋体 外消旋体 掌握含手性碳原子化合物的对映异构的判定与命名 理解不含手性碳原子化合物的对映异构的判定 Fischer投影式的写法 掌握 与变换规则 理解 了解化学反应产物的立体化学原理 第六章烯烃 同分异构的分类 立体异构 几何异构 共价键旋转受阻而产生构象异构 因单键旋转而产生的立异对映异构 分子中手性因素而产生 4 1对映异构基本概念 一 平面偏振光和旋光性光波是电磁波 它的振动方向与其前进方向垂直 偏振光 二 旋光仪和比旋光度 入射光 透射光 样品管 2 旋光仪 钠光灯 平面偏振光 光平面旋转 起偏镜 样品管 检偏镜 旋光性 使偏振光偏振面旋转的能力旋光度 使偏振光偏振面旋转的角度旋光方向 右旋 左旋 比旋光度 3 比旋光度 旋光度 比旋光度 t 温度 光波长 c 样品浓度 g ml l 样品管长度 dm 3 79 乙醇 5 三 对映异构现象与分子结构的关系 酒石酸钠铵晶体 早期发现 1848年巴斯德 1 不对称碳 手性碳 手性分子 不对称碳 饱和碳原子上连有互不相同的四个原子或原子团 用 表示 手性 如果物质的分子和它的镜像不能重合 和我们的左右手相像 那么把物质的这种特征称为手性 手性分子 具有手性的分子 乳酸 标出手性碳 ChiralCarbon 毒芹碱 2 对映体 Enantiomers 非叠加镜面 对映体 镜面 一对对映体 互为镜像 对映体 3 手性和对称因素 微观分子也像许多宏观物体一样 具有对称性 存在对称因素 如 足球分子 C60 含20个正六边形和12个正五边形 C60 C70 C 60 C60 分子的手性 而不是手性碳 是其具有旋光性和对映异构现象的充分必要条件 要从分子模型判断分子手性 虽然直观 但很麻烦 因而从微观分子的对称性入手 1 对称面 该分子的对称面即分子平面 对称面 凡有对称面的分子 不具旋光性 也没有对映异构体 思考题 苯或环己烷分子有多少个对称面 2 对称中心 有对称中心的分子不具手性 无旋光性 3 对称轴 Cn Cn n 360 旋转度数 叫n重轴 对称轴不能作为分子有无光学活性的判据 正n边形有n重对称轴 一般地说 物质分子凡在结构上具有对称面或对称中心的 就不具有手性 也就没有旋光性 反之 同时不具有对称面和对称中心的 分子就有手性和旋光性 4 2构型的R S命名 1955年 Cahn Ingold Prelog 提出次序规则 按照次序规则确定手性碳原子所连四个基团的优先次序 假定为 如果除最小 优先次序排在最后 的基团外 从最小基团的对面观察 其它三个基团按顺时针排列的为R型 逆时针排列的为S型 构型的标定 基团优先顺序 单原子取代基按原子序数大小 原子序数大较优基团 同位素质量数大优先 多原子取代基第一个原子相同 依次比较与其相连的其它原子 含参键 双键的基团 假设双键碳分别与2个碳相连 双 三键碳原子 实例 1 实例 2 R S 实例 3 2S 3R 2 3 二氯丁烷 2R 3R 2 3 二氯丁烷 2S 3S 2 3 二氯戊烷 对映体 内消旋体 实例 4 构型标定实例 1 2 二取代环丙烷 4 3含手性碳原子化合物的对映异构 Fischer式 一 构型的表示方法 Fischer投影式的画法及其含义 把横向的基团朝外 竖向的朝里 编号小的基团 主要官能团 朝上 用光对准分子模型垂直纸面照射 手性碳用十字交差点表示 Fischer投影式 横外竖里 或 拥抱式 Fischer投影式的转换规则 一 不能离开纸面翻转 翻转180 变成其对映体 Fischer投影式的转换规则 二 在纸面上转动90 180 变成其对映体 构型不变 保持1个基团固定 而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置 构型不变 Fischer投影式的转换规则 三 任意两个基团调换偶数 奇数 次 构型不变 改变 举例 对照模型 二 含1个手性碳原子 有1对对映体 等量一对对映体的混合物 1 对映体 对映体 互为物体与镜象关系的立体异构体 含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子 含有两种不同的构型 是互为物体与镜象关系的立体异构体 称为对映异构体 简称为对映体 又称为旋光异构体 2 对映体与外消旋体 物理性质和化学性质一般都相同 比旋光度的数值相等 仅旋光方向相反 在手性环境条件下 对映体会表现出某些不同的性质 如反应速度有差异 生理作用的不同等 外消旋体 等量的左旋体和右旋体的混合物 一般用 来表示 对映体的异同点 外消旋体与对映体的比较 以乳酸为例 旋光性物理性质化学性质生理作用外消旋体不旋光mp18 基本相同各自发挥其左右对映体旋光mp53 基本相同旋体的生理功能 三 含两个手性碳原子化合物 1 含两个不同手性碳原子的化合物 对映异构类型 非对映体 非对映体 构造相同但不呈镜像对应关系的立体异构体 非对映异构体的特征 1 物理性质不同 熔点 沸点 溶解度等 2 比旋光度不同 3 旋光方向可能相同也可能不同 4 化学性质相似 但反应速度有差异 例 1与2 3与4对映体 1与3 4非对映体 3 氯 2 丁醇 2 含两个相同手性碳原子的化合物 内消旋体 分子内部形成对映两半的化合物 有平面对称因素内消旋体无光学活性 不可拆分 2 3 Dichlorobutane 例 内消旋体与外消旋体的异同 相同点 都不旋光不同点 内消旋体是一种纯物质 外消旋体是两个对映体的等量混合物 可拆分开来 从内消旋酒石酸可以看出 含个手性碳原子的化合物 分子不一定是手性的 思考题 有手性碳原子的化合物就有手性吗 没有手性碳原子的化合物就没有手性吗 4 4不含手性碳原子化合物的对映异构 一 累积双键 丙二烯型 例 1 3 二苯基 1 3 二 萘基 丙二烯 1935 例 4 甲基环己去氢基醋酸 1909年 二 阻转型化合物 1 联苯型化合物 a b c d 2 2 6 6 位上有体积较大的基团时 苯环间的单键不能自由旋转 两个苯环不能处于同一平面 例 基团的阻转能力大小 I2 Br2 Cl2 CH3 NO2 COOH NH2 OCH3 OH F H 2 螺环化合物 3 把型 柄型 化合物 亚 例 三 含杂原子化合物的对映异构 光学异构体数2n一个含n个相同手性碳原子的直链化合物 当n为偶数时 存在2 n 1 个对映异构体和2 n 2 1个内消旋体 当n为奇数时 存在2n 1个立体异构体 其中有2 n 1 2内消旋体 立体异构体的数目规律 4 5亲电加成反应的立体化学 一 实验结果 外消旋体内消旋体外消旋体外消旋体 二 加成反应立体化学解释 1 2 如何写烯烃加成产物的构型 反应物烯烃是平面构型 根据历程 把试剂分