分子对称性和手性分子ppt课件.ppt

分子的对称性与手性分子 汇报人 代卫国 1 自然界中的对称性 2 建筑中的对称性 3 生活中的各种对称性 4 微观世界的对称性 5 分子的对称性MolecularSymmetry 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 11 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 12 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 13 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 14 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 15 2 Cnv群 判据 Cn n v 例1 H2O 全部对称元素 C2 2 v属C2v H2S SO2 NO2等V型分子均属于C2v群 16 例2 NH3全部对称元素C3 3 v属C3v群 C3v群分子呈三角锥形 17 例3 不具有对称中心的线型分子 全部对称元素 C 属C v点群 18 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 19 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 20 5 Dnh群 判据 Cn nC2 Cn h 例 乙烯全部对称元素 3C2 3 i属D2h群 21 6 Dnd群 判据 Cn nC2 Cn 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 22 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 23 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 24 9 Th群 判据 4C3 3C2 h 或i 独立的对称元素 4C3 3C2 3 h i Td T和Th群也称正四面体群 TetrahedralPointGroups 10 T群 独立对称元素有4C3 3C2 25 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 26 13 Ih群 全部对称元素 6C5 10C3 15C2 15 i 27 14 Cs群 只含一个镜面 15 Ci群 只含一个对称中心 28 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 29 分子常见点群判别 30 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 31 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CnDnT 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 32 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 33 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 34 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 35 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 36 D 乳酸 L 乳酸 注 化合物构型与旋光方向无对应关系 37 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a b d旋转 顺时针方向 R构型 逆时针方向 S构型 38 如 甘油醛一对对映体 顺 逆 OH CHO CH2OH R 甘油醛 S 甘油醛 39 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 40 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 41 当分子中有n个不相同C 则有2n个旋光异构体 C2 OH CHClCO2H CO2H HC3 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 42 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 43 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 44 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 45 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