《同分异构现象》PPT课件

分子的结构,分子中原子间相互的结合称为分子的结构。分子结构包含构造、构型和构象三个层次。,构造组成分子的原子的种类数目及成键顺序。,构型组成分子的原子的空间排列方式。,构象成键原子或基团绕键旋转产生不同的空间排列方式。,1.几个基本概念：,第三章有机化合物的同分异构现象,同分异构,构造异构,立体异构,（按空间排列方式）,同分异构的类型,（按成键顺序方式）,3.1构造异构现象,分子式相同，分子中原子相互连接顺序和方式不同，产生不同的碳链或碳环现象。,构造异构现象：,3.1.1碳架异构现象,定义：分子中碳原子相互连接的顺序和方式不同，构成不同的碳链或碳环，称为碳架异构。,用逐步缩短碳链的方法推导碳架异构体数目,（1）写出最长直链构造式：,（2）缩掉一个C，再接到缩短后的不同碳上，相当于：,链烷烃碳架异构体的推导,以庚烷为例说明推导过程：,（3）缩掉两个C（相当于一个-C-C或两个-C）接到缩短后的碳链上：,（4）缩掉三个-C,或一个-C和一个-C-C或一个-C-C-C或一个-C-C2接到缩短的原碳链上：,方法：逐步缩小碳环，缩下来的碳，连到缩小后的碳环的不同位置上，写出环烷烃碳架异构体。,环烷烃碳架异构体数目推导,3.1.2官能团位置异构现象,例1.丁烷有两个碳架异构体，可形成多少个一元醇的异构体?,定义：官能团取代碳架异构体中的不同氢原子，形成了官能团位置异构现象。,例2.在丁烷碳架异构体各碳上引入双键或三键，可形成哪些官能团位置异构体?,表现在官能团相对位置不同，如溴代环己烯有三个异构体：,1-溴环己烯,3-溴环己烯,4-溴环己烯,多官能团化合物的官能团位置异构:,3.1.3官能团异构现象,定义：分子式相同，构成官能团的原子连接顺序和方式不同，形成不同的官能团，进而形成不同类型的化合物，构成官能团异构体。,例1.分子式为C3H6的化合物:,例2.分子式为C2H6O的化合物:,想一想,分子式为C2H4O的化合物，可以是哪些化合物呢？,乙醛乙烯醇环氧乙烷,3.1.4互变异构现象,例1.酮与烯醇间互变异构:,定义：在常温下，不同官能团异构体处于动态平衡之中，能很快地互相转变，称为互变异构现象。,醛酮的互变异构,+,构型异构现象:分子中原子成键的顺序相同，而原子或基团在空间排列方式不同产生的异构现象。,3.2几何异构现象,H,H,H,H,定义:分子中原子成键的顺序相同，原子或基团在键平面或环状分子平面两边排列方式不同产生的异构现象。,3.2.1含双键化合物的几何异构现象,双键阻碍了形成双键的原子绕两原子轴线旋转，使两原子上连的不同原子或基团出现了不同空间排列，即出现了顺反异构现象。,（1）双键的两个碳原子上各连有不同的两个原子或基团时，有两种空间排列方式，形成两种异构体，顺式和反式。,1.含C=C双键化合物的几何异构,（2）当双键上连有四个不同原子或基团时，也有两种排列，形成两个异构体：,如何对这两个异构体进行区分呢？如何命名呢？,命名方法：,按照“顺序规则”确定哪个是“较优”原子或基团；,较优基团分别为，,较优基团,Z-异构体,E-异构体,命名时，Z、E放到括号中，放到名称前面。,顺-2-丁烯,（Z）-2-丁烯,反-2-丁烯,（E）-2-丁烯,例如：写出下列化合物的完整名称,请思考：顺式一定是Z式，反式一定是E式吗？,顺-3-甲基-2-戊烯,（E）-3-甲基-2-戊烯,顺/反，Z/E是两种命名方法，顺式不完全是Z式，反式也不完全是E式。,顺/反法:,Z/E法:,分别判断每个双键的Z、E构型。,含有多个双键化合物的命名,命名时，低位号者写在前面，中间用逗号隔开，放括号中，写在名称之前。,若有选择时，编号由Z型双键开始（Z优先于E）。,2,5庚二烯1，7二酸,（2Z,5E）,2.含C=N双键化合物的几何异构,有机化合物亚胺、肟、腙，羰基缩氨基脲等化合物分子中含C=N键，有Z、E-异构体。,3.含N=N键化合物的几何异构,偶氮化合物含有N=N键，N上两个基团在键同侧的为顺式或Z式，在异侧的为反式或E式：,3.2.2含碳环化合物的顺反异构现象,碳环看作一个平面，取代基有在平面上、下之分，出现顺反异构现象。,顺-1，3-二氯环戊烷,反-3-氯环戊基甲酸,下列化合物是否有顺反异构体？有多少个?,没有,2.,1.,没有,3.,有2个顺反异构体,其中之一：,4个,4.,1.偏振光,3.3.1旋光性和比旋光度,偏振光：一束普通光通过尼克耳棱镜时，只有在与棱镜晶轴平行的那个平面振动的光才能通过，透过的光称为平面偏振光。简称偏光。,3.3对映异构现象,偏振面：偏振光振动的平面称为偏振面。,2.旋光性物质与比旋光度,旋光性物质：使偏光振动平面旋转角度的物质，有旋光性。,旋光度：偏振光振动方向的旋转角度，用“”表示。,非旋光性物质：不能使偏光振动平面旋转的物质，无旋光性。,右旋物质:能使偏振光的振动方向向右旋的物质.通常用“d”或“+”表示右旋。左旋物质:能使偏振光的振动方向向左旋的物质.,通常用“l”或“-”表示左旋。,3.比旋光度,:测得的旋光度C:试样质量浓度，或纯液体密度，单位gmL-1l:盛样管长度，单位dmt:试样温度，单位:光源波长，通常钠光源，用D表示，波长589nm,是旋光性物质的一个物理常数，可以定量地表示物质的旋光能力。,.,1.手性,3.3.2手性和对映异构体,左、右手的关系实物与镜像的关系，相对映而不能同向重合。,物质与其镜像相对映而不重合的性质。,手性分子：具有手性的分子称为手性分子。非手性分子：不具有手性的分子称为非手性分子。,2.分子的手性与旋光性,凡是手性分子都具有旋光性。,有旋光性分子都具有手性的结构特征。,3.对映异构体和外消旋体,（1）手性碳原子,定义:与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。,是分子的不对称中心或手性中心。,判断下列化合物有无手性碳:,手性碳：连接四个不相同的原子或基团的碳.,不相同:包括构造,几何构型和同位素的不同.,没有,有,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。,肌肉中得到的乳酸,乳酸分子:,偏光向右旋,乳酸,（2）对映异构体,对映异构现象:两个化合物分子式相同，分子构造也相同，但分子中原子和基团在空间排列不同，形成实物与镜象的关系，这种现象称为对映异构现象；,对映异构体:具有对映异构现象的分子称为对映异构体。,例如：,氯碘甲烷磺酸,氯丁烷,对映体性质比较,1.在非手性环境中，对映体的性质相同，熔点、沸点、溶解度、转化速率等均相等。,2.在手性环境中，对映体的性质不同。如在偏光下旋光性不同；在手性试剂中转化速率不同。,偏光向右旋,偏光向左旋,定义:等量的左右旋对映异构体的混合物称为外消旋体。旋光性消失，不使偏振光发生偏转。例如:等量(-)-乳酸和(+)-乳酸混合，得到的混合乳酸无旋光性，称为外消旋乳酸,外消旋体,外消旋化,分子结构是否对称,思考：如何判断一个分子是否具有手性呢？,如果有一个“平面”，可以把分子切成互为镜象的两半，这个平面就是该分子的对称面。如:,有对称面的分子(氯乙烷),(1)对称面,有对称面的分子：无手性，无对映异构现象。,3.3.3.分子的对称性与手性,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。,若分子中有一点“P”，分子中任何一个原子或基团与P点连线，在其延长线的相等距离处都能遇到相同原子或基团，P点就是该分子的对称中心。,（2）对称中心,有对称中心的分子：无手性，无对映异构现象。,3.3.4手性碳的构型表示式与标记,(a)球棒式,(b)立体透视式,(c)费歇尔投影式,1.构型表示式,费歇尔投影式：,1.以手性碳为中心，竖放的基团在纸面后面，横放的基团在纸面前面，,费歇尔投影式,立体透视式,2.把碳链放在竖放位置，编号小者在上端。,3.向纸面投影，用实线表示共价键，相交处为C*,不写出来，其余四个基团写出来。,将下列立体透视式转化成Fisher式,练习：,2.手性碳构型的标记,（1）D-L构型标记法,OH在右边的构型()规定为D型，OH在左边的构型()规定为L型。,以甘油醛（2,3-二羟基丙醛）为参照标准。,如何区分下列一对对映异构体?,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。,把手性碳连接的四个基团a、b、c、d按“顺序规则”排列，若abcd，把最不优的原子或基团d远离观察者，a,b,c朝向观察者。正像司机面对汽车方向盘，a,b,c在盘上。,（2）R-S构型标记法,手性碳S-构型，用S表示,手性碳R-构型用R表示,将下列立体透视式转换成Fisher式，并用R或S标记下列化合物的构型。,R构型,R构型,学会顺利的判断Fisher式的手性碳构型.,S,R,S,用S/R标记下列化合物的构型,D构型不一定是R构型，L构型也不全是S构型。在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。在R-S构型标记中，在化学转化过程中即使手性中心的绝对构型不改变，产物构型的标记有可能改变。,（3）几点注意：,S构型,R构型,下列化合物仅是构型有差别,那么如何区分呢?,如何命名呢？,（4）含有手性碳化合物的命名标记,命名时要将R、S或D、L放到名称前并用“-”隔开。,S构型,R构型,（2S）-2,3-二羟基丙醛,（2R）-2,3-二羟基丙醛,例如：,（2R,3R）-2-羟基-3-氯丁二酸,（2S,3S）-2,3-二羟基丁二醇,要分别判断每个手性碳的构型是R或S。,如果分子中有多个手性碳呢?,（5）分子构型标记与旋光性的关系,手性碳的构型是由顺序规则确定的；R,S-构型标记也是相对的；手性化合物的旋光方向是由实验测得的。,因此，构型标记与旋光方向无必然的联系。,1.命名下列化合物（包括构型）。,（R）-2丁醇,（R）-1-丁烯-2-醇,练习题,3.4含多个手性碳原子的光学异构现象,1.含有两个不相同手性碳原子的化合物,与或、与或是非对映体。,和、和互为对映体。,2.含有两个相同手性碳原子的化合物,(1)光学异构体的数目：2,3-二羟基丁二酸,一对对映异构体,同一化合物,III（IV）分子内有一对称面，非手性化合物，无旋光性。,内消旋体：单一化合物，分子内部自身旋光性抵消。,用“meso-”表示。命名时在名称前加“meso-”，内消旋体也看成旋光异构体。,内消旋体,3.含有多个不相同手性碳的化合物,光学异构体数目=,2n(n为不相同手性碳原子数目),例如：有CACBCD三个手性碳的化合物，有异构体（4对对映体）：,8个,3.5碳环化合物的对映异构现象,反式结构是手性分子，有一对对映体。在顺式结构中有对称面,是内消旋化合物,无旋光性；,1,2-环丙烷二甲酸,反-1，2-环丙烷二甲酸,顺-1，2-环丙烷二甲酸,顺式分子中有对称面，是内消旋化合物；反式分子有一对