重要内容对映异构PPT学习教案

1、会计学1 重要内容对映异构重要内容对映异构 同分异构同分异构 构造异构构造异构 碳链异构碳链异构 官能团异构官能团异构 官能团位置异构官能团位置异构 互变异构互变异构 立体异构立体异构 顺反异构顺反异构 构象构象异构异构 构型构型异构异构 光学异构光学异构 或或 旋光异构旋光异构 （对映异构）（对映异构） 第1页/共58页 3 一、对映异构（旋光异构）现象的发现及意义一、对映异构（旋光异构）现象的发现及意义 二、物质的旋光性和比旋光度二、物质的旋光性和比旋光度 三、分子的手性三、分子的手性(chirality)和对称性和对称性 与标记与标记 六、含两个六、含两个C*的开链化合物的旋光异构的开链

2、化合物的旋光异构 八、碳环化合物的旋光异构八、碳环化合物的旋光异构 第2页/共58页 4 其表示方法有三种：其表示方法有三种： （1）球棍式）球棍式 （2）立体透视式立体透视式 （3）Fischer平面投影式平面投影式 与标记与标记 第3页/共58页 5 CHO H CH2OH OH 第4页/共58页 6 其中：其中： c*及细实线表示在纸面上；及细实线表示在纸面上； 虚线虚线表示在纸面表示在纸面后方后方； 楔形楔形线表示在纸面线表示在纸面前方前方。 粗实线表示在纸面前方，粗实线表示在纸面前方， 虚线表示在纸面后方。虚线表示在纸面后方。 C CH3 COOH OH H * * CHOH CH3

3、 COOH 第5页/共58页 7 COOH CH3 OH H COOH CH3 HHO C CH3 COOH OH H * * C OH CH3 H COOH * * 第6页/共58页 8 其其交叉点交叉点为为C*， 四端连有四个不同的原子或基因。四端连有四个不同的原子或基因。 （主碳链为竖线，编号小的基团写主碳链为竖线，编号小的基团写 在上端。在上端。） 规定：规定： 横线横线连结的两原子（团）伸向纸面连结的两原子（团）伸向纸面前方前方， 竖线竖线连结的两原子（团）伸向纸面连结的两原子（团）伸向纸面后方后方。 不能不能离开纸平面离开纸平面翻转翻转180；也；也不能不能在纸平面上在纸平面上 旋

4、转旋转90或或270与原构型相比。与原构型相比。 将投影式在纸平面上将投影式在纸平面上旋转旋转180，仍为原构型，仍为原构型。 COOH CH3 HOH 横键向前，竖键向后！横键向前，竖键向后！ 第7页/共58页 9 a b c d 任任两个两个基团基团 的位置的位置 互换互换奇数奇数次次 互换互换偶数偶数次次 得其对映体得其对映体 得到它本身得到它本身 据此可判断两构型的关系。据此可判断两构型的关系。 第8页/共58页 10 HOH CH2OH CHOOH CHO CH2OH H 例：判断下列两构型的关系例：判断下列两构型的关系 和和 为同一构型为同一构型 第9页/共58页 11 a b c

5、 d C b c a d 选定某一平面，选定某一平面， 其他两基团一前一后其他两基团一前一后 三种三种表示式间表示式间的相互转化：的相互转化：（重点）（重点） （1 1）球棍式）球棍式 立体透视式立体透视式 第10页/共58页 12 a d b c C b c a d （2 2）立体透视式）立体透视式 Fischer Fischer 平面投影式平面投影式 第11页/共58页 13 CH3 CH3 OH H H H C2H5 CH3 HOH CH3 C2H5 H HO C2H5CH3 H OH CH3 C2H5 HOH * 第12页/共58页 14 H H H H Cl C2H5 H C2H5

6、CH3 Cl * 第13页/共58页 15 H CH3 CH3 H Cl Cl 转化成转化成Fischer式。式。 * * 必须先将两个手性碳转成重叠式构象！必须先将两个手性碳转成重叠式构象！ 第14页/共58页 H CH3 CH3 H Cl Cl CH3 CH3 H H Cl Cl H CH3 CH3 H Cl Cl * * 转成重叠式转成重叠式 第15页/共58页 17 以以甘油醛甘油醛（HOCH2CHOHCHO）构型作）构型作 为标准，以确定其他旋光化合物的构型。为标准，以确定其他旋光化合物的构型。 （二）（二）C*构型的标记法构型的标记法 D/L和和 R/S 1D/L法构型标记法构型标

7、记适用于糖、氨基酸适用于糖、氨基酸 * 第16页/共58页 18 甘油醛存在一对对映体：甘油醛存在一对对映体： CHO HOH CH2OH CH2OH HOH CHO 人为指定：人为指定： - -OH在碳链在碳链右侧右侧的构型叫的构型叫D型型 ，- -OH在碳链在碳链 左侧的构型叫左侧的构型叫L型。型。 D- -（+）- -甘油醛甘油醛 L- -（- -）- -甘油醛甘油醛 第17页/共58页 19 手性化合物的构型的确定：手性化合物的构型的确定： 在保持在保持C*构型不变的过程中，可由构型不变的过程中，可由D型甘型甘 油醛油醛转化来的化合物的转化来的化合物的构型即为构型即为D型型，可由可由L

8、 型甘油醛型甘油醛转化来的化合物的转化来的化合物的构型即为构型即为L型型。 第18页/共58页 20 例如：例如： 注注 构型相同的化合物，其旋光方向不一定相同。构型相同的化合物，其旋光方向不一定相同。 即：即：构型与旋光方向无必然联系。构型与旋光方向无必然联系。 D- -（+ +）- -甘油醛甘油醛 D- -（- -）- -甘油酸甘油酸 D- -（+ +）- -异丝氨酸异丝氨酸 OHOH CHO H H CHCH2 2OHOH HgO HgO OHOHH H CHCH2 2OHOH COOH HNO2 OHOH CH2NH2 H H COOHCOOH 第19页/共58页 21 次序规则：次序

9、规则： P43 原子序数原子序数大的原子优先；对于同位素，大的原子优先；对于同位素， 质量数大的优先；质量数大的优先；孤对电子最不优先孤对电子最不优先。 IBrClSFONCDH : （符号（符号“”表示表示“优先于优先于”） 第20页/共58页 22 原子团原子团中中第一第一个原子序数大的优先：个原子序数大的优先： -OH-NH2-CH3 如果基团如果基团第一个原子相同第一个原子相同，则比较与，则比较与 之相连的之相连的第二个第二个原子，以次类推，直原子，以次类推，直 到比较出何者优先。例：到比较出何者优先。例： -OCH3 -OH 第21页/共58页 23 -C -CC l ll ll l

10、 H HH H H H H H 例例1 1： -C（H、H、C） -C（H、H、H） -C（H、H、F）-C（C、C、C） 例例2 2： -CH2F -C(CH3)3 第22页/共58页 24 -C(CH3)3 -CH(CH3)2 -CH2CH2CH2CH3 -CH2CH2CH3 -CH2CH3 -CH3 -H 常见常见烷基烷基的的“优先次序优先次序”： 思考：思考： -CH(CH3)2 -CH2CH2CH2CH3 第23页/共58页 25 -CH=CH2 相当于相当于 COOH 相当于相当于 l -CC ll l (C ) HH H (C ) -C l l O OH (O) 不饱和基团，可把

11、重键分成单键，每个键不饱和基团，可把重键分成单键，每个键 合合 原子重复一次或多次。原子重复一次或多次。 第24页/共58页 26 下列基团的优先次序为：下列基团的优先次序为： -COOH -CHO-CH2OH-CCH -CH=CH2-CH3 第25页/共58页 27 根据根据次序规则次序规则将将C*上连的原子或基团上连的原子或基团按按优优 先性先性排列排列成序。假定是成序。假定是abcd，则，则d是最不优是最不优 先的原子或基团。先的原子或基团。 将最不优先的将最不优先的 d d置于置于远离远离观察者的位置，观察者的位置， 再从再从a a开始沿开始沿a a b b c c的顺序画圈，的顺序画

12、圈， 若是若是顺时针顺时针方向，称方向，称 C C* * 构型为构型为 R R 型；型； 若是若是逆时针逆时针方向，则方向，则 C C* * 构型为构型为 S S 型。型。 第26页/共58页 28 第27页/共58页 29 CH3 COOH HOH CH3 COOH OHH (R)-2-(R)-2-羟基丙酸羟基丙酸(S)-2-(S)-2-羟基丙酸羟基丙酸 CH(CH3)2 CH2CH3 HCl CH(CH3)2 CH2CH3 ClH SR (S)-(S)-2-2-甲基甲基-3-3-氯氯- -戊烷戊烷(R)-2-(R)-2-甲基甲基-3-3-氯氯- -戊烷戊烷 第28页/共58页 30 小上下

13、，顺小上下，顺R反反S； 小左右，顺小左右，顺S反反R。 CH(CH3)2 CH2CH3 HCl CH(CH3)2 CH2CH3 ClH SR CH3COOH H OH CH3COOH OH H SR 小上下小上下 （最小基团（最小基团 在竖键上）在竖键上） 小左右小左右 （最小基（最小基 团在横键团在横键 上）上） 第29页/共58页 31 乳酸乳酸 存在一对存在一对 对映体对映体 (+)乳酸乳酸15D = +3.82 肌肉肌肉 (-)乳酸乳酸15D = - -3.82 发酵发酵 CH3-CH-COOH l OH C COOH CH3OH H C COOH CH3 H OH 含含1个个C*的

14、化合物，一定是手性分子的化合物，一定是手性分子 , 具有旋光性，存在一对具有旋光性，存在一对对映体对映体。 第30页/共58页 32 构造相同构造相同, ,构型不同构型不同 , ,互为镜像但不能重迭互为镜像但不能重迭 的异构体。的异构体。 特点特点: : tD 大小大小相同相同, , 方向相反。方向相反。 在非手性环境中在非手性环境中，对映体的性质没有区别；，对映体的性质没有区别； 而在手性环境中而在手性环境中，对映体的性质不同。，对映体的性质不同。 如：旋光性、与手性试剂反应或在手性催化剂催化如：旋光性、与手性试剂反应或在手性催化剂催化 下的反应速率等都不相同。下的反应速率等都不相同。生理活

15、性有差别！生理活性有差别！ 第31页/共58页 33 特点特点: : 无旋光性无旋光性; ;有固定的物理常数，外消旋体的物理有固定的物理常数，外消旋体的物理 性质与对映体不同，但是化学性质基本相同。性质与对映体不同，但是化学性质基本相同。 例例: :( () )乳酸乳酸 15D= +3.82 mp=53 ( () )乳酸乳酸 15D= -3.82 mp=53 ( () )乳酸乳酸 15D= 0 mp=18 等量等量的右旋体和左旋体的的右旋体和左旋体的混合物混合物。一般用一般用 符号符号( )或或dl表示。表示。 第32页/共58页 34 （一）含两个（一）含两个不相同不相同的的C* 六、含两个

16、六、含两个C*的开链化合物的旋光异构的开链化合物的旋光异构 例：例： 氯代苹果酸氯代苹果酸 HOOC-CHOH-CHCl-COOH * 有有2个个C*，对应于每一个，对应于每一个C*，都存在两种构型，都存在两种构型 R和和S。 所以，共有所以，共有4种情况。种情况。 第33页/共58页 H H COOH COOH HO Cl H H COOH COOH O H C l H H COOH COOH O H C l H H COOH COOH H O C l (2R,3R)(2S,3S) (2S,3R) (2R,3S) （1）（2） （3）（4） 第34页/共58页 36 分子构造相同，构型不同，

17、相互不是镜分子构造相同，构型不同，相互不是镜 像的立体异构体。像的立体异构体。 特点：旋光度不同；物理、化学性质也不相同。特点：旋光度不同；物理、化学性质也不相同。 2 即即 2n /2 对对对映体。对映体。 光学异构体的数目光学异构体的数目 = 2n个（个（ n为不相同为不相同C*的数目的数目 ） 第35页/共58页 37 若若两相同基团两相同基团位于主碳链位于主碳链 同侧同侧赤式赤式 两侧两侧苏式苏式 H H CH3 Br Cl CH3 赤式赤式 3 3赤式和苏式（了解赤式和苏式（了解 ） 对于化合物对于化合物 R-CabCac-R * 的的Fischer式式 H Cl CH3 Br H

18、CH3 苏式苏式 第36页/共58页 38 （二）含两个相同的（二）含两个相同的C* H H COOH OH HO COOH (2R，3R)(2S，3S) H H COOH HO OH COOH 例例: :HOOC-CHOH-CHOH-COOH * （1）（2） 互为对映互为对映 体体 酒石酸（酒石酸（2，3-二羟基丁二酸）二羟基丁二酸） 第37页/共58页 39 H H COOH OH OH COOH HO HO COOH H H COOH (2R，3S) (2S，3R) （3）和（）和（4）看似对映体，然而实际上代表的是）看似对映体，然而实际上代表的是 同一构型（二者可以重合）。同一构型（

19、二者可以重合）。 （3）（4） 第38页/共58页 40 1内消旋体（内消旋体（meso-） 由于分子内含有相同的由于分子内含有相同的C*，使分子的旋，使分子的旋 光性互相抵消，而不具旋光性的化合物。（光性互相抵消，而不具旋光性的化合物。（ 与与外消旋体外消旋体有本质不同）。有本质不同）。 结论：结论： 含有含有C*的分子，并不一定是手性分子。的分子，并不一定是手性分子。 第39页/共58页 41 思考题：思考题： H COOH CH3 H C l C l H COOH COOH H O H H OH OH 是否为内消旋体？是否为内消旋体？ 内消旋体：含有手性中心的内消旋体：含有手性中心的非手

20、性非手性化合物！化合物！ 第40页/共58页 42 少于少于22个，其中包括个，其中包括 一一对对对映体。对映体。 一个内消旋体。一个内消旋体。 结论：结论： 含含n个个C*的化合物，最多有的化合物，最多有2n个异构体个异构体 第41页/共58页 43 ( (三）含多个三）含多个C*的化合物的构型的命名法的化合物的构型的命名法 按上述规则，按上述规则，用用R/S法对法对每个每个C*的构型的构型 命名，并用命名，并用数字标明数字标明所标定的是哪个碳原子所标定的是哪个碳原子 。 第42页/共58页 44 例例1 1：命名下列化合物：命名下列化合物 H COOH COOH H O H O H （ 2

21、S，3S）-2，3-二羟基丁二酸二羟基丁二酸 第43页/共58页 45 COOH COOH H O H HCl HOOC-CHOH-CHCl-COOH 的所有光学异构体，并命名。的所有光学异构体，并命名。 COOH COOH HO H ClH COOH COOH H O H ClH COOH COOH HO H HCl （ 2S，3S）（ 2R，3R）（ 2S，3R）（ 2R，3S） 解题思路：解题思路： 第44页/共58页 46 存在对映异构体的条件：存在对映异构体的条件： C=C=C a b b a 或或 C=C=C a b d c 手性轴手性轴 C=C=C 1 1丙二烯丙二烯型化合物（及

22、螺环化合物型化合物（及螺环化合物 ） sp 第45页/共58页 CCC H Cl H Cl CCC H Cl H Cl CCC H Cl H H CCC H Cl H H 第46页/共58页 48 同理：同理： CH3CH3 两个两个四元四元环是刚性的，所在平面环是刚性的，所在平面 互相垂直有一根手性轴，存在一对对映体。互相垂直有一根手性轴，存在一对对映体。 C H COOH H HOOC C H HOOC H COOH 第47页/共58页 49 2单键旋转受阻的联苯型化合物单键旋转受阻的联苯型化合物 存在对映异构体的条件：存在对映异构体的条件： a b c d a b a b 第48页/共58页 第49页/共58页 51 HOOC NO2COOH NH2 COOH COOH Br Cl NO2 COOH