有机化学第八章对映异构ppt课件

1、第八章第八章 立体化学立体化学立体化学静态立体化学 动态立体化学 讨论分子的立体笼统及与物讨论分子的立体笼统及与物 理性质的关系等。理性质的关系等。讨论分子的立体笼统对化学反讨论分子的立体笼统对化学反响性的影响及产物分子和反响响性的影响及产物分子和反响物分子在立体构造上的关系等。物分子在立体构造上的关系等。 原子在分子内的空间位置；原子在分子内的空间位置； 在反响中，分子内或分子间的原子重新组合，在空在反响中，分子内或分子间的原子重新组合，在空间上的间上的 要求条件和变化过程如何？及由此如何决议产要求条件和变化过程如何？及由此如何决议产物分子中各原子的空间位置？物分子中各原子的空间位置？ 本章

2、要求本章要求1.掌握旋光性、分子构造的对称要素、对 映体、外消旋体、内消旋体等概念。2.熟习区分手性分子和非手性分子 3.掌握化合物的旋光性和构造的关系、手 性分子的判别、Fischer投影式及R，S 构型表示法4.了解平面偏振光与旋光仪的任务原理立体异构立体异构 构造一样构造一样,分子中原子或基团在空间的陈列方式不同。分子中原子或基团在空间的陈列方式不同。 几何异构 因共价键旋转受阻而产生的立体异构。构象异构 因单键“ 自由” 旋转而产生的立体异构。CH3HHCH3HHHCH3HHHCH3CH3CH3旋光异构 因分子中手性因素而产生的立体异构。CH3CC2H5BrClCCH3ClC2H5Br

3、CCH3ClBrH5C28.1 手性和对映体手性和对映体乳酸分子模型如下：乳酸分子模型如下： 这两个模型的关系就像左手和右手的关系一这两个模型的关系就像左手和右手的关系一样：它们互为镜像与实物，彼此又不能叠合。这样：它们互为镜像与实物，彼此又不能叠合。这种互为镜像与实物关系，彼此又不能叠合的景象种互为镜像与实物关系，彼此又不能叠合的景象称为手性。称为手性。 1. 手性手性(Chirality) 实物与其镜影不能重叠的景象。实物与其镜影不能重叠的景象。 判别一个化合物能否具有手性与分子的对称性有关！判别一个化合物能否具有手性与分子的对称性有关！ 2. 对称要素对称要素1对称面对称面 ( )CCl

4、ClHCH3具有对称面的分子是对称分子。非手性分子。具有对称面的分子是对称分子。非手性分子。 COOHHOHHOHCOOH2对称中心对称中心 (i)CH2CH2CH2CH2ClCl具有对称中心的分子是对称具有对称中心的分子是对称分子。分子。 非手性分子。非手性分子。HHHHHHH3CCH33旋转轴对称要素旋转轴对称要素 (Cn)了解了解只含对称轴的分子无法决议其能否为手性分子。只含对称轴的分子无法决议其能否为手性分子。4交替对称要素交替对称要素(Sn) 了解了解HCH3ClHHClH3CH旋转180oClHHClH3CHCH3HHCH3ClHHClH3CH 具有旋转反映对称要素的分子是对称分子

5、。非手性分子。具有旋转反映对称要素的分子是对称分子。非手性分子。 普通情况下，不具有对称面和对称中心的分子，普通情况下，不具有对称面和对称中心的分子， 其实物与镜影不能重叠，该分子称为不对称分子其实物与镜影不能重叠，该分子称为不对称分子或手性分子。或手性分子。v 凡具有对称面、对称中心、交替对称轴极少数凡具有对称面、对称中心、交替对称轴极少数情况其中一种对称要素的分子，都能与其镜像情况其中一种对称要素的分子，都能与其镜像分子叠合，都是非手性分子。反之，都不具有上分子叠合，都是非手性分子。反之，都不具有上述对称要素的分子，是手性分子。能否有对称轴述对称要素的分子，是手性分子。能否有对称轴对分子能

6、否有手性没有决议作用。对分子能否有手性没有决议作用。v只需能判别一个分子既没有称面，也没有只需能判别一个分子既没有称面，也没有对称中心，普通能初步断定它是一个手性分对称中心，普通能初步断定它是一个手性分子。子。 凡是手性分子，实物与其镜象不能重叠，互凡是手性分子，实物与其镜象不能重叠，互为实物与镜象关系的立体异构体叫做对映体。为实物与镜象关系的立体异构体叫做对映体。故：分子的手性是对映体存在的必要和充分故：分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。条件。 互为镜像与实物关系的两个分子互为对映异构体互为镜像与实物关系的两个分子互为对映异构体简称对映体。简称对映体。对映体是互为镜像的立体异构体。它们

7、具有一样对映体是互为镜像的立体异构体。它们具有一样的熔点、沸点、偶极矩、折光率、相对密度、和的熔点、沸点、偶极矩、折光率、相对密度、和在普通溶剂中的溶解度，也具一样的光谱性质。在普通溶剂中的溶解度，也具一样的光谱性质。与非手性试剂作用时，其化学性质也一样。但对与非手性试剂作用时，其化学性质也一样。但对映体在立体构造上的差别，必然在性质上有所反映体在立体构造上的差别，必然在性质上有所反映。对映体在物理性质上的不同，反映在具有不映。对映体在物理性质上的不同，反映在具有不同的旋光性，即对偏振光的作用不同。同的旋光性，即对偏振光的作用不同。 实验现实：实验现实：CH3CHCOOHOH从肌肉中得到的肌肉

8、乳酸+ 3.82。葡萄糖发酵得到的乳酸3.82。酸牛奶中得到的乳酸0。来 源旋 光 性羟基丙酸 ( 乳酸 ) 同为乳酸，为什么会具有不同的光学性质呢？同为乳酸，为什么会具有不同的光学性质呢？8.2 旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度1. 平面偏振光平面偏振光光源光束先进方向 光波振动方向与光束前进方向关系表示图光波振动方向与光束前进方向关系表示图 普通光普通光Nicol prism普通光平面偏振光 平面偏振光：平面偏振光： 经过经过Nicol棱镜，仅棱镜，仅在在 一个平面上振动的一个平面上振动的光。光。 结论：结论： 物质有两类：物质有两类： 2旋光性物质旋光性物质具有旋光性的物质。具有旋光性的

9、物质。1非旋光性物质非旋光性物质不具有旋光性的物质。不具有旋光性的物质。 其旋光方向其旋光方向顺时针顺时针 右旋右旋, 以以“+ 或或“d-表示表示逆时针逆时针 左旋左旋, 以以“ -或或“l-表表示示(+)-乳酸乳酸(-)-乳酸乳酸能使偏振光振动面旋转的性质，能使偏振光振动面旋转的性质， 叫做旋光性叫做旋光性 旋光性物质对映体之间的异同点对映体之间的异同点1物理性质和化学性质普通都一样，比旋光度的数物理性质和化学性质普通都一样，比旋光度的数值相等，仅旋光方向相反。值相等，仅旋光方向相反。2在手性环境条件下，对映领会表现出某些不同的在手性环境条件下，对映领会表现出某些不同的性质，如反响速度有差

10、别，生理作用的不同等。性质，如反响速度有差别，生理作用的不同等。 一对对映体中：一对对映体中： 能使偏振光的振动方向向左旋的物质能使偏振光的振动方向向左旋的物质,叫做左旋体。叫做左旋体。 能使偏振光的振动方向向右旋的物质能使偏振光的振动方向向右旋的物质,叫做右旋体。叫做右旋体。 左旋体与右旋体，旋光度一样、旋光方向相反。左旋体与右旋体，旋光度一样、旋光方向相反。 外消旋体与对映体的比较以乳酸为例：外消旋体与对映体的比较以乳酸为例： 旋光性旋光性 物理性质物理性质 化学性质化学性质 生理作生理作用用 外消旋体外消旋体 不旋光不旋光 mp 18 根本一样根本一样 各自发扬各自发扬其左右其左右 对映

11、体对映体 旋光旋光 mp 53 根本一样根本一样 旋体的生旋体的生理功能理功能 等量的左旋体和右旋体的混合物称为外消旋体，普等量的左旋体和右旋体的混合物称为外消旋体，普通用通用来表示。来表示。+CH3CHCOOHOHCH3CHCOOHOHCH3CHCOOHOH( )( )( )+ 外消旋体不具有旋光性，但可用适当的方法拆分为外消旋体不具有旋光性，但可用适当的方法拆分为右旋体和左旋体。右旋体和左旋体。2. 旋光仪、旋光度、比旋光度旋光仪、旋光度、比旋光度aa目镜检偏镜盛液管起偏镜单色光源 有机化合物中凡是手性分子都具有旋光性，对映有机化合物中凡是手性分子都具有旋光性，对映体的不同表如今光学性质上

12、体的不同表如今光学性质上即旋光方向的不同，即旋光方向的不同，但是旋光才干一样。但是旋光才干一样。 旋光性：使偏振光偏振面旋转的才干。旋光性：使偏振光偏振面旋转的才干。 旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用表示。表示。 旋光方向：右旋旋光方向：右旋+、d- ; 左旋左旋-、l- 比旋光度比旋光度 t =C(g/ml) l(dm)a D钠灯钠灯D线；线； t温度；温度； 旋光度；旋光度； l旋光管长度旋光管长度dm； C浓度浓度g/ml 比旋光度也就是在样品浓度为比旋光度也就是在样品浓度为1g/ml，旋光管长度为，旋光管长度为1dm时时的旋光度。的旋光度。 例如

13、：某物质的比旋光度为：例如：某物质的比旋光度为： C,1,CH3OHC,1,CH3OH，阐明该物质的比旋光度，阐明该物质的比旋光度为右旋为右旋98.398.3，测定时的温度为，测定时的温度为2020，运用，运用D D钠光，溶剂为甲醇，溶液浓度为钠光，溶剂为甲醇，溶液浓度为1%1%。 8.3 含有一个手性碳原子的分子的立体化学含有一个手性碳原子的分子的立体化学1. 含一个手性碳原子的分子含一个手性碳原子的分子 1手性碳原子的概念手性碳原子的概念 与四个不一样的原子或基团相连的碳原子。与四个不一样的原子或基团相连的碳原子。 分析分析:有旋光性的乳酸和没有旋光性的丙酸在构造上的差别有旋光性的乳酸和没

14、有旋光性的丙酸在构造上的差别 初步结论： 乳酸所以具有旋光性，能够是由于分子中有一个乳酸所以具有旋光性，能够是由于分子中有一个C C* *原子。原子。CH3CCOOHHCH3CCOOHHHOH*乳酸乳酸丙酸丙酸 为什么有为什么有C C* *原子就能够具有旋光性？这是由于：原子就能够具有旋光性？这是由于： (1) (1)一个一个C C* *就有两种不同的构型：就有两种不同的构型： COOHCH3OHHCOOHCH3OHHCCCOOHCOOHCH3H3CHOOHHH- (2) (2)二者的关系：互为实物与镜象关系。二者无论如二者的关系：互为实物与镜象关系。二者无论如何也不能完全重叠。何也不能完全重

15、叠。 与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。含一个手性碳原子的分子有两种构型，即具有一对对映体。CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HOHS-(+)-乳酸R-(-)-乳酸D20= +3.8o(水水) D20= -3.8o(水水)结论：含一个手性碳原子的分子一定是手性分子，具有旋光性。CH3CHDC2H5BrCH2CHDCH2BrBrOHCH3OHCOOHBrOH(1)(2)(3)(4)(5)以下各化合物中有无手性碳原子以下各化合物中有无手性碳原子(用用*表示手性碳表示手性碳)?*8.4 构型的表示法、构型确实定和构型的标志构型的表示法、构型确实定和构型的标志

16、1透视式三维构造透视式三维构造CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HOH 2Fischer 投影式：投影式： C CO OO OH HC CH H3 3H HO OH HC CO OO OH HC CH H3 3H HO OH H投影规那么投影规那么 投影时，与手性碳相连横向投影时，与手性碳相连横向两个键朝两个键朝前，竖向两个键向后，交叉点为手性碳。前，竖向两个键向后，交叉点为手性碳。横前竖后横前竖后CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HOHCOOHHCH3 OHCH3COOHHHO将以下化合物改写成将以下化合物改写成Fischer投影式。投影式。HOCOOHHCH3 COOHHCH3 O

17、H 运用运用Fischer Fischer 投影式的本卷须知：投影式的本卷须知： (1) (1)可以沿纸面旋转，但不能分开纸面翻转。可以沿纸面旋转，但不能分开纸面翻转。 (2) 可以在纸面上旋转可以在纸面上旋转180。，但不能旋转。，但不能旋转90。或。或270。 C O O HC H3HO HC O O HC H3HH O 翻翻 转转构型坚持构型坚持构型改动构型改动COOHHOHCOOHCH3HHO旋 转180旋转180CH3。旋转旋转1800旋转旋转1800COOHHOHCOOHCH3HOH旋 转90旋 转90CH3。旋转旋转900旋转旋转900CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HOH

18、COOHHCH3 OHCH3COOHHHOHOCOOHHCH3 COOHHCH3 OH3恣意固定一个基团不动，依次顺时针或反时恣意固定一个基团不动，依次顺时针或反时针互换另三个基团的位置，不会改动原构型。针互换另三个基团的位置，不会改动原构型。将以下化合物改写成将以下化合物改写成Fischer投影式。投影式。8.4.2 构型确实定构型确实定 费歇尔选定费歇尔选定+-甘油醛为规范物，并人为规定甘油甘油醛为规范物，并人为规定甘油醛碳链处于垂直方向，醛基在碳链上端的投影式中，醛碳链处于垂直方向，醛基在碳链上端的投影式中，C2上的羟基处于右側的为其构型，并命名为上的羟基处于右側的为其构型，并命名为D-

19、构型。构型。其对映体，即其对映体，即C2上的羟基处于左側的，上的羟基处于左側的，-甘油醛命甘油醛命名为名为L-构型。构型。CHOOHCH2OHHHCHOCH2OHHOD-(+)-甘油醛甘油醛L-(-)-甘油醛甘油醛1. D / L标志法标志法v经过适宜的化学反响，将甘油醛转变为其他旋光性经过适宜的化学反响，将甘油醛转变为其他旋光性化合物，在反响过程中不断裂与手性碳相连的化学化合物，在反响过程中不断裂与手性碳相连的化学键，以保证手性碳原子的构型不发生变化。键，以保证手性碳原子的构型不发生变化。v由由D-甘油醛转变的化合物定为甘油醛转变的化合物定为D-构型，以构型，以L-甘油醛甘油醛转变的化合物定

20、为转变的化合物定为L-构型。经过以甘油醛人为指定构型。经过以甘油醛人为指定的构型为规范所定的构型，都是相对构型。的构型为规范所定的构型，都是相对构型。甘油醛HOHCHOCH2OHD-(+)-甘油酸D-(-)-HgOHOHCOOHCH2OHHHOHCOOHCH3乳酸D-(-)-v化合物的构型与其旋光性没有直观的对应化合物的构型与其旋光性没有直观的对应关系，即关系，即D-构型不代表右旋或左旋，同样，构型不代表右旋或左旋，同样，L-构型也不代表右旋或左旋。例如，构型也不代表右旋或左旋。例如，D-甘甘油醛是右旋的，但油醛是右旋的，但D-甘油酸是左旋的。甘油酸是左旋的。*D、L与与 “+、- 没有必然的

21、联络没有必然的联络 2. R / S标志法标志法 A. 三维构造：三维构造： R、S命名规那么：命名规那么： 按次序规那么将手性碳原子上的四个基团排序。按次序规那么将手性碳原子上的四个基团排序。 把把排序最小的基团放在离察看者眼睛最远的位置，察看其排序最小的基团放在离察看者眼睛最远的位置，察看其余三个基团由大余三个基团由大中中小的顺序，假设是顺时针方向，小的顺序，假设是顺时针方向，那么那么其构型为其构型为RR是拉丁文是拉丁文Rectus的字头，是右的意思的字头，是右的意思,假设是反时针方向，那么构型为假设是反时针方向，那么构型为SSinister,左的意思。左的意思。H HO OH HC C2

22、 2H H5 5C CH H3 3H HO OH HC C2 2H H5 5C CH H3 3R RS SRSCOHHOOCCH3HCCOOHCH3OHHCCOOHHOCH3HCCOOHCH3HOH(S)- (S)- (R)- (R)-基团大小顺序：OH COOH CH3 HCH3CHOCH2CH3HCH3CHOCH2CH3HCCH2CH3HOCH3HSRR基基团团大大小小顺顺序序：OH CH3 HCH2CH3 B. Fischer 投影式：投影式： 结论：当最小基团处于横键位置时，其他三个基团从大到小的顺序假设为逆时针，其构型为R；反之，构型为S。 结论：当最小基团处于竖键位置时，其他三个基

23、团从大到小的顺序假设为顺时针，其构型为R；反之，构型为S。 C C H H O OO O H HH HC CH HO OC CH H2 2O O H HH HO O H HR RC CH H2 2O O H HH HC CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO OR RC CH H2 2O OH HH HO OCHORR 试判别以下试判别以下Fischer投影式中与投影式中与(S)-2-甲基丁酸成对映关系的有哪甲基丁酸成对映关系的有哪几个？几个？ RRCHCOOHCH3CH2H3CH3CC2H5HCOOHC2H5COOHHCH3HC2H5A B CH3CHCOOHC2H5HC

24、H3COOHHCH3H3CHC2H5COOHHCH3D E F G HCOOHCH3 C2H5 COOHC2H5C2H5COOHsSRSSSSSS8.5 含有多个手性碳原子化合物的立体异构含有多个手性碳原子化合物的立体异构1) 含两个不同手性碳原子的分子含两个不同手性碳原子的分子HOOC-CH-CH-COOH*OH ClC-2: -OH CHCOOH COOH HC-3: Cl COOH CHCOOH HClOH 对映关系：对映关系： 与与； 与与 非对映关系：非对映关系： 与与、与与、与与、与与C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23

25、 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C C: :2 2O OH HC CH HC Cl lC CO OO OH HC CO OO OH HC C: :3 3C Cl lC CO OO OH HC CH HO OH HC CO OO OH H( (2 2R R, ,3 3R R) )( (2 2S S,

26、 ,3 3S S) )( (2 2R R, ,3 3S S) )( (2 2S S, ,3 3R R) )- - - - - 非对映体：构造一样非对映体：构造一样, 构型不同构型不同, 相互间不呈实物与镜相互间不呈实物与镜象关系的立体异构体。象关系的立体异构体。 非对映异构体其旋光性不同非对映异构体其旋光性不同, 物理性质不同。物理性质不同。 异构体数目异构体数目 = 2n ; (n=不同手性碳原子数不同手性碳原子数)熔点熔点 /0C 173 173 167 167 -31.30 +31.30 -9.40 +9.40 HOHClHCOOHCOOHCOOHHOHHClCOOHHOHHClCOOH

27、COOHHOHClHCOOHCOOH ( 2R,3R) (2S,3S) (2R,3S) (2S,3R) HOOC-CH-CH-COOHOH OH* 酒石酸 OH COOH CHCOOH HOH *C2 *C3 ： HOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOH(2R,3R)(2R,3R) 2、含两个一样手性碳原子化合物的对映异构、含两个一样手性碳原子化合物的对映异构 内消旋体内消旋体(meso)：分子内部构成对映两半的化合物。：分子内部构成对映两半的化合物。(有平面对称要素有平面对称要素)。具有两个手性中心的内消旋构造一定是具有两个手性中心的内消旋构造一定是RS构型。构型。(2S,3S)(2S,3S)(2R,3S)(2R,3S)(2S,3R)(2S,3R)RSSR内消旋体无旋光性内消旋体无旋光性 内消旋体不能拆分成旋光性化合物。内消旋体不能拆分成旋光性化合物。外消旋体与内消旋体：外消旋体与内消旋体： 外消旋体与内消旋体的共同之处是：二者均无旋光性，外消旋体与内消旋体的共同之处是：二者均无旋光性，但本质不同。但本质不同。 外消旋体：是混合物