pan有机化合物的同分异构现象学习教案

1、会计学1pan有机化合物的同分异构现象有机化合物的同分异构现象第一页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。本章的教学内容本章的教学内容第一节第一节 构造异构现象构造异构现象第二节第二节 立体异构现象立体异构现象第三节第三节 光学异构现象光学异构现象第1页/共38页第二页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。分子结构分子结构构造异构：构造异构：原子连接顺序不同原子连接顺序不同构型异构：构型异构：原子空间排列方式不同原子空间排列方式不同构象异构：构象异构：键键旋转引起原子空间相对位置改变旋转引起原子空间相对位置改变同分异构同分异构构造异构构造异构立体异构立体异构碳架异构碳架异构官能团异构官能团异构官能

2、团位置异构官能团位置异构互变异构互变异构构型异构构型异构构象异构构象异构顺反异构顺反异构旋光异构旋光异构第2页/共38页第三页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。同份异构：同份异构：具有相同的分子式，但具有不同结构的现象具有相同的分子式，但具有不同结构的现象第一节、构造异构现象第一节、构造异构现象构造异构：分子式相同，但原子连接顺序和方式不同构造异构：分子式相同，但原子连接顺序和方式不同2、碳架异构的多样性、碳架异构的多样性：以：以C6H12的环烷烃的异构体为的环烷烃的异构体为 例（例（12个）个）第3页/共38页第四页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。 第4页/共38页第五页，编辑于星期六

3、：二十三点 二十六分。分子式相同，官能团不同的分子，或官分子式相同，官能团不同的分子，或官 能团的连接顺序或方式不同能团的连接顺序或方式不同1、醇和醚、醇和醚2、烯和环、烯和环3、醛和酮及环氧化合物、醛和酮及环氧化合物例：例： 乙醚乙醚 丁醇丁醇环戊烷环戊烷 1-戊烯戊烯 丙酮丙酮 丙醛丙醛 环氧丙烷环氧丙烷第5页/共38页第六页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。C H3CC H2OCC H3OC H3CC HCC H3OO HCH3CH2NOOCH3CHNOOH第6页/共38页第七页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。第二节、顺反异构现象第二节、顺反异构现象顺反异构：顺反异构：含双键或环状

4、化合物，由于结构刚性，使旋转含双键或环状化合物，由于结构刚性，使旋转 困难，当连接的取代基不同时，出现的不同空间排列。困难，当连接的取代基不同时，出现的不同空间排列。第7页/共38页第八页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。例例1：例例2：在选择主链时，以双键位号低为原则，若有选择时，在选择主链时，以双键位号低为原则，若有选择时， 以以编号低为原则编号低为原则错错第8页/共38页第九页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。 在在C=NC=N双键中，双键中，N N为为SPSP2 2杂化，其中在一个杂化，其中在一个SPSP2 2杂化轨道上有一对杂化轨道上有一对孤对电子，应该看作一个原子序数为零的原子

5、。孤对电子，应该看作一个原子序数为零的原子。第9页/共38页第十页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。(Z)-偶氮苯偶氮苯 (E)-偶氮苯偶氮苯将碳环看作双键，相同基团位于同侧为将碳环看作双键，相同基团位于同侧为“顺顺”，异侧为，异侧为“反反”顺顺-1，3-二甲基二甲基-3-氯环己基甲酸氯环己基甲酸第10页/共38页第十一页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。第三节、构象异构第三节、构象异构构象：构象：在有机物中，由于单键自由旋转而引起的碳原子结合的原子或在有机物中，由于单键自由旋转而引起的碳原子结合的原子或 原子团的相对位置发生改变，产生了若干不同的空间排列方式。原子团的相对位置发生改变，产

6、生了若干不同的空间排列方式。产生条件产生条件：至少有连续的三个单键的化合物至少有连续的三个单键的化合物例如例如：没有构象没有构象一、乙烷的构象一、乙烷的构象1、构象表示方法、构象表示方法透视式（锯架式）透视式（锯架式）虚线虚线-楔形式（立体透视式）楔形式（立体透视式）纽曼（纽曼（Newman)投影式投影式第11页/共38页第十二页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。A、透视式（锯架式）、透视式（锯架式）B、虚线、虚线-楔形式（立体透视式）楔形式（立体透视式）C、纽曼（、纽曼（Newman)投影式投影式投影规则：投影规则：表示靠近观察者表示靠近观察者表示远离观察者表示远离观察者第12页/共38页

7、第十三页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。2、乙烷构象与分子内能、乙烷构象与分子内能a.a.两种极端构象两种极端构象重重叠叠式式H HH HH HH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H楔形式楔形式 锯架式锯架式 纽曼式纽曼式 交交叉叉式式H HH HH HH HH HH HCH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HCHHH 楔形式楔形式 锯架式锯架式 纽曼式纽曼式第13页/共38页第十四页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。b.b.乙烷构象与分子内能乙烷构象与分子内能H HH HH HH

8、HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HE Ek kJ J/ /m mo ol lC C- -C C1 12 2. .5 5 转动能：转动能： 每对重叠氢每对重叠氢H-C-C-HH-C-C-H 重叠张力重叠张力( (扭转张力扭转张力) )： 乙烷交叉式构象是优势构象乙烷交叉式构象是优势构象。构象的稳定性与内能有关构象的稳定性与内能有关. . 内能低内能低, ,稳定稳定; ;内能高内能高, ,不稳定。内能最低的稳不稳定。内能最低的稳定构象称定构象称优势构象。优势构象。.室温下，构象异构体处于室温下，构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，迅速转化的动态平

9、衡中，不能分离不能分离。第14页/共38页第十五页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。二、丁烷的构象二、丁烷的构象绕绕C-2C-2和和C-3C-3之间之间键旋转键旋转( (典型构象典型构象):):第15页/共38页第十六页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。三、其它烷烃的构象三、其它烷烃的构象 其它正构烷烃的稳定构象是：碳链成锯齿状排列，相邻的碳上的氢原其它正构烷烃的稳定构象是：碳链成锯齿状排列，相邻的碳上的氢原子成交叉式。子成交叉式。P67.P67.四、环烷烃的构象四、环烷烃的构象1、环丁烷、环戊烷的构象、环丁烷、环戊烷的构象环丁烷：环丁烷：蝶式构象，非平面型蝶式构象，非平面型环戊烷环戊烷：

10、信封式，非平面型信封式，非平面型第16页/共38页第十七页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。2、环己烷及其衍生物的构象、环己烷及其衍生物的构象1. 环己烷的构象环己烷的构象极端构象：极端构象： 椅式椅式 船式船式HHHHHHHHHHHH123456250pm6HHHH12345HHHHHHHHA、 椅式构象椅式构象第17页/共38页第十八页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。a 键e 键a a键：键：直立键直立键( (竖键竖键) ) e e键：键：平伏键平伏键( (横键横键)构构象象翻翻转转a a键转变成键转变成e e键，键，e e键转变成键转变成a a键；键；环上原子或基团的空间关系保持环

11、上原子或基团的空间关系保持,即键的取向不变。即键的取向不变。第18页/共38页第十九页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。B、 船式构象船式构象HHHHHHHHHHHH183pm1234566 61 12 23 34 45 5HHHHHHHH 稳定性：稳定性：椅式构象环己烷椅式构象环己烷 船式构象环己烷船式构象环己烷室温下，平衡有利于室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）。椅式构象（优势构象）。 2. 取代环己烷的构象取代环己烷的构象A、 一取代环己烷的构象一取代环己烷的构象CH3CH3a e 5% 95% E=7.1kJ/mol第19页/共38页第二十页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。2

12、) 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象CH3CH3E=10.4 kJ/molCH3CH3H3CCH3H3CCH3CH3CH3eaCH3CH3aeCH3CH3CH3CH3eeaa ea键型键型aa键型键型ee键型键型第20页/共38页第二十一页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。1. 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。CH3(CH3)3CC(CH3)3CH32. 写出化合物 的优势构象OHCH3较大的基团处于较大的基团处于e键的构象相对稳定。键的构象相对稳定。CH3OHCH3OH 优势构象优势构象第21页/共38页第二十二页，编辑于星期六：二十三点 二

13、十六分。第四节、对应异构（光学异构）现象第四节、对应异构（光学异构）现象一、旋光性和比旋光度一、旋光性和比旋光度1、偏正光、偏正光. . 光是横波，传播方向和振动方向垂直光是横波，传播方向和振动方向垂直. . 自然光：含任意振动方向的光自然光：含任意振动方向的光X X轴：传播方向轴：传播方向Y-ZY-Z轴：光振动方向含该平面的任意方向轴：光振动方向含该平面的任意方向偏正光：只含某一特定振动方向的光偏正光：只含某一特定振动方向的光通过通过NicolNicol棱镜棱镜, , 仅在一仅在一个平面上振动的光。个平面上振动的光。Nicol prism普通光平面偏振光第22页/共38页第二十三页，编辑于星

14、期六：二十三点 二十六分。 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 旋光物质：使偏振光偏振方向发生改变旋转的物质。旋光物质：使偏振光偏振方向发生改变旋转的物质。 旋光度：使偏振光偏振方向旋转的角度。用旋光度：使偏振光偏振方向旋转的角度。用 表示。表示。 旋光方向：右旋（旋光方向：右旋（+ +） ; ; 左旋（左旋（- -） 比旋光度比旋光度 t t = =C(g/ml) l(dm)a例如例如： 葡葡 萄萄 糖糖肌肉乳酸肌肉乳酸发酵乳酸发酵乳酸 D20=+52.5 0 D20=+3.8 0 D200第23页/共38页第二十四页，编辑于星期六：二

15、十三点 二十六分。二、手性和对称性二、手性和对称性1 1、手性：、手性：物质相对应但不能重合的特征，称为物质的手型或手征性物质相对应但不能重合的特征，称为物质的手型或手征性 一种物质的对应体就是其镜像一种物质的对应体就是其镜像2 2、分子手性与旋光性、分子手性与旋光性A A、手性分子：具有手性特征的分子，又称不对称分子、手性分子：具有手性特征的分子，又称不对称分子B、判断标准：分子与其镜像能否重合、判断标准：分子与其镜像能否重合C C、手性分子旋光性：旋光性是由于分子的手性（不对称）引起的、手性分子旋光性：旋光性是由于分子的手性（不对称）引起的D、手性碳原子：连接四个不同原子或原子团的碳，用、

16、手性碳原子：连接四个不同原子或原子团的碳，用“*”表示表示CC O O HC H3O HHCC O O HC H3H OH(+ )-乳 酸(-)-乳 酸例如：例如： D20o(水水) D20o(水水)第24页/共38页第二十五页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。三、对应异构体和外消旋体三、对应异构体和外消旋体1 1、对应体：、对应体：对于不对称分子来说，形成实物与镜像关系的两种对于不对称分子来说，形成实物与镜像关系的两种 分子互为对应异构体，它们旋光方向相反，旋光度相同，其分子互为对应异构体，它们旋光方向相反，旋光度相同，其 它物理性质如：熔点、沸点相同，很难用常规的方法分开。它物理性质如：

17、熔点、沸点相同，很难用常规的方法分开。2 2、外消旋体：、外消旋体：两种对应异构体等量混合得到的不旋光的混合物两种对应异构体等量混合得到的不旋光的混合物3 3、外消旋化：、外消旋化：使单一旋光性物质转化成外消旋体的过程：光、热使单一旋光性物质转化成外消旋体的过程：光、热 催化剂等催化剂等四、分子对称性四、分子对称性不对称性是分子具有手性的根本原因，如何判断分子是否对称？不对称性是分子具有手性的根本原因，如何判断分子是否对称？1、对称面：、对称面：用一个平面将分子分为实物和镜像两个部分，该平用一个平面将分子分为实物和镜像两个部分，该平 面称为对称面。用面称为对称面。用“ ”表示，具有对称面的分子

18、无手性。表示，具有对称面的分子无手性。苯分子有苯分子有7 7个对称面个对称面CClClHCH3COOHHOHHOHCOOH第25页/共38页第二十六页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。2 2、对称中心：、对称中心：分子中有一点，该点与某基团连线的反向延长线的分子中有一点，该点与某基团连线的反向延长线的 等距离处能找到完全相同的基团。等距离处能找到完全相同的基团。HFHClClHHF具有中心对称因素的分子是对称分子。非手性分子。具有中心对称因素的分子是对称分子。非手性分子。四、手性碳的构型标记四、手性碳的构型标记 用用（+）、（）、（-）、（）、（）表示旋光方向分别为：右、左和外消旋体，用表示

19、旋光方向分别为：右、左和外消旋体，用R或或S标注手性碳的构型标注手性碳的构型1 1、构型表示式、构型表示式.球棒式球棒式.立体透视式立体透视式.费歇尔（费歇尔（Fischer)投影式投影式第26页/共38页第二十七页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。费歇尔（费歇尔（Fischer)Fischer)投影式投影式规定：投影时，规定：投影时，1 1、碳链竖放，序号小的放在上面；碳链竖放，序号小的放在上面；2 2、竖向两个键表示背离观察竖向两个键表示背离观察者；者；3 3、横向两个键表示伸向观察者，交叉点为手性碳横向两个键表示伸向观察者，交叉点为手性碳. . COOHCH3COHHCOOHCCH3H

20、OH(前)HOH(前)COOHCH3手性碳(后)(后)HClCOOHCH3HClCOOHCH3CCOOH H ClCH3CCOOH Cl H3CH第27页/共38页第二十八页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。五、构型与旋光方向的标记五、构型与旋光方向的标记1、D-L标记标记甘油醛HOHCHOCH2OHHOHCHOCH2OHD-甘油醛L-D-(+)甘油醛甘油醛 D-(-)甘油酸甘油酸 旋光方向的旋光方向的+或或-是实验测定的是实验测定的第28页/共38页第二十九页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。2、R-S标记标记 将手性碳连接的四个不同基团基团进行排序，如将手性碳连接的四个不同基团基团进行

21、排序，如abcdabcd, ,将将最小的基团最小的基团d d放在远离观察者，剩下的三个基团如果放在远离观察者，剩下的三个基团如果从大到小从大到小的顺序的顺序是顺时针，构型为是顺时针，构型为“R”R”，为逆时针构型为，为逆时针构型为“S S” 如果最小的原子如果最小的原子( (或基团或基团) )在近端在近端, , 顺时针排列为顺时针排列为S S构型，逆时针排构型，逆时针排列为列为R R构型。构型。例例1、D-(+)D-(+)甘油醛甘油醛 R-R-（+ +）甘油醛）甘油醛 逆时针，最小的逆时针，最小的H H原子在原子在近端近端，故为，故为“R”R” 第29页/共38页第三十页，编辑于星期六：二十三

22、点 二十六分。COHHOOCCH3HCCOOHCH3OHHCCOOHHOCH3HCCOOHCH3HOH(S)- (S)- (R)- (R)-例例2基团大小顺序：OH COOH CH3 H六、费歇尔投影式与分子构型的关系六、费歇尔投影式与分子构型的关系1 1、费歇尔投影式与分子构型的关系、费歇尔投影式与分子构型的关系A A、顺序最小的原子顺序最小的原子( (或基团或基团) )在竖线上在竖线上, , 顺时针排列为顺时针排列为R R构型，构型， 逆时针排列为逆时针排列为S S构型构型。B B、顺序最小的原子顺序最小的原子( (或基团或基团) )在横线上在横线上, , 顺时针排列为顺时针排列为S S构

23、型逆时针构型逆时针排列为排列为R R构型。构型。第30页/共38页第三十一页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。C、手性碳不离开纸面，旋转、手性碳不离开纸面，旋转1800，构型不变，构型不变D、手性碳相连的任意两个基团对调、手性碳相连的任意两个基团对调,奇数次构型改变；对调偶数次构型不变奇数次构型改变；对调偶数次构型不变。 对调一次再对调一次旋转180o在纸平面上R S R RCOOHCH3OHHCOOHCH3HOHCOOHCH3OHHCOOHCH3HOH七、含一个手性碳原子的分子七、含一个手性碳原子的分子第31页/共38页第三十二页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。八、八、 含两个手性碳原

24、子的分子含两个手性碳原子的分子含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。CC O O HC H3O HHCC O O HC H3H OH(+ )-乳 酸(-)-乳 酸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 非对映体非对映体: 构造相同构造相同, 构型不同构型不同, 相互间不是实物与镜影关系的立体异构体。相互间不是实物与镜影关系的立体异构体。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、化学性质都不同。物理、化学性质都不同。第32页/共38页第三十三页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。2、 含两个相同手性碳原子的

25、分子含两个相同手性碳原子的分子HO HH OHC O O HC O O HHO HHO HC O O HC O O HH OHHO HC O O HC O O HH OHH OHC O O HC O O H（2R,3R); (2S,3S); (2R,3S); (2S,3R)2R,3R); (2S,3S); (2R,3S); (2S,3R) 和和 是同一个化合物，可以将是同一个化合物，可以将旋转旋转1800得到得到。内消旋体内消旋体(meso)(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。分子内部形成对映两半的化合物。( (有平面对称因数有平面对称因数) ) 内消旋体无旋光性内消旋体无旋光性 (

26、(两个相同取代、构型相反的手性碳原子两个相同取代、构型相反的手性碳原子, ,处于同处于同 一分子中一分子中, , 旋光性抵消旋光性抵消) )。 光活异构体数目光活异构体数目 = 2= 2n n ; (n= ; (n=不同手性碳原子数不同手性碳原子数) )外消旋体数目外消旋体数目= 2= 2n-1n-1 含含n个不同的手性碳，旋光异构体有如下组合规律：个不同的手性碳，旋光异构体有如下组合规律：第33页/共38页第三十四页，编辑于星期六：二十三点 二十六分。HOHClHCOOHCOOHCOOHHOHHClCOOHHOHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOH 2R3R 2S3S 2R3S 2S3R dl-dl- 对映关系：对映关系： 与与； 与与 非对映关系：非对映关系： 与与