有机化学 第五章旋光异构市公开课获奖课件

1、第五章 旋光异构第1页第1页旋光性旋光仪(polarimeter)第2页第2页旋光性表示办法: 旋光性-能旋转偏振光振动方向性质叫旋光性 旋光性物质(或叫光活性物质)-含有旋光性物质. 右旋物质-能使偏振光振动方向向右旋物质.通惯用 “d” 或 “+” 表示右旋. 左旋物质-能使偏振光振动方向向左旋物质.通惯用 “ l” 或 “-” 表示左旋. 旋光度- 偏振光振动方向旋转角度.用“”表示.第3页第3页同分异构现象结构异构constitutional立体异构Stereo-碳链异构(如:丁烷/异丁烷)官能团异构(如:醚/醇)位置异构(如:辛醇/仲辛醇)构型异构configurational构象异

2、构conformational顺反,Z、E异构旋光异构（对映异构）同分异构isomerism第4页第4页 结构异构：分子式相同而分子中原子或基团连接次序不同立体异构：分子中原子结合次序相同而原子或基团在空间相对位置不同对映异构：分子式和结构式相同，构型不同并呈镜象对映关系立体异构现象称为对映异构，又称旋光异构或光学异构。第5页第5页一、 手性和对映体生活中对映体(1)-镜象沙漠胡杨第6页第6页生活中对映体(2) -镜象井冈山风景桂林风情左右手互为镜象第7页第7页左手和右手不能叠合 左右手互为镜象RCHCOOH NH2*第8页第8页二、主要概念1、手性碳原子：连接四个不同原子或基团碳原子，称为手

3、性碳原子或不对称碳原子，惯用C*表示。2、手性：实物和镜象不能重合性质称为手性。3、手性分子：含有手性分子不能和它镜象重合，叫手性分子。4、非手性分子：能够同它镜象重合分子叫做非手性分子第9页第9页5、对映体和非对映体：呈镜象关系一对立体异构体称为对映异构体，简称对映体。不呈镜象关系一对立体异构体称为非对映体。第10页第10页 6、外消旋体：一对对映体等量混合物称为外消旋体，用“”表示。外消旋体是无旋光性混合物，它能够拆分成等量旋光方向相反物质。(2R,3R) (2S,3S)第11页第11页 7、内消旋体：分子中含有相同手性碳原子，分子内部存在对称原因，从而使分子内部旋光性互相抵消化合物称为内

4、消旋体，用“m”表示。内消旋体是一无旋光性纯物质，不能拆分。 第12页第12页 手性物质普通都含有旋光性 判断化合物是否含有旋光性和对映异构 就是看分子是否含有手性第13页第13页考察分子对称性,要考核对称原因有下列四种设想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋转360/n后,(n=正整数),得到分子与本来分子相同,这条直线就是n重对称轴.有2重对称轴分子(2-丁烯)三、 分子对称性与手性关系(1) 对称轴(旋转轴)第14页第14页设想分子中有一平面,它能够把分子分成互为镜象两半,这个平面就是对称面.如:有对称面分子 (氯乙烷)(2) 对称面(镜面)第15页第15页设想分子中有一个点,从分子中

5、任何一个原子出发,向这个点作始终线,再从这个点将直线延长出去,则在与该点前一线段等距离处,能够碰到一个同样原子,这个点就是对称中心.有对称中心分子(3) 对称中心第16页第16页设想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋转360/n后,再用一个与此直线垂直平面进行反应(即作出镜象),假如得到镜象与本来分子完全相同,这条直线就是交替对称轴.() 旋转90后得(), ()作镜象得(), ()等于()有4重交替对称轴分子(4) 交替对称轴(旋转反应轴)4第17页第17页A: 非手性分子凡含有对称面、对称中心或交替对称轴分子.B: 手性分子既没有对称面,又没有对称中心,也没有4重交替对称轴分子,都不能

6、与其镜象叠合,都是手性分子.C:对称轴有无对分子是否含有手性没有决定作用. 在有机化学中,绝大多数非手性分子都含有对称面或对称中心,或者同时还含有4重对称轴. 没有对称面或对称中心,只有4重交替对称轴非手性分子是个别. 对称性与手性关系:手性分子普通判断:只要一个分子既没有对称面,又没有对称中心,就能够初步判断它是手性分子.第18页第18页对映体是一对互相对映手性分子,它们都有旋光性,两者旋光方向相反,但旋光能力是相同.在有机化学中,但凡手性分子都含有旋光性(有些手性分子旋光度很小);而非手性分子则没有旋光性.第19页第19页手性碳原子概念 在有机物中，手性分子大都含有与四个互不相同基团相连碳

7、原子,用*标出. 含有一个手性碳原子分子一定是手性分子；四、 含有一个手性碳原子化合物 对映异构第20页第20页例：乳酸CH3CHOHCOOH*外消旋体由等量对映体相混合而成混合物.乳酸第21页第21页乳酸分子模型和投影式 菲舍尔投影式:两个竖立键向纸面背后伸去键; 两个横在两边键向纸面前方伸出键.五、 构型表示法和构型标识1、 构型表示法（1）菲舍尔投影式在纸面上旋转180不变；旋转90或270或翻身镜象第22页第22页不能离开纸面翻转。在纸面上转动90。, 270 。，变成其对映体。在纸面上转动180。构型不变。保持1个基团固定，而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置，构型不变。 任意两

8、个基团调换偶多次，构型不变。6. 任意两个基团调换奇多次，构型改变。总结: Fischer投影式转换规则第23页第23页 举例（对照模型）任意两个基团调换偶多次，构型不变。相称与一个固定，另3个顺时针调换位置。第24页第24页将手性碳原子表示在纸面上，用实线表示在纸面上键，虚线表示伸向纸后方键，用锲形实线表示伸向纸前方键。（2）锲形式比较直观第25页第25页2、构型标识（1）DL法甘油醛（相对标识法）当前，糖类、氨基酸构型仍采用D、L标识法，适合含一个C*分子构型。D-（+）-甘油醛L-（-）-甘油醛第26页第26页(1)先把手性碳原子所连接四个基团设为：a,b,c,d。并将它们按顺序（顺序规

9、则）排队。(2)若a,b,c,d四个基团顺序是a在先，b另一方面，c再次，d最后。将该手性碳原子在空间作下列安排：(2) R-S标识法 把排在最后基团d放在离观测者最远位置，然后按先后顺序观测其它三个基团。几即从最先a开始，通过b，再到c轮转看。若轮转方向是顺时针，则该手性碳原子构型标识为“R”-（“右”意思）；反之，标识为“S”（绝对标识法）第27页第27页比如： R-S标识法RS顺时针反时针基团顺序为：abcd第28页第28页（1）先将顺序排在最后基团d放在一个竖立（即指向后方）键上。然后依次轮看a、b、c。（2）假如是顺时针方向轮转，则该投影式代表构型为R型；假如是逆时针方向轮转，则为S

10、型。c 菲舍尔投影式中R-S标识法：基团顺序为：abcd最小基团d放在竖键上.顺时针逆时针(一) 若标识分子菲舍尔投影式中d是在竖键上第29页第29页顺时针方向轮转，则该投影式代表构型为S型；假如是逆时针方向轮转，则为R型。基团顺序为：abcd(二) 若标识分子菲舍尔投影式中d是在横键上最小基团d放在竖键上.最小基团d放在横键上.顺时针逆时针第30页第30页比如：乳酸CH3CHCOOH手性碳原子四个基团排队： OH OH COOH CH3 H.因此乳酸两种构型可分别下列辨认和标识： (右旋): S-(+)-乳酸(左旋): R-(-)-乳酸第31页第31页分子中有多个手性碳原子化合物,命名时可用

11、R-S标识法将每个手性碳原子构型一一标出。比如：C-2所连接四个基团顺序: OH CHOHCH2CH3 CH3 HC-3所连接四个基团顺序: OH CHOHCH3 CH2CH3 HRS第32页第32页(2S, 3R) - 2, 3 - 戊二醇命名：将手性碳原子位次连同构型写在括号里：第33页第33页比如：RS第34页第34页例:2-羟基-3-氯丁二酸HOOC-CH-CH-COOH立体异构 OH Cl* 这四种异构体中(I)和(II)是对映体;(III)和(IV)是对映体. (I)和(II)等量混合物是外消旋体；(III)和(IV)等量混合物也是外消旋体。六、含有多个手性碳原子化合物立体异构第3

12、5页第35页例:酒石酸 HOOC-CH-CH-COOH立体异构 OH OH*这四种异构体中(I)和(II)是对映体;(III)和(IV)是同一个物质(它们能够互相叠合). I II III IV (2R,3R) (2S,3S) (2R,3S) (2S,3R)有些分子立体异构数目少于2n这个最大数第36页第36页(III)通过C(2)-C(3)键中心点垂直线为轴旋转180,就能够看出它能够与(IV)是叠合:以黑点为中心在纸面上旋转180第37页第37页在它全重叠式构象中能够找到一个对称面。在它对位交叉式构象中能够找到一个对称中心。 因此,(III)和(IV)是同一个分子。 (III)既然能与其镜

13、象叠合，它就不是手性分子。因 此也没有旋光性。这种物质叫 。内消旋体 内消旋体与外消旋体均无旋光性，但它们本质不同.第38页第38页通过化学反应,能够在非手性分子中形成手性碳原子:例: 烷烃氯化2-氯丁烷七、 手性合成 由非手性分子合成手性分子时，产物是外消旋体。这种不通过拆分直接合成出含有旋光性物质办法，叫手性合成（或不对称合成）。第39页第39页 环烷烃只要在环上有两个碳原子各连有一个取代基,就有顺反异构。如环上有手性碳原子,则有对映异构现象；可把环当作是平面多边形，其结果与实际情况一致。八、 环状化合物立体异构看要考察碳原子所在环：左右是否含有对称性，若无对称性则相称于两个不同官能团，则

14、该碳原子是手性碳原子。环状化合物手性碳原子判断：薄荷醇平面式有环状化合物虽有手性碳原子，但分子也许是非手性！（如内消旋体）几种*？几种光学异构体?8个第40页第40页例：2-羟甲基环丙烷-1-羧酸（四种立体异构体）对映体对映体第41页第41页在有机化合物中,也有一些手性分子并不含有手性碳原子.这些手性分子都有对映体存在.例1:丙二烯: 当第一和第三个碳原子分别连有不同基团时,整个分子就是一个手性分子,因而有对映体存在:九* 、不含手性碳原子化合物对映异构中间C为sp杂化C第42页第42页（补充）. 螺环化合物类似于丙二烯型化合物第43页第43页例2:联苯(邻位上有较大取代基时):对映体两个苯环不在一个平面 假如两个苯环上取代基分布不对称,整个分子就含有手性.(6,6-二硝基-2,2-联苯二甲酸) 这一对对映体事实上是构象异构体,它们互相转换只要通过键扭转,并不要对换取代基空间位置.基团阻转能力大小：I2Br2Cl2CH3NO2COOHNH2OCH3OHFH第44页第44页除碳外,尚有一些元素(如Si、N、S