有机化学立体化学xiu市公开课获奖课件

1、第三章 立体化学 3.1异构体分类 3.2偏振光和分子旋光性3.3对称元素和手性 3.4手性原子和手性分子 3.5比旋光度3.6含一个手性碳原子化合物3.6.1 手性分子表示办法3.6.2 Fischer投影式 3.6.3顺序规则和R,S-命名3.6.4理解外消旋体和外消旋化3.7 相对构型和绝对构型第1页第1页3.8含多个手性碳原子化合物3.8.1非对映异构体3.8.2 内消旋体3.9对映异构体性质（自学）3.10 外消旋体拆分3.11 产生手性中心反应第2页第2页3.1异构体分类 碳骨架异构官能团位置异构官能团异构互变异构异构 现象(Isomeri-zation)结构异构(Constitu

2、tional isomerization)立体异构(Stereo-isomerization 含有相同分子式， 原子成键次序不同 含有相同结构，原子或原子团在空间排布不同。对映异构构型异构构象异构非对映异构从三维空间角度研究有机分子结构与反应相关内容，称之为立体化学。第3页第3页不对称性碳原子 连接四个不同原子或基团碳原子称不对称性碳原子，对映异构一定有不对称性碳原子用C*来表示)。1、什么是对映异构（对映体）含有相同分子结构（分子中原子间相互连接次序），构型不同（分子中原子或基团在空间排列称为构型）两个分子，互为镜像，不能重合，叫做对映异构，它们是两个不同化合物。2-丁醇2-丁醇分子结构镜中

3、2-丁醇分子结构第4页第4页分子结构相同分子构型不同 -CH3在左边 -CH3右边 OH右前方 OH左前方 CH2CH3右后方 CH2CH3左后方这些原子或基团在空间排列取向是不同，但都一一对映，不能相互重合是一对对映异构体(有旋光性)。对映体特点：1.分子结构相同2.分子构型不同3.二者关系为：实物与镜象，不能相互重合叠4.存在不对称性碳原子（手性碳原子）5.是两个不同化合物 6.物理性质相同，化学性质相同 第5页第5页3.2偏振光和分子旋光性1.偏振光：通过Nicol棱镜光线叫偏振光。 使偏振光振动平面旋转分子，称该分子含有旋光性或光学活性物质。3.3对称元素和手性 对称元素简朴对称轴（C

4、n）对称中心（i）对称面（m）2.分子旋光性（1）简朴对称轴（Cn）n表示对称轴数目通过度子做一条直线，使分子饶此直线旋转一定角度（以直线为轴，旋转角度为2m/n），能同本来分子重叠，则该直线是此分子对称轴。第6页第6页将环丁烷平面构象绕C4轴转动90度，同本来构象重叠，环丁烷平面构象有一个四重对称轴（每转90度有一个对称轴故有四重对称轴）将1.2-二氯乙烯绕C2轴转动180度，同本来分子重叠，有一个二重对称轴，（每转180度有一个对称轴故有二重对称轴）C4第7页第7页（2）对称面假如构成份子所有原子都在一个平面上或一个平面通过度子能把该分子分成互为镜象两部分，这种平面就是分子对称面 (用表示

5、) 。 二氯甲烷分子中有互相垂直对称面。aC，H，H所在平面 bC，Cl，Cl所在平面高pg131（）第8页第8页(3) 对称中心(i)任何在所有穿过度子中心直线上，离中心成等距离处都有相同原子或基团存在，则此中心为对称中心。一个分子只也许有一个对称中心或没有对称中心。图3.3 分子中对称面示意图第9页第9页3.4手性原子和手性分子 手性原子和手性分子是两个概念，它们之间无必定联络。手性原子连有四个不同原子或基团原子，称为手性原子（C Si P 必须是四价原子）手性分子任何分子不能与本身镜像重合分子称为手性分子，任何手性分子最少有一个对映体。反1.2-二甲基环丙烷，无手性碳原子。却是手性分子，

6、故有对映体。第10页第10页对映异构现象判断：无对称轴，无对称面，无对称中心，实物与镜像不能重叠，存在对映异构现象。有对称轴，有对称面，有对称中心，实物与镜像重叠，无对映异构现象。旋光活性判别分子中有对称面和对称中心无旋光活性分子中无对称面和对称中心存在旋光活性手性原子不是判别旋光性唯一依据。第11页第11页3.5比旋光度 1.旋光方向右旋，“+”表示左旋 “-”表示2.旋光度：3.比旋光度:：旋光度；l:样品管长度(dm); B：样品密度(g/mL);, t:温度；：波长钠光： D,589.6nm= B lt= l(-)-2-丁醇D = -13.25 (+)-2-丁醇D = +13.25第1

7、2页第12页3.6含一个手性碳原子化合物3.6.1 手性分子表示办法确定手性碳原子。和手性碳原子相连四个基团在空间只有两种不同排列次序。3.6.2 Fischer投影式 平面形式表示含有手性碳原子分子立体模型 第13页第13页投影要求：长碳链放在垂直方向上，氧化态高基团在上面，氧化态低基团在下面。其它基团放在水平方向上。垂直方向碳链两端基团向纸面后方倾斜，横向两端基团伸向纸面前方。将分子结构投影到纸面上，用横线与竖线交叉点表示手性碳原子，即氧化态高基团氧化态低基团横向基团横向基团第14页第14页3.6.3顺序规则和R,S-命名顺序规则：原子序数大在先，原子序数小在后。元素顺序下列：IBrClS

8、PFONCDH同位素中质量高顺序在前。取代基团顺序：（1）假如和手性原子相连第一个原子相同时，则比较与它直接相连第二个原子，若仍相同，则沿取代链再逐次相比。如CH2Cl比CHO优先，Cl优于O，C2H5CH3优先，CC优于CH（2）重键可看作多次和同一原子结合，如 羰基看作是碳和氧二次相连，羰基优于醇，多重键优于单键。第15页第15页拟定构型简朴办法最小基团位置如在Fischer投影式竖线上下方，其它三个基团按顺时针方向由大到小旋转则为R型，反之，其它三个基团按反时针方向由大到小旋转则为S型仍以乳酸为例，首先将H与COOH（或CH3）互换位置-OH-COOH-CH3HH在竖线上方（或下方）三个

9、基团由大到小旋转第16页第16页将手性碳原子四个基团按“顺序规则”排序，把最小基团放在最远处，其它三个基团离眼睛最近并在同一平面上由大到小方向旋转，顺时针方向时为R；反时针时为S型。如2-丁醇构型。乳酸构型 观测方向-OH-COOH-CH3HH在最远处三个基团由大到小旋转 观测方向 -OH-CH2CH3-CH3HH在观测者最远处，三个基团由大到小旋转第17页第17页若最小基团在横线左或右面，其它三个基团按顺时针方向由大到小旋转为S型，反之，其它三个基团按反时针方向由大到小旋转为时为R型。二氯丙烷构型2-羟基丙烷构型-Cl-CH2CH3-CH3H-H在横线右面-OH-CH2CH3-CH3H-H在

10、横线左面第18页第18页结论：将手性碳原子任意两个基团位置互换，就成了它对映体。旋光方向相反。3.6.4理解外消旋体和外消旋化（一对对映体）等量左旋体和右旋体混合物称为外消旋体。外消旋体用符号()表示其旋光度为零。如将等量对映体S-（+）-乳酸和R-（-）-乳酸 右旋 左旋混合，就构成了外消旋体。外消旋化手性化合物在物理和化学条件作用下失去旋光性成为对映体平衡混合物过程成为外消旋化。第19页第19页第20页第20页3.7 相对构型和绝对构型相对构型将手性化合物与甘油醛构型比较得出构型称为相对构型。要求 右旋甘油醛为D构型 左旋甘油醛为L构型条件：手性碳原子键不断裂，即保持本来空间构型。甘油醛F

11、ischer投影式投影规则D型-CHO在上端-CH2OH在下端-H在左-OH在右，L型-CHO在上端-CH2OH在下端-OH在左-H在右第21页第21页上述两个化合物都是以D（+）甘油醛通过化学反应得到。在反应过程中，手性碳原子空间构型不变。只是将本来基团转换成了另一个基团，因此它们都是D构型。绝对构型反应空间排列真实状态构型称为绝对构型。用R-S构型标识。它们是两个不同构型标识体系，却含有构型标识一致性。（即相对构型与绝对构型一致）第22页第22页3.8含多个手性碳原子化合物3.8.1非对映异构体两个不是对映体立体异构体称为非对映异构体异构体数目2n，n不相同不对称碳原子数目标分子。含有两个

12、不同手性碳原子能够产生RR，SS，RS，SR四种异构体。第23页第23页*(I) (II) (III) (IV)(2S,3S)-(2R,3R)-(2S,3R)-(2R,3S)-氯代苹果酸 (2-羟基-3-氯丁二酸)上述组合不是实物与镜象关系立体异构体非异构对映体。 第24页第24页结论：大基团位于相连两个手性碳原子同一侧时，其构型为RS或SR型，大基团位于相连两个手性碳原子各一侧时，其构型为RR或SS型。对映体熔点相同，旋光度相等，旋光方向相反一对对映体与另一对对映体是非对映体关系。非对映体物化性质不相同。等量对映体构成外消旋体，无旋光性。3.8.2 内消旋体含有两个或多个手性碳原子时，当分子内有对称中心或对称面而无旋光性称为内消旋体，用 () 表示。结论：内消旋体是一个分子，不可拆分外消旋体是两个互为对映体手性分子等量混合物，可拆分第25页第25页3.9对映异构体性质（自学）3.10 外消旋体拆分接种结晶法；旋光拆分法；生化拆法；化学法接种结晶法在外消旋混合物饱和溶液中，加入一个纯对映体作为晶体并适当冷却，使两个对映体之一优先结晶出来。加旋光物质拆分（）-A+B+ A+B+ A+B+ A-B+ A-B+ 分离分馏或结晶外消旋体旋光物质 非对映异构体（两个不同分子）去B+去B+ A+A-第26页第26页生化拆法 化学法将手性试剂与外消旋体作用，生成两个非