分子结构的基本知识课件

1、11. 分子结构及表示2. 同分异构3. 顺反异构及标识4. 对映异构与标识 5. 分子的模型表示分子结构的基本知识11. 分子结构及表示分子结构的基本知识2projection formulas费歇尔(Fischer)投影式Perspective formulas透视式分子结构是指一个分子的组成原子（基团）通过价键连接和空间排列所形成的几何形象 分子结构 价键连接方式 + 空间排列方式2projection formulasPerspectiv31. 分子结构及表示2. 同分异构3. 顺反异构及标识4. 对映异构与标识 5. 分子的模型表示分子结构的基本知识31. 分子结构及表示分子结构的基

2、本知识4决定分子几何形象的因素1. 当然与其组成原子（基团）的性质和数量有关系2. 同分异构（Isomerism） （1）原子（基团）间的连接方式（Constitution，构造方式）不同，不同构造方式产生构造异构； （2）在构造方式一定的情况下，由价键在空间的排列方式所规定的原子（基团）在空间的排列方式称为构型（Configuration ） ，不同的构型产生构型异构； （3）在构造或构型一定的情况下，由单键的旋转引起的单键相连基团在空间的各种排列方式称为构象（Conformation），不同的构象产生构象异构； （4）上述三个因素不一定同时存在。4决定分子几何形象的因素分子结构的基本知识课

3、件6重要说明构型: 分子中由于各原子或基团间特有的固定的空间排列方式； 一种构型转变另一种构型则要求共价键的断裂、原子(基团)间的重排和新共价键的重新形成。构象: 指具有相同构造和构型分子中，由于某个基团绕单键自由旋转而形成的不同的易变的空间结构形式；在各种构象形式中，势能最低、最稳定的构象成为优势构象。构象异构对小分子的性质和功能影响可以忽略，但构象的变化对于生物大分子的性质和功能则具有非常显著的影响；因此，当我们在谈论某个具体小分子的结构时，主要是指它的构造结构或构型结构。 6重要说明构型: 分子中由于各原子或基团间特有的固定的空间排71. 分子结构及表示2. 同分异构3. 顺反异构及标识

4、4. 对映异构与标识 5. 分子的模型表示分子结构的基本知识71. 分子结构及表示分子结构的基本知识8顺反异构（cis-trans isomerism）是由于双键或环结构上的单键不能旋转而产生的一种构型异构。在生物体的物质中，涉及顺反异构的主要是含有双键的不饱和脂肪酸。 8顺反异构（cis-trans isomerism）是由于双（1）当C1（或C2）连接的两个基团相同时，无论C2（或C1）连接的两个基团是否相同，都不会产生同分异构体；顺反异构的标识 （2）当C1和C2各自连接的两个基团不同，且C1连接的基团和C2连接的基团有一对相同或两对相同时，相同的基团在双键的同侧称为顺式（cis）构型，

5、反之则称为反式（trans）构型（Cis和trans为拉丁语，分别表示同侧和对侧之意）；乙烯 丙烯 顺(cis)-2-戊烯 反(trans)-2-戊烯 （1）当C1（或C2）连接的两个基团相同时，无论C2（或C1（3）当C1和C2连接的基团全部不同时，cis/trans定义失效，用Z/E构型标识法，即按照CIP规则将四个基团进行大小排序，两个较大的基团在双键的同侧标记为Z构型，Z为德语zusammen（在一起）的首字母，反之标记为E构型，E为德语entgegen（在对面）的首字母； CIP（CahnIngoldPrelog）规则：基团大小先按原子序数排大小（同位素按质量数排大小），原子序数相同

6、时按与此原子相连的其他原子的原子序数排大小，依次类推，直至排出基团顺序；基团中有双键或三键时，等同于连接两个或三个相同的原子。Z-3-甲基-3-庚烯 E-3-甲基-3-庚烯 （3）当C1和C2连接的基团全部不同时，cis/trans定11（4）Z/E标识方法弥补了cis/trans标识方法的不足，有时两种标识完全对应，如下图左列；有时两种标识正好相反，如下图右列。顺(cis)-2-戊烯 或Z-2-戊烯 反(trans)-2-戊烯 或E-2-戊烯 反(trans)-3-甲基-2-戊烯或Z-3-甲基-2-戊烯顺(cis)-3-甲基-2-戊烯或E-3-甲基-2-戊烯11（4）Z/E标识方法弥补了ci

7、s/trans标识方法的不121. 分子结构及表示2. 同分异构3. 顺反异构及标识4. 对映异构与标识 5. 分子的模型表示分子结构的基本知识121. 分子结构及表示分子结构的基本知识13光 (电磁波) 是横波电场矢量E, 磁场矢量B, 偏振面YZ，波长 =OA，波数1/，频率 f1/T，波速c = f EMZXYOA13光 (电磁波) 是横波电场矢量E, 磁场矢量B, 偏振面14自然光与平面偏振光14自然光与平面偏振光15旋光现象的发现1815年，毕奥（Jean Baptiste Biot）发现有些石英结晶将偏振光向右旋，有些将偏振光向左旋， 有些有机化合物（如葡萄糖、尼古丁、蔗糖等）也具

8、有旋光性。15旋光现象的发现1815年，毕奥（Jean Baptist161848年，Louis Pasteur在一个冷天成功从酒石酸铵钠的溶液中长出两种形状呈镜像对称的晶体，送给Biot检测，结果分别具有左右旋光性。161848年，Louis Pasteur在一个冷天成功从酒17Louis Pasteur进一步认为，旋光性相反的酒石酸（铵钠），一定象它们的晶体互为镜像一样，也是互为镜像的两种不同结构，但具体是什么样，并没有答案。17Louis Pasteur进一步认为，旋光性相反的酒石酸181874年，Vant Hof和Le.Bel提出，如果一个C原子连有四个不同基团，这四个基团在C原子周围

9、可以有两种不同的排列形式，有两种不同的四面体空间构型，它们互为镜象，和左右手之间的关系一样，外形相似，但不能重合,此为手性。Why？Chirality！181874年，Vant Hof和Le.Bel提出，如果一个19Chirality Enantiomer Optical Isomer手性 对映异构体 旋光异构体手性中心或手性碳原子19Chirality Enantiomer Opt20hybridhybridC原子的SP3杂化轨道20hybridhybridC原子的SP3杂化轨道21How to know a molecule with or without chirality?同时存在下列

10、情况，肯定是手性分子没有对称中心没有对称面没有四重反轴存在下列情况之一，不是手性分子有对称中心有对称面有旋转反轴分子结构存在下列情况之一手性中心/Chiral center手性轴/Chiral axis手性面/Chiral plane具体化为21How to know a molecule with 手性轴（Chiral axis） 手性轴，因空间位阻作用旋转受限；镜面从手性轴一端（如右端）观察苯环取代基，按近优先、大优先的原则空间排列这些基团，有何结果？31241234提示：螺旋结构是手性结构手性轴（Chiral axis） 手性轴，因空间位阻作用旋转手性平面（Chiral plane） 苯

11、环、Br、O在一个平面内，因Br成为手性平面将平面外直接与平面相连的最大的原子定为P原子（pilot atom）；从连接P的原子开始，在平面内沿价键按CIP规则移动（下一个原子最大），直至能画出足够判断绕行方向的路径；从P点观察路径的绕行方向：顺时针或逆时针PP12341234手性平面（Chiral plane） 苯环、Br、O在一个平24手性中心/Chiral center有一个手性中心，肯定是手性分子abEnantiomer 24手性中心/Chiral center有一个手性中心，肯定25有多个手性中心，不一定是手性分子（如酒石酸）a与b互为镜像结构，c与d互为镜像结构；但a与b互为对映异

12、构体，c和d不是对映异构体而是同一种结构；因为， a和b不可能全方位重叠（表面上看，将 a或b进行上下或左右翻转就可使它们重叠，但不要忘了键的前后或内外指向也发生了改变，还是不能重叠），而c和d可以全方位重叠（c或d在纸平面的旋转即可，这样的旋转不改变键的前后或内外指向）；结论就是，酒石酸的构型异构体有a、b、c（或d）三个，其中a和b是旋光性相反的对映异构体（旋光异构体），而c（或d）没有旋光性。 racemic mixture（外消旋物） meso-forms (内消旋物）？25有多个手性中心，不一定是手性分子（如酒石酸）a与b互为镜26手性碳原子上连接的基团，如果在化学演变过程中与手性碳

13、原子相连的价键没有断开和重排，则该手性碳原子的构型将保持不变。(+)-甘油醛内消旋酒石酸(-)-旋酒石酸26手性碳原子上连接的基团，如果在化学演变过程中与手性碳原子2719世纪末，费歇尔建议用甘油醛为标准来确定对映体的构型. 旋光构型的D/L标记D/L Denotations for Optical IsomersD, L-System甘油醛甘油醛L-(-)-D-(+)-D, Dextrorotatory; L, Levorotatory2719世纪末，费歇尔建议用甘油醛为标准来确定对映体的构型.28乳酸和酒石酸与甘油醛比较所定构型甘油醛D-(+)-甘油醛L-(-)-D-乳酸L-乳酸28乳酸和

14、酒石酸与甘油醛比较所定构型甘油醛D-(+)-甘油醛29天然右旋酒石酸铷钠晶体(结构未知)测定结构L-(+)-酒石酸铷钠*L-(-)-甘油醛*等价盐便于结晶，引入Rb为了得到X射线反常散射为什么不直接使用合成的左旋酒石酸？29天然右旋酒石酸铷钠晶体(结构未知)测定结构L-(+)-酒30D/L构型和旋光性是否对应？甘油醛D-(+)-甘油醛L-(-)-D-(-)-乳酸L-(+)-乳酸否！-(+)-(-)30D/L构型和旋光性是否对应？甘油醛D-(+)-甘油醛L-31旋光构型的R/S标记R/S Denotations for Optical IsomersR, Rectus，拉丁语右的意思; S，Si

15、nister，拉丁语左的意思R 按CIP规则成顺时针 S 按CIP规则成反时针31旋光构型的R/S标记R, Rectus，拉丁语右的意思;3232331. 分子结构及表示2. 同分异构3. 顺反异构及标识4. 对映异构与标识 5. 分子的模型表示分子结构的基本知识331. 分子结构及表示分子结构的基本知识34棍棒模型（Stick Model）：分子只用代表价键的棍棒表示，原子不被显示，可使用有区别的棍棒（通常为不同的颜色）表示不同的原子，下图是结合了氧分子的血红素棍棒模型。34棍棒模型（Stick Model）：分子只用代表价键的棍35球棍模型（Ball & Stick Model）：分子中价

16、键用棍棒表示，原子用球代表，下图是血红素的球棍模型。35球棍模型（Ball & Stick Model）：分子中36填充模型（CPK Model，Corey-Pauling-Koltun )： 分子中用不同大小（范德华半径）的球代表不同的原子，并且不同颜色的球表示不同的原子，下是血红素的球棍模型。36填充模型（CPK Model，Corey-Pauling37飘带模型（Ribbon Model）：是生物大分子，尤其是蛋白质结构表示的常用模型。飘带只表示分子主链及其走向，不显示单个原子的具体位置，可以很好地表示蛋白质二级结构的三维排列，下图是不含血红素的肌红蛋白飘带模型。37飘带模型（Ribbon Model）：是生物大分子，尤其38