大学本科有机化学08立体化学.ppt

1 第三章立体化学 2 主要内容化合物立体结构式的变换方法手性碳的构型 R型和S型 手性分子的命名手性化合物的特性 旋光性 旋光度a 比旋光 外消旋体和内消旋体 构象对映体和构象非对映体 2 复习 两者不能重合 手性分子和非手性分子 手性碳 手性分子 两者可以重合 手性碳 非手性分子 3 对映异构体和非对映异构体 对映异构体 互为镜像且不互相重合 对映异构体 非对映异构体 相互不为镜像 4 立体结构表达式 伞形式 Fischer投影式 十字式 键的方向 5 手性碳构型的表示方法 手性碳的绝对构型 手性碳的绝对构型 R S方法 手性化合物的命名 例 2 丁醇 选择优先顺序最小的原子或基团远离观察者 其余原子或基团依优先顺序排列 S 2 丁醇 R 2 丁醇 有一个手性碳 沿C H方向 S型 逆时针方向 R型 顺时针方向 6 7 基团的优先顺序 Cohn Ingold Prelog定序规则 1 原子序数大者优先 同位素质量大者优先如 I Br Cl S P F O N C D H 2 基团的第一个原子相同时 比较与其相连的下一个原子如 CH2CH3 CH3 CH2Cl CH2F CH2OCH3 CH2OH CH CH3 2 CH2CH CH3 2 8 3 对不饱和基团 可认为与同一原子连接2或3次 如 例 9 R S标记法 Cahn Ingold Prelog体系 不对称碳上的四个基团是按照顺序规则排列的 次序规则 4 孤对电子的次序排在氢原子的后面 5 若存在同位素 则以质量数递减排序 6 R S Z E 10 例 比较以下基团的优先顺序 1 2 11 例 2 3 丁二醇的三个立体异构体的命名 非手性分子 S型 S型 2S 3S 2 3 丁二醇 12 3 由Fischer投影式排列 R 及 S 构型 结论 当最小基团处于横键位置时 其余三个基团从大到小的顺序若为逆时针 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 其余三个基团从大到小的顺序若为顺时针 其构型为R 反之 构型为S 13 R型 R型 S型 S型 2S 3R 2 3 丁二醇或 2R 3S 2 3 丁二醇 2R 3R 2 3 丁二醇 非手性分子 14 A 2S 3S 3 chloro 2 pentanol S S R S S R R B 2R 3S 3 amino 4 penten 2 ol C 2S 3R 4R 2 bromo 4 floro 3 hydroxy 5 phenylpentanoicacid 15 解题方法 构型的多种表示方法的相互转变 请给出该化合物的中英文系统名 并将其表示为锯架式和Fischer投影式 2S 3R 3 chloro 2 pentanol 16 如何判断一个分子是否有手性 最直接法 画其对映体 看是否重合观察有无手性碳 若分子只含有一个手性碳 即为手性分子分子含有二个以上手性碳 情况较为复杂 手性碳与立体异构体数目的关系 若分子有n个手性碳 理论上有2n个立体异构体 2n 2对对映体 若手性碳组成相同 数目有所减少 17 2 3 丁二醇 2 3 戊二醇 有4个立体异构体与理论数目相同 例 手性碳组成相同只有3个立体异构体 2 3 戊二醇的两对对映体 18 3 观察分子的有无对称性 无手性碳 有手性碳 若分子含有对称面或对称中心 为非手性分子 如 有对称面和对称中心的非手性分子 与镜像重合 19 旋转轴对称因素 Cn 这种轴是通过物体或分子的一条直线 以这条直线为轴旋转一定的角度得到的物体或分子的形象和原来的形象完全相同 这种轴称为对称轴 指绕轴一周 有n个形象与原形象相同 该直线称为n重对称轴 又称n阶对称轴 20 21 更迭旋转轴对称因素 Sn 如果分子中有一条直线 当分子以此直线为轴旋转360 n之后 用一面垂直与此轴的镜子加以反射 所得到的镜影若能够与原来的分子完全重叠 Sn Cn 垂直于Cn 1956年首次合成了一个有四重更迭轴的分子 S4I IVII III 22 判别手性分子的依据 S1 S2 i 23 含假手性碳的分子 了解 一个碳原子 A 若和两个相同取代的不对称碳原子相连而且当这两个取代基构型相同时 该碳原子为对称碳原子 而若这两个取代基构型不同时 则该碳原子为不对称碳原子 则 A 为假不对称碳原子 整个分子有对称面 是内消旋化合物 无手性 非手性分子 有对称面 手性分子 为对映体 24 结论 有对称面 对称中心 更迭旋转轴的分子均可与其镜象重叠 是非手性分子 反之 为手性分子 至于对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据 若这个分子只含有这种旋转轴对称因素 不能与其镜象重叠 被称为非对称的分子 也属于手性分子 完全不具有任何对称因素的分子 也不能与其镜象重叠 被称为不对称的分子 也属于手性分子 分子的手性是对映体存在的必要和充分条件 25 一些不含手性碳的手性分子 连二烯型 含有两个互相垂直的平面 比较 与镜像无法重合 是手性分子 26 螺环型 与镜像无法重合 是手性分子 联苯型 位阻型 大基团使单键旋转受阻 27 联苯型化合物 28 构象型 构象转换受阻 反 环辛烯 螺旋型 六螺环烃 29 手性分子的特性 旋光性 立体异构体之间的一般物理 化学性质比较 例 酒石酸 tartaricacid 2 3 二羟基丁二酸 有2个组成相同的手性碳 有3个立体异构体 R R 酒石酸 S S 酒石酸 R S 酒石酸 一对对映体 30 相同 非对映体之间性质有明显差别 酒石酸立体异构体性质比较 31 对映体之间的性质差别 物理性质 对偏振光的作用不同 有旋光性化学性质 对手性试剂的作用不同 32 光是一种电磁波 光波的振动方向与光的前进方向垂直 有无数个经过光传播的直线 如果让光通过一个象栅栏一样的Nicol棱镜 起偏镜 就不是所有方向的光都能通过 而只有与棱镜晶轴方向平行的光才能通过 这样 透过棱晶的光就只能在一个方向上振动 象这种只在一个平面上振动的光 称为平面偏振光 简称偏振光或偏光 33 手性化合物对偏振光的作用 旋光性 或称光学活性 Opiticallyactive 入射偏振光 石英样品管 装有旋光性物质 透射偏振光 已偏转 34 左旋和右旋 一对对映体对偏振光的作用不同 一个使偏振光向顺时针方向偏转 另一个使偏振光向逆时针方向偏转 两者偏转数值相同 例 右旋 dextrorotatory 使偏振光向顺时针方向偏转 表示为 左旋 levorotatory 使偏振光向逆时针方向偏转 表示为 R R 酒石酸 S S 酒石酸 旋光异构体 对映异构体 左旋 35 手性分子旋光能力的表示方式 比旋光 a t a t at l c at 实验观察到的选光度l 样品管长度 dm 分米 c 样品浓度 g cm3 t 测试时温度 波长 例 R R 酒石酸 a 25D 12o 水 20 钠光 D线 l 589nm specificrotation 36 外消旋体和内消旋体 外消旋体 等量的左旋体和右旋体的混合物 例 旋光性相互抵消 消旋 产物无旋光性 外消旋体性 racemicmixture 37 例 R S meso 酒石酸 内消旋体表示方法 分子有对称面 无旋光性 一个手性碳的旋光性正好被分子内另一构型相反的手性碳所抵消