有机化学第三章同分异构

1、重点重点 1. 1. 顺反异构及其顺反异构及其Z/EZ/E命名法。命名法。 2. 2. 分子的手性、手性碳原子、对称因素、对映分子的手性、手性碳原子、对称因素、对映 体、非对体、非对 映体、外消旋体和内消旋体。映体、外消旋体和内消旋体。3. Fischer3. Fischer投影式的书写方法及注意事项。投影式的书写方法及注意事项。4. 4. 构型的标记方法（构型的标记方法（R/SR/S法）。法）。 同同分分异异构构构构造造异异构构碳碳链链（碳碳架架）异异构构官官能能团团位位置置异异构构官官能能团团异异构构互互变变异异构构立立体体异异构构构构型型异异构构构构象象异异构构顺顺反反异异构构光光学学异

2、异构构CH3CH2CH2CH=CH2CH3CH2CH=CHCH3CH3CH2C=CH2CH3官能团位置异构碳干异构2-戊烯1-戊烯2-甲基-1-丁烯CH3CH=CCH3 CH3CHCH=CH2CH3CH3官能团位置异构2-甲基-2-丁烯3-甲基-1-丁烯CH3CHCCH2CH3CH3CH3CH31O1O1O1O1O234OOO第二节第二节 顺反异构顺反异构 顺反异构体的顺反异构体的Z/EZ/E标记法标记法 哪些化合物存在顺反异构体：哪些化合物存在顺反异构体： (1).含有C=CC=NN=N、双键的化合物。(2).环状化合物。产生顺反异构体的原因：产生顺反异构体的原因： 由于双键不能自由旋转，当

3、双由于双键不能自由旋转，当双键连有不同的原子或基团时，就会出现两种不同的空间排键连有不同的原子或基团时，就会出现两种不同的空间排布方式，从而产生顺反异构体。布方式，从而产生顺反异构体。 双键上双键上C C与与N N的不同之处是：的不同之处是：C C 原子连有两个不同的原子连有两个不同的原子或基团，而原子或基团，而N N原子只连有一个原子或基团，另一个原子只连有一个原子或基团，另一个spsp2 2杂化轨道是被孤对电子所占据。杂化轨道是被孤对电子所占据。 环状化合物环状化合物把碳环近似的看成一个平面，连在环碳上把碳环近似的看成一个平面，连在环碳上的原子或基团就有在环平面的上下之分，从而产生顺反的原

4、子或基团就有在环平面的上下之分，从而产生顺反异构现象。异构现象。 顺反异构体的命名方法：顺反异构体的命名方法： 1. 1. 顺顺/ /反标记法：相同的原子或基团位于双键（或环反标记法：相同的原子或基团位于双键（或环平面）的同侧为平面）的同侧为“顺式顺式”；否则为；否则为“反式反式”。 C=CC=Caabbaabbaaaabbbb(cis )_顺式(trans )_反式(trans )_反式(cis )_顺式 2. Z / E 2. Z / E标记法：标记法：该法是该法是19681968年年IUPACIUPAC规定的系统命名法。规定按规定的系统命名法。规定按“次序规次序规则则”，若优先基团位于双

5、键的同侧为，若优先基团位于双键的同侧为Z Z式（德文式（德文ZusammenZusammen的缩写，中文意为的缩写，中文意为在一起在一起）；否则为）；否则为E E式（德文式（德文EntgegenEntgegen的缩写，中文意为的缩写，中文意为相反的相反的）。）。 C=CabcdC=Cabcdabcd( Z )( E ) 举例举例: :C=CC=CHHCH3COOHHCH3HCOOH2_丁烯酸2_丁烯酸顺_Z_反_E_2_丁烯酸2_丁烯酸 环状化合物：环状化合物： C2H5CH3CH3C2H5HHHH顺_ _4_ _1甲基乙基环己烷反_ _4_ _1甲基乙基环己烷C=CC=CC=CC=CHHC6

6、H5HHCH3HC6H5HHHCH31_1,3_苯基_戊二烯顺 , 顺_(1Z , 3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_1_1,3_苯基_戊二烯反 , 顺_(1E , 3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_一、一、 旋光性与比旋光度旋光性与比旋光度光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。如果让光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。如果让光通过一个象栅栏一样的光通过一个象栅栏一样的 Nicol Nicol 棱镜棱镜 ( (起偏镜起偏镜) ) ，只有与棱镜，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

7、动，象这种只在一个平面上振动的光，称为平面偏振光，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。简称偏振光或偏光。 平面偏振光第三节第三节 光学异构现象光学异构现象 那么，偏振光能否透过第二个那么，偏振光能否透过第二个Nicol Nicol 棱镜棱镜 ( (检偏镜检偏镜) ) 取决于两取决于两个棱镜的晶轴是否平行，平行则可透过；否则不能通过。如果个棱镜的晶轴是否平行，平行则可透过；否则不能通过。如果在两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质：在两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质：亮丙 酸亮暗乳 酸 结论：结论： 物质有两类：物质有两类：（1

8、1）旋光性物质）旋光性物质能使偏振光振动面旋转的性质，能使偏振光振动面旋转的性质， 叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度，以旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度，以“”表示。表示。（2 2）非旋光性物质）非旋光性物质不具有旋光性的物质，叫做不具有旋光性的物质，叫做 非旋光性物质。非旋光性物质。 但旋光度但旋光度“”是一个常量，它受温度、光源、浓度、管是一个常量，它受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响，为了便于比较，就要使其成为一个长等许多因素的影响，为了便于比较，就要使其成为一个常量，故用比

9、旋光度常量，故用比旋光度 来表示：来表示： lBt lBtCH3CCOOHHCH3CCOOHHHOH*旋光性产生的原因旋光性产生的原因分析有旋光性的乳酸和没有旋光性的丙酸在结构上的分析有旋光性的乳酸和没有旋光性的丙酸在结构上的差别：差别：二、手性和对称性二、手性和对称性 乳酸所以具有旋光性，可能是因为分子中有一个乳酸所以具有旋光性，可能是因为分子中有一个* *C C原原子（不对称碳原子或手性碳）。子（不对称碳原子或手性碳）。 为什么有为什么有* *C C原子就可能具有旋光性？这是因为：原子就可能具有旋光性？这是因为： (1)(1)一个一个* *C C就有两种不同的构型：就有两种不同的构型： C

10、OOHCH3OHHCOOHCH3OHHCCCOOHCOOHCH3H3CHOOHHH-二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系，或者说左、二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系，或者说左、右手关系）。二者无论如何也不能完全重叠。与镜象右手关系）。二者无论如何也不能完全重叠。与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。分子的构造相同，不能重叠的分子，称为手性分子。分子的构造相同，但构型不同，形成实物与镜象的两种分子，称为对映但构型不同，形成实物与镜象的两种分子，称为对映异构体（简称：对映体）。异构体（简称：对映体）。对映体：成对存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。对映体：成对存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。

11、外消旋体：等量对映体的混合物。外消旋体：等量对映体的混合物。 对称因素：对称因素： 1. 1. 对称面，能把分子切成互为镜像的两半的平面。对称面，能把分子切成互为镜像的两半的平面。HHHHHHH3CCH3 2. 2. 对称中心对称中心 分子中有一点分子中有一点i i，分子中任一原子或基团向，分子中任一原子或基团向i i连线，连线，在其延长线的相等距离处都能遇到相同的原子或在其延长线的相等距离处都能遇到相同的原子或基团。基团。 3. 3. 对称轴对称轴 以设想直线为轴旋转以设想直线为轴旋转360360。/ n/ n，得到与原分子相同的，得到与原分子相同的分子，该直线称为分子，该直线称为n n重对

12、称轴（又称重对称轴（又称n n阶对称轴）。阶对称轴）。 CCClClHH三、手性碳的构型表示式与标记三、手性碳的构型表示式与标记1. 1. 构型的表示法：构型的表示法：球棒式、透视式：略球棒式、透视式：略 Fischer Fischer 投影式：以手性碳为中心，横向相连的基团放在前方，投影式：以手性碳为中心，横向相连的基团放在前方， 纵向的放在后方。纵向的放在后方。 C CO OO OH HC CH H3 3H HO OH HC CO OO OH HC CH H3 3H HO OH H 使用使用Fischer Fischer 投影式的注意事项：投影式的注意事项： (1)(1)可以沿纸面旋转，但

13、不能离开纸面翻转。可以沿纸面旋转，但不能离开纸面翻转。 COOHCH3HOHCOOHCH3HHO翻 转翻 转COOHHOHCOOHCH3HHO旋 转180旋转180CH3。(2) (2) 可以旋转可以旋转180180，但不能旋转，但不能旋转9090或或270 270 。 COOHHOHCOOHCH3HOH旋 转90旋 转90CH3。2.2.构型标记法：构型标记法： a. D / La. D / L标记法标记法C CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH H- - -C CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO O D-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛

14、甘油醛 注意：注意：D D、L L与与 “+ +、- -” 没有必然的联系没有必然的联系H HO OH HC C2 2H H5 5C CH H3 3H HO OH HC C2 2H H5 5C CH H3 3R RS S b. R / S b. R / S标记法标记法三维结构：将最小的基团离眼睛最远，观察其三维结构：将最小的基团离眼睛最远，观察其余三个基团的排列顺序，如果按顺时针，为余三个基团的排列顺序，如果按顺时针，为R R型；型；反之，逆时针：为反之，逆时针：为S S型型H HC CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO OR RC CH HO OC CH H2 2O O

15、H HH HO O当最小基团处于竖键位置时，依照其余三个基团从大到小当最小基团处于竖键位置时，依照其余三个基团从大到小的顺序进行判断，顺时针为的顺序进行判断，顺时针为R R型，逆时针为型，逆时针为S S型。型。 四、四、 Fischer Fischer 投影式：投影式： H HO OH HH HC CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH HR RC CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OC CH HO OC CH H2 2O OH H当最小基团处于横键位置时，依照其余三个基团当最小基团处于横键位置时，依照其余三个基团从大到小的顺序进行判断，并将结果相反；从

16、大到小的顺序进行判断，并将结果相反；五、五、 含两个手性碳原子化合物的对映异构含两个手性碳原子化合物的对映异构 含两个不同手性碳原子化合物的对映异构含两个不同手性碳原子化合物的对映异构 C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 1

17、2 23 34 4C C: :2 2O OH HC CH HC Cl lC CO OO OH HC CO OO OH HC C: :3 3C Cl lC CO OO OH HC CH HO OH HC CO OO OH H( (2 2R R, ,3 3R R) )( (2 2S S, ,3 3S S) )( (2 2R R, ,3 3S S) )( (2 2S S, ,3 3R R) )- - - - -异构体数目异构体数目 2 2n n = 2 = 22 2 = 4 = 4 （n n：手性碳原子数目）：手性碳原子数目）对映体数目对映体数目 2 2n n 1 1 = 2 = 2（2 2 1 1

18、）= 2= 2（对）（对） 含两个相同手性碳原子化合物的对映异构含两个相同手性碳原子化合物的对映异构 C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OO OH HH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OH HO OH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OO OH HH HH H1 12 23 34 4C C = =2 2O OH HC C: :3 3C CO OO OH HC CH HO OH HC CO OO OH H( (2 2S S, ,3 3S S) )( (2 2R R, ,3 3R R) )( (2 2S S, ,3 3R R) )( (2 2R R, ,3 3S S) )- - -H HO O- - -内内消消旋旋体体 ( (m me