第立体化学基础新PPT课件

1、一、一、 手性手性 第一节第一节 手性分子和对映体手性分子和对映体这种互为实物与镜像（对映）关系，又这种互为实物与镜像（对映）关系，又不能重合的现象称为手性（不能重合的现象称为手性（chirality）.第1页/共45页CCH3CH3HCCH3CH3HHH丙烷丙烷 ：mirror二二 手性分子和对映体手性分子和对映体第2页/共45页CCH2CH3ClCH3HCCH2CH3ClCH3H 2-氯丁烷氯丁烷 ：第3页/共45页这种互为实物与镜像（对映）关系，又不这种互为实物与镜像（对映）关系，又不能重合的异构现象称为对映异构现象。能重合的异构现象称为对映异构现象。 互为对映关系的分子称为对映异构体，

2、简互为对映关系的分子称为对映异构体，简称对映体（称对映体（enantiomer）。 第4页/共45页手性分子也就是与其镜像不能重合的手性分子也就是与其镜像不能重合的分子。分子。手性分子是产生对映体的根本原因。手性分子是产生对映体的根本原因。 第5页/共45页 C H 3 C H 3 H H C O O H C O O H O H H O 乳酸分子（乳酸分子（CH3CHOHCOOH）：）： 第6页/共45页连有四个不同原子或基团的碳原子称为连有四个不同原子或基团的碳原子称为手性碳原子手性碳原子（chiral carbon atomchiral carbon atom）或）或手性中心（手性中心（c

3、hiral centerchiral center），）， “* *C C” 。 含一个手性碳原子的化合物，必然有含一个手性碳原子的化合物，必然有一对对映体（互为对映关系）一对对映体（互为对映关系），即有，即有两种不同的构型。两种不同的构型。 第7页/共45页三 对称面和非手性分子分子的手性与分子中是否存在对称因分子的手性与分子中是否存在对称因素有关。素有关。无对称因素的分子一定为手无对称因素的分子一定为手性分子；反之，为非手性分子。性分子；反之，为非手性分子。 第8页/共45页将分子分成两个完全相同，互为实物和将分子分成两个完全相同，互为实物和镜像的两个部分的平面（镜像的两个部分的平面（sy

4、mmetrical plane），），凡存在有对称面的分子，其凡存在有对称面的分子，其实物和镜像完全重合，没有对映异构体。实物和镜像完全重合，没有对映异构体。 CCCH3ClHHCCl ClCH3H 1，1-二氯乙烷 Z-1-氯丙烯 第9页/共45页凡具有对称面的分子，没有手性，为凡具有对称面的分子，没有手性，为非手性分子，没有对映异构体；凡不非手性分子，没有对映异构体；凡不具有上述对称因素的分子为手性分子。具有上述对称因素的分子为手性分子。 第10页/共45页Fischer投影式是在纸平面上将三维投影式是在纸平面上将三维立体结构改变成二维结构的一种方立体结构改变成二维结构的一种方法。法。第二

5、节第二节 费歇尔投影式费歇尔投影式第11页/共45页FischerFischer投影法的规定：将手性碳原投影法的规定：将手性碳原子放在纸平面上，主碳链直立，命名时子放在纸平面上，主碳链直立，命名时编号最小的碳原子位于顶端。连在手编号最小的碳原子位于顶端。连在手性碳左边和右边的原子和基团朝向纸平性碳左边和右边的原子和基团朝向纸平面前方（横前）面前方（横前） ，连在手性碳上方和，连在手性碳上方和下方的原子和基团朝向纸平面后方（竖下方的原子和基团朝向纸平面后方（竖后）后） 。将模型按上述规定放好后，将。将模型按上述规定放好后，将其投影在纸平面上，得其标准的其投影在纸平面上，得其标准的FischerF

6、ischer投影式。手性碳原子在纸平面投影式。手性碳原子在纸平面上，常省略，用上，常省略，用“十十”字交叉点表示。字交叉点表示。 第12页/共45页 COOHHCCH3OH COOHOHCH3H或第13页/共45页注意：注意：Fischer投影式是用一个平面的投影式是用一个平面的式子来描述分子的空间三维结构，不式子来描述分子的空间三维结构，不能把手性碳所连的原子或基团看成在能把手性碳所连的原子或基团看成在一个平面上；横键基团表示其伸向纸一个平面上；横键基团表示其伸向纸平面前方，竖键基团表示其伸向纸平平面前方，竖键基团表示其伸向纸平面后方（横前竖后）。面后方（横前竖后）。 HHOCOOHCH3C

7、OOHCH3OHH乳酸对映体的乳酸对映体的Fischer投影式投影式 第14页/共45页一、偏振光和旋光性一、偏振光和旋光性 只在一个平面上振动的光，称作平面只在一个平面上振动的光，称作平面偏振光，简称偏振光。由振动方向和偏振光，简称偏振光。由振动方向和传播方向构成的平面称为偏振光的振传播方向构成的平面称为偏振光的振动平面，与偏振光振动平面垂直的平动平面，与偏振光振动平面垂直的平面称为偏振面。面称为偏振面。第三节第三节 旋光性旋光性第15页/共45页第16页/共45页能使偏振光的振动平面发生旋转的性能使偏振光的振动平面发生旋转的性质，称为旋光性。具有这种性质的物质，称为旋光性。具有这种性质的物

8、质，称为旋光性物质或光学活性物质。质，称为旋光性物质或光学活性物质。反之，称为非旋光性物质或非光学活反之，称为非旋光性物质或非光学活性物质。性物质。 第17页/共45页二二 旋光度与比旋光度旋光度与比旋光度 光源光源 起偏镜起偏镜 盛液管盛液管 检偏镜检偏镜旋光仪旋光仪第18页/共45页使偏振光振动面顺时针方向旋转的称为右使偏振光振动面顺时针方向旋转的称为右旋，用旋，用“+ 或或d-”表示；逆时针方向旋转称表示；逆时针方向旋转称为左旋，用为左旋，用“- 或或l-”表示。表示。 旋光度旋光度: :偏振光的偏振面被旋光性化合物所旋偏振光的偏振面被旋光性化合物所旋转的角度转的角度. .第19页/共4

9、5页 一一 D/L标记法（相对构型标记法）标记法（相对构型标记法） Fischer提出以甘油醛作为标准化合物，人提出以甘油醛作为标准化合物，人为规定：（为规定：（+）甘油醛的构型为甘油醛的构型为D-型；（型；（-）-甘油醛的构型为甘油醛的构型为L-型。型。 CHOCHOHHOHHOCH2OHCH2OH D-（+）-甘油醛甘油醛 L-（-）-甘油醛甘油醛 即碳链直立，手性碳原子上的羟基即碳链直立，手性碳原子上的羟基在右边为在右边为D D型；在左边为型；在左边为L L型。型。 第六节第六节 对映异构体的构型标记对映异构体的构型标记法法第20页/共45页其他含一个手性碳的化合物确定构型其他含一个手性

10、碳的化合物确定构型时，与甘油醛作比较。时，与甘油醛作比较。若手性碳原子若手性碳原子上的取代基在碳链右边时，称为上的取代基在碳链右边时，称为D型，型，反之，则为反之，则为L型。型。 COOHCOOHCH3CH3HHH2NNH2L-丙氨酸丙氨酸 D-丙氨酸丙氨酸 第21页/共45页COOHCOOHCH3CH3HHOHHO L-（+）乳酸）乳酸 D-（-）乳酸）乳酸 在一对对映体中，一个为在一对对映体中，一个为D D构型，另一构型，另一个必为个必为L L构型。构型。 第22页/共45页 二二 R/SR/S标记法（绝对构型标记法）标记法（绝对构型标记法） R/S R/S标记法规则：标记法规则： 1.

11、1. 将连于手性碳原子上的四个原子或将连于手性碳原子上的四个原子或基团按基团按 “次序规则次序规则”由大到小排列成序。由大到小排列成序。2. 2. 将最低序次的原子或基团（末优基团）将最低序次的原子或基团（末优基团）远离观察者，然后观察另外三个朝向自远离观察者，然后观察另外三个朝向自己的原子或基团由大到小的序次，若为己的原子或基团由大到小的序次，若为顺时针方向，记为顺时针方向，记为R R构型；若为反时针方构型；若为反时针方向则记为向则记为S S构型。一对对映体中，一个为构型。一对对映体中，一个为R R构型，另一个一定为构型，另一个一定为S S构型。构型。 第23页/共45页 Br Cl CH3

12、 H OH CHO CH2OH H S-1-氯氯-1-溴乙烷溴乙烷 R-甘油醛甘油醛 CClHCH3BrCCH2OHHCHOOH第24页/共45页可直接从可直接从FischerFischer投影式来确定其投影式来确定其R R、S S构型。构型。 在在FischerFischer投影式中，若投影式中，若优先次序最优先次序最低的原子或基团位于竖键低的原子或基团位于竖键（远离观察（远离观察者），其余三个原子或基团的优先次序者），其余三个原子或基团的优先次序由高到低在纸平面上以由高到低在纸平面上以顺时针排列为顺时针排列为R-R-型，反时针排列为型，反时针排列为S-S-型型。 若若优先次序最低的原子或基

13、团位于优先次序最低的原子或基团位于横键横键（即面对观察者），其余原子或基（即面对观察者），其余原子或基团序次由高到低在纸平面上以团序次由高到低在纸平面上以顺时针排顺时针排列为列为S-S-型，反时针排列的为型，反时针排列的为R-R-型型。 第25页/共45页HOHCH3COOH OH COOH CH3 H H 位于横键位于横键 R-乳酸乳酸 C2H5ClBrCH3 Br Cl C2H5 CH3 CH3 位于竖键位于竖键 S-2-氯氯-2-溴溴 丁烷丁烷第26页/共45页判断化合物的几种判断化合物的几种Fischer投影式是否为同一投影式是否为同一物质，可遵循下列规则：投影式在纸平面物质，可遵循下

14、列规则：投影式在纸平面上旋转上旋转n次次90，当，当n为偶整数时，构型不变；为偶整数时，构型不变；当当n为奇整数时，为原物的对映体。为奇整数时，为原物的对映体。 CH3CH3ClHCHOCHOHCl 旋转180 CHOHClCH3CHOHClCH3旋转90 S-2-氯丙醛 S-2-氯丙醛 S-2-氯丙醛 R-2-氯丙醛 第27页/共45页 手性碳原子上取代基的位置互换偶数次，手性碳原子上取代基的位置互换偶数次，构型不变。若互换奇数次，则构型改变成为构型不变。若互换奇数次，则构型改变成为它的对映体。它的对映体。 COOHCOOHOHOHCH3CH3HH交换两次 R-乳酸 R-乳酸 COOHCOO

15、HOHOHCH3CH3HH R-乳酸 S-乳酸 交换一次 第28页/共45页含有两个或两个以上手性碳原子的化合物构含有两个或两个以上手性碳原子的化合物构型的标记同样遵循上述原则，既要标记手性型的标记同样遵循上述原则，既要标记手性碳原子的构型，又要注明碳原子的位次。碳原子的构型，又要注明碳原子的位次。 OHC3 : OH COOH CHCOOH HOH: OH COOH CHCOOH HC2HHHOCOOHOHCOOH 2R,3R-（+）酒石酸）酒石酸2R,3R-（+）tartaric acid 注注:D/L、R/S与手性分子的旋光方向与手性分子的旋光方向d（+）或）或l（-）之间没有联系。）之

16、间没有联系。 第29页/共45页练习题：命名化合物练习题：命名化合物 C CH3CHHBrHCH3第30页/共45页第四节第四节 外消旋体外消旋体含有等量对映体的混合物，称为外消旋含有等量对映体的混合物，称为外消旋体（体（racemate），用），用dl或或() 表示。外表示。外消旋体无旋光性。消旋体无旋光性。 一对对映体除旋光方向相反外，其他的物一对对映体除旋光方向相反外，其他的物理性质和化学性质（在非手性条件下）都理性质和化学性质（在非手性条件下）都相同，而外消旋体的物理性质与两个对映相同，而外消旋体的物理性质与两个对映体则不同。体则不同。 第31页/共45页第五节第五节 非对映体和内消旋

17、化合物非对映体和内消旋化合物一一 非对映体非对映体含含2个不同手性碳原子个不同手性碳原子(2个手性碳上所连个手性碳上所连基团不完全相同基团不完全相同)的化合物的对映异构的化合物的对映异构 第32页/共45页OHCOOHHCOOHHClCOOHHCOOHHClHOOHCOOHHCOOHHClCOOHHCOOHHClHO (1) (2) (3) (4) 2S,3S-2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸 2R,3R-2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸 2S,3R-2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸 2R,3S-2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸 第33页/共45页这种不存在物像关系的立体异构体称这种不

18、存在物像关系的立体异构体称为非对映异构体（为非对映异构体（diastereoisomer）。）。 含含n个不同手性碳原子的化合物的旋光异构个不同手性碳原子的化合物的旋光异构体最多可为体最多可为2n个。个。 要判断几种不同的要判断几种不同的Fischer投影式是否为投影式是否为同一物质，只要逐个判断各式中相对应的同一物质，只要逐个判断各式中相对应的手性碳原子的构型，若完全相同，则为同手性碳原子的构型，若完全相同，则为同一化合物；完全相反，则为对映体；不完一化合物；完全相反，则为对映体；不完全相同，则为非对映体。全相同，则为非对映体。 第34页/共45页二二 内消旋化合物内消旋化合物 含含2个相同

19、手性碳原子（两个手性碳原子个相同手性碳原子（两个手性碳原子上所连基团完全相同上所连基团完全相同)的化合物的对映异构的化合物的对映异构 第35页/共45页(1) (2) (3) (4) 2R，3R-酒石酸酒石酸 2S，3S-酒石酸酒石酸 2R，3S-酒石酸酒石酸 2S，3R-酒石酸酒石酸 OHCOOHHCOOHHOHCOOHHCOOHHHOHOOHCOOHHCOOHHOHCOOHHCOOHHHOHO第36页/共45页OHCOOHHCOOHHOHCOOHHCOOHHHOHO 旋转180度 把分子中含有多个手性碳原子，而分子内部把分子中含有多个手性碳原子，而分子内部有一个对称面，将偏振光的影响相互抵

20、消而有一个对称面，将偏振光的影响相互抵消而无光学活性的化合物称为内消旋体无光学活性的化合物称为内消旋体（mesomer）。）。内消旋体是含有手性碳原内消旋体是含有手性碳原子的非手性分子。内消旋体无旋光性。子的非手性分子。内消旋体无旋光性。 含一个手性碳原子的分子一定是手性分子，含一个手性碳原子的分子一定是手性分子，含多个手性碳原子的分子不一定是手性分子。含多个手性碳原子的分子不一定是手性分子。 第37页/共45页将外消旋体进行分离，得到一个左旋体和一将外消旋体进行分离，得到一个左旋体和一个右旋体的过程称为外消旋体的拆分（析个右旋体的过程称为外消旋体的拆分（析解）。解）。 外消旋体和内消旋体的比

21、较外消旋体和内消旋体的比较 相同处相同处不同处不同处外消外消旋体旋体无旋光性无旋光性等量对映体的混合物，等量对映体的混合物，可以拆分为左旋体和右可以拆分为左旋体和右旋体。旋体。内消内消旋体旋体无旋光性无旋光性单一化合物，不可拆分单一化合物，不可拆分。第38页/共45页三三 脂环化合物的对映异构脂环化合物的对映异构 脂环化合物只要在环上有两个碳各有一个脂环化合物只要在环上有两个碳各有一个取代基，就有顺反异构，若环上有取代基，就有顺反异构，若环上有*C，还，还可能有对映异构现象。可能有对映异构现象。 在应用上，凡属构像异构体都无法分离，在应用上，凡属构像异构体都无法分离，且在建立的平衡中相互迅速转化，故认为且在建立的平衡中相互迅速转化，故认为构像对物质光学活性的宏观表征无影响，构像对物质光学活性的宏观表征无影响，所以所以可将一切构像环简化为相应的平面环可将一切构像环简化为相应的平面环来处理对映异构现象来处理对映异构现象。 第39页/共45页顺式（内消旋体）顺式（内消旋体） 反式反式 （ 对映体）对映体）