旋光异构课件

1、 构造异构异构现象 立体异构碳架异构位置异构官能团异构互变异构构象异构构型异构顺反异构旋光异构第五章 旋光异构图5-1 同分异构的类型分子的手性与旋光异构一、物质的旋光性1.普通光与偏振光普通光图5-2 偏振光的产生2.物质的旋光活性和比旋光度一、物质的旋光活性旋光性物质（光学活性物质）使偏振光振动平面旋转的物质一、物质的旋光活性 旋光性物质非旋光性物质旋光度逆时针旋转（左旋）；用（）表示顺时针旋转（右旋）；用（+）表示一、物质的旋光活性 旋光度的大小除决定于物质的本性外，它们随着溶液的浓度、样品管的长度、测定时的温度、所用光源的波长及溶剂性质等因素改变而改变。一、物质的旋光活性比旋光度= B

2、 lt：旋光度； l: 样品管长度(dm); B: 质量浓度(g/mL); t:温度；：波长, 钠光：D, 589nm衡量旋光性物质旋光性能的物理常数当温度和波长一定时，1mL含1g旋光性化合物的样品液，放在1dm长的旋光管中所测得的旋光度。二、旋光性与分子结构的关系1.手性物体与手性分子人的左右手的关系可比喻成“实物”与“镜像”的关系。相象，但不能完全叠合。手的这种性质称为手性。手性：自然界有许多物体也具有手性，如螺丝钉、树叶、剪刀等。任何一种与其镜像不能完全叠合的分子，就是手性分子。手性物体：手性分子：一般说，凡是由手性分子组成的物质就有旋光性。2.手性与对称因素的关系二、旋光性与分子结构

3、的关系产生旋光的根本原因是分子结构的不对称性。 因为具有对称因素的分子能与其镜像叠合，所以不是手性分子，因而没有旋光性。对称因素对称面对称中心（1）对称面二、旋光性与分子结构的关系(a)一个平面把分子分成两部分，而一部分恰好是另一部分的镜像。例如：2氯丙烷 图5-5 分子中的对称面的示意图 (I)(b) 组成分子的所有原子在一个平面上，如:(E)1,2二氯乙烯图5-6 分子中的对称面的示意图 (II)二、旋光性与分子结构的关系 具有对称面的分子能与其镜像叠合，故不是手性分子，因而没有旋光性。二、旋光性与分子结构的关系图5-7 1氟1氯甲烷分子模型示意图 （2）对称中心 假设有一点P，通过P点与

4、分子任一原子或基团作连线，然后反向延长至等距离处，遇到相同原子或基团，此点即为该分子的对称中心。例：二、旋光性与分子结构的关系图5-8 分子中的对称中心的示意图二、旋光性与分子结构的关系 具有对称中心的分子，必定能与其镜像叠合，因而不是手性分子，无旋光性。 一般情况下，只要分子是不对称分子（没有对称面和对称中心），其实物与镜像就不会叠和，肯定是手性分子，可断定其有旋光性。 结论：三、含有手性碳原子化合物的旋光异构1.手性碳 当一个碳原子与四个不同的原子或基团相连时，没有对称面也没有对称中心，这个碳称为手性碳（用“”标记手性碳）。例：含有一个手性碳的化合物分子为手性分子，有旋光性。2溴丁烷 *乳

5、酸*2.含一个手性碳的化合物（1）对映体与外消旋体三、含有手性碳原子化合物的旋光异构 当一个碳原子与四个不同的原子或基团相连时，分子在空间有两种不同的排列方式。例如： 2溴丁烷 两种构型为实物和镜像的关系：彼此不能重合，如同人的左、右手一样。图 5-8 2溴丁烷分子模型示意图2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构 乳酸分子在空间也有两种不同的排列方式，这两种构型也是“实物”与“镜像”的关系，相象但不能叠合，两者互为对映异构。CH3CHCOOHOHCCHHOCOOHH3对映异构体：具有相同的分子构造，构型不同的两个分子，互为镜像，不能重合。2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构对映体也称旋光

6、异构体: 对映异构体使偏振光的振动平面旋转的角度相同，但方向相反。上两式中，一个代表（+）-乳酸，另一个代表（）-乳酸。对映体的特点：具有相同的分子构造两者的关系为：实物与镜像,不能相互重叠除旋光方向相反外，其他物理性质相同，化学性质相似 ,生理活性不同2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构 等量的左旋体与右旋体所组成的混合物是没有旋光性的，这种体系称为外消旋体 ，常用（）-表示。例：（）-乳酸外消旋体: 手性分子一定有其对映体，含一个手性碳原子有两个旋光异构体，互为一对对映体。2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构（2）旋光异构体的构型表示法透视式表示法：m2、 含有一个手性碳原子化合物

7、的旋光异构费歇尔投影式表示法： 投影规则：用交叉的“”代表手性碳原子及其相连的四个化学键。 与手性碳相连的横线表示伸向纸面前方的化学键；竖线表示伸向纸面后方的化学键。 将碳链放在竖立的方向上，命名时编号较小的原子或基团放在上端。2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构 在使用投影式时，要注意投影式中基团的前后关系，不能离开纸面翻转，也不能旋转90，只能旋转180及其整数倍。2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构费歇尔投影式的原则口诀1.碳原子跃然纸上，四价键交叉成碳2.“横前竖后”是关键3.主碳链竖排最常见，编号最小者位链端图5-9 Fischer 投影式旋转90的分子模型2、 含有一个手性

8、碳原子化合物的旋光异构将投影式在纸面上旋转90，得到它的对映体：(+)2溴丁烷 ()2溴丁烷 旋转 90()2溴丁烷 2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构将投影式在纸面上旋转180，得到相同的分子：图5-10 Fischer 投影式旋转180的分子模型 如果将投影式上任一手性碳原子所连的基团相互交换偶数次，分子构型保持不变；相互交换奇数次，分子的构型改变。例：=2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构（3）构型及构型标记法D/L构型标记法 已知由不同来源可得两种乳酸，它们的比旋光度绝对值相同，但方向相反。那么左旋乳酸与右旋乳酸分别应是哪种构型，在1951年前人们无法测定。 当时为了研究方便

9、，为了表示旋光性物质之间的关系，曾选择甘油醛为标准，并对它的构型作了人为规定。甘油醛的两种构型投影式如下：2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构D-（）-甘油醛L-（）-甘油醛 其它旋光性物质就可以通过化学转变的方法与标准物质甘油醛进行联系，来确定其构型。因此，D/L构型标记法确定的构型又称为相对构型。例：D-（）-甘油醛HOD-（）-甘油酸D-（）-乳酸2、 含有一个手性碳原子化合物的旋光异构那么右旋乳酸、右旋甘油酸就都是L-构型。L-（+）-甘油酸L-（+）-乳酸D-（）-氨基丙酸 凡是结构与甘油醛相似的手性分子，都可以用D/L法标记它们的构型。如：L-（+）-氨基丙酸2、 含有一个手性

10、碳原子化合物的旋光异构 R,S构型标记法将手性碳原子的4个原子或基团按“次序规则”排列次序 ()2丁醇 把次序最小的原子或基团放在离观察者眼睛最远地方，这时其他三个原子或基团分布在离观察者较近的同一平面上。EtOHHCH3其它三个基团由大到小为顺时针方向时为R型；反时针时为S型(R)2丁醇 例：R-1-氯-1-溴乙烷S-2-氯丁烷(R)()乳酸 R-甘油醛R-1-氯-1-溴-1-碘甲烷R,S构型标记法也可应用于费歇尔投影式间接判断：直接判断： 最小的基团处在竖键上，其它三个基团由大到小为顺时针方向时为R型，反时针时为S型；最小的基团若处在横键上，则反之。R-甘油醛R-1-氯-1-溴-1-碘甲烷

11、 最后应该强调的是：D/L和R/S是两种不同的构型标记法，它们之间没有一定的关系，而且和旋光方向也没有一定的关系。3.含两个手性碳的化合物（1）含两个不相同手性碳的化合物 含两个不相同手性碳的化合物应该有四种不同的空间构型。例：2,3,4-三羟基丁醛(2S,3S)(2S,3R)（2R,3R）（2R,3S）HHOHCHOOHCH2OHOHCHOCH2HHOOHH对映体对映体D-()-赤鲜糖L-(+)-赤鲜糖D-()-苏阿糖L-(+)-苏阿糖 与、；与、不是实物与镜像之间的关系，叫做非对映体 旋光异构体的数目，随着手性碳原子数目增加而增加。当有n个不相同手性碳原子时，其旋光异构体的数目应是2n个。

12、非对映异构体不是实物与镜像关系的立体异 构体 我们常将R-Cab-Cad-R化合物的构型与丁醛糖进行比较。类似赤鲜糖的称为赤式或赤型；类似苏阿糖称为苏式或苏型。例：赤式（2）含两个相同手性碳的化合物这类化合物最典型的例子是酒石酸：它的两个手性碳原子所连的四个基团都是：对映体(2R,3R)-() 酒石酸(2S,3S)-(+) 酒石酸m-酒石酸m-酒石酸.HHCOOHCOOHOHOH*COOHHHOHHOCOOH 与粗看之下似乎也是对映体，但如果将沿纸面旋转变180，即可与重合，所以和实际是完全相同的。 象这样，虽然有手性碳原子，但同时存在对称因素，因而无旋光活性的化合物称为内消旋体。常用m-或meso-表示。非对映体: (III)(I)(II)内消旋体虽无旋光活性，但仍属旋光异构体。 内消旋体与外消旋体都无旋光活性，但本质不同。前者是一个化合物后者是一个