立体化学基础市公开课获奖课件

1、第五章 立体化学基础：手性分子结构异构立体异构构型异构(分子中原子间连接顺序、结合方式)(结构相同，原子在空间排布方式不同)碳架异构位置异构官能团异构顺反异构对映异构构象异构同分异构 对映异构又叫光学异构或旋光异构。它是一类与物质旋光性质相关立体异构。第1页第1页第五章 立体化学基础*基本概念：手性、手性分子、手性碳、对映异构、对映异构体、旋光性、（左旋、右旋）、内消旋体、外消旋体、非对映异构体、对称原因（对称面，对称中心）*产生对映异构原因：由于分子含有手性，而产生手性原因则是分子不对称性。*手性分子立体结构平面表示法：Fischer投影式*手性分子构型命名：D/L构型命名、 R/S构型命名

2、第2页第2页 观测自己双手，左手与右手有什么联系和区别？一、手性第一节、手性分子和对映体第3页第3页左、右手互为镜像与实物关系，而又不能重叠，这种性质称为“手性”。左手镜像是右手对映关系左手 镜 右手左手和右手不能重叠第4页第4页Question 1：下述物质哪些含有手性？ 手套、剪刀、脚、 鼻子、 耳朵 答案：手套、剪刀、 脚、耳朵 第5页第5页 任何物体都有它镜像。一个有机分子在镜子内也会出现相应镜像。实物与镜像相应部位与镜面含有相等距离。实物与镜像关系叫对映关系。实物与镜像镜面二、手性分子和对映体第6页第6页CH3HHOHCCH3HHOHCCH3HHOHCCH3HHOHC 若实物与其镜像

3、能够完全重叠，则实物与镜像所代表两个分子为同一个分子。所有基团都重叠乙醇分子模型重叠操作第7页第7页 对于一些分子，两个互为实物与镜像关系分子不能重叠，如乳酸。 含有对映而不能重叠关系立体异构体，互称为对映异构体（简称对映体enantiomers）。第8页第8页 有对映异构体分子称为手性分子（Chiral molecule），或称分子含有手性(chirality).乙醇没有对映体，因此是非手性分子。 与4个不同基团相连碳原子称为手性碳原子(惯用*C表示)。 *C是引发分子手性一个常见原因。*手性分子CH3HHOHCCH3HHOCO2HCH3CHOHCO2HC非手性分子（注意：透视式书写办法）第

4、9页第9页Question 2 :下列化合物哪些是手性？指出它们所含手性碳原子。1. CH2Cl2 2.CH3-CHCl-CH2CH3 3. CH3-CH-CH2CH3 CH2CH3H CH3 CH3 4.5. H CH3*第10页第10页 要判断一个分子是否含有手性？ 模型：比较实物和镜像是否能完全重叠。 考察分子有无对称原因：假如分子中没有对称面和对称中心，则该分子是手性分子，存在对映异构体。 在大多数情况下，可依据分子中是否存在手性碳原子来判断分子是否有手性。三、对称面和非手性分子第11页第11页 1、对称面(m)：含有对称面分子与其镜像能够重叠，是非手性分子。丙酸分子对称面 第12页第

5、12页分子对称面含有对称面分子为非手性分子第13页第13页四、判断对映体办法1、看分子和它镜像能不能重叠。假如不能重叠，就含有对映异构现象。2、寻找对称面和对称中心。假如分子没有对称原因（对称面和对称中心），就含有对映异构现象。3、寻找手性中心。假如分子只有一个手性碳原子，就含有对映异构现象。（含多个手性碳化合物就不一定）第14页第14页第二节、旋光性（原第三节P74） 光束迈进方向(a)迈进方向与振动方向垂直(b)普通光线振动平面一、平面偏振光(plane-polarized light )和旋光性 光电磁波，它振动方向与其迈进方向垂直(图a).普通光光波可在垂直于它迈进方向任何也许平面上振

6、动(图b). 第15页第15页只在一个平面上振动光叫平面偏振光。简称偏振光。第16页第16页(a) 水等不旋光物质(b) 乳酸等旋光物质图 物质旋光性A为盛液体或溶液管子 手性物质如乳酸、葡萄糖等，能使偏振光振动平面旋转一定角度 a(图b).能旋转偏振光振动方向性质叫旋光性 (optical activity ) ，手性化合物都含有旋光性。第17页第17页第18页第18页 物理常数 a 称为比旋光度。它是单位长度和单位浓度下旋光度。 a L CaDt =一对对映体比旋光度大小相等，方向相反。t：测定温度()D：光源(钠D线，589nm)L：旋光管长度(dm) C：溶液浓度(gml-1or kg

7、L-1),纯液体为密度通常还要注明溶剂a = a LC如：aD20 = +98.3o (C, 0.05, CH3OH)（二）、比旋光度第19页第19页COOHCH3OHHCOOHCH3HOH对映异构体结构表示办法COOHCH3OHHCOOHCH3HHO或： 1.其它表示法第三节 费歇尔投影式（原第二节 ）透视式第20页第20页2、Fischer投影式第21页第21页 （1）“横前竖后”：与*C结合两个横键代表朝向纸平面前方,两个竖键代表朝向纸平面后方。（这一条必须遵守！）Fischer投影式书写规则（投影规则）（2） 普通将主碳链放在竖直线上，把命名时编号最小碳原子放在上端。 投影到纸面上得到

8、投影式，“十”字交叉点相称于*C，它位于纸面上。 按此方式得到Fischer投影式为最严格Fischer式，用D/L法命名时必须用这种Fischer式。第22页第22页费歇尔投影式横前竖后第23页第23页第24页第24页 （1）Fischer投影式不能离开纸面进行翻转。 （2）在纸面上旋转动180构型不变, 旋转90或 270 构型变 。比较投影式时必须遵守下列规则：n 90n=偶数构型不变n=奇数构型变第25页第25页在纸平面内旋转180，构型不变 Fischer式平移或纸平面内旋转180, 其构型不变。 第26页第26页Fischer 投影式离开纸面翻转, 构型改变！ 第27页第27页Fi

9、scher 式纸平面内旋转90(或270), 构型改变！ 第28页第28页 （3）、 Fischer式中同一个*C上所连原子或基团能够两两互换偶多次。若互换奇多次，将会使构型变为它对映体。即：固定*C上某个基团，其它三基团顺序轮换，不改变其构型。HNH2CO2HCH3CO2HNH2HCH3CO2HNH2HCH3 即: 若将手性碳原子上所连任何两个原子或基团互相互换，将会使构型变为它对映体。CO2HNH2HCH3第29页第29页Problem 3: 下列Fischer式是否表示同一化合物？COOHCH2OHHOHHOHCH2OHCOOH1 2 COOHOHHOH HOCH2COOH CH2OHH

10、34旋转180后可重叠镜像关系-对映体互换偶多次后与1同第30页第30页CHOCHOH OH HO HCH2OHCH2OH D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛 命名含有立体特性化合物时，应标出分子中连在手性碳上各个基团在空间排列方式（即构型）。 1、构型D/L命名法：选择甘油醛作为原则，并人为地要求它构型。（碳链竖直，醛基在上端）第六节、对映异构体构型标识法（提前）第31页第31页 规则：在严格Fischer投影式中，C*上取代基处于右侧为D-构型；处于左侧为L-构型。 COOHHCH3H2NL-2-氨基丙酸CHOCHOH OH HO HCH2OHCH2OH D-(+)-甘油醛 L-(-)

11、-甘油醛D/L标识法普通用于糖类和氨基酸构型标识。第32页第32页 1979年，国际上依据IUPAC提议采用了R/S构型系统命名法，这种命名法适应性更广。直接依据化合物实际构型或投影式命名，不需要与其它化合物联系比较。2、构型R/S命名法第33页第33页 手性碳上所连四个原子或基团排序：大、中、小、最小。然后把最小基团放在方向盘连杆上，其它三个基就在方向盘上。然后再观测这三个基大、中、小走向，顺时针为R，反时针为S。办法：顺序规则排顺序，方向盘上定构型。第34页第34页abc顺时针: R构型abc逆时针：S构型第35页第35页直接利用Fischer投影式命名：ClC2H5 CH3HClHCH3

12、C2H5还原为立体式S-2-氯丁烷第36页第36页COOHCOOHHOHHOHCH3CH3 CH2ClH HOCH2Cl HOCH2 ClHCH2Cl直接依据Fischer投影式命名简便办法简介R-(-)-乳酸S-(+)-乳酸S-2,3-二氯丙醇用R/S法命名下列化合物。R-2,3-二氯丙醇中大小中大小最小基在横键上，纸面走向与实际走向相反，顺时针为S型，逆时针为R型。最小基在竖键上，纸面走向与实际走向相同，顺时针为R型，逆时针为S型。第37页第37页COOH HHHOHC=C CH3HClH CH3 COOHCHC H CH3(2R,3S)-2-羟基-3-氯丁二酸Problem 6: Giv

13、e the names of the following compounds。(by R/S nomenclature)2332第38页第38页COOHCOOH HNH2 HNH2CH3CH2SHQuestion 7：D/L 法和 R/S 有什么联系吗？ D/L 法和 R/S 是两种不同构型表示方法，二者间无直接逻辑联络，D和R以及L和S有时一致，有时不一致。D-，R- D-，S-第39页第39页QUESTION 11：物质旋光方向与物质构型有联系吗？是否右旋体构型就一定为D-或R-构型，左旋体构型一定为L-或S-构型？ R-或S-构型标志着手性分子绝对构型，至今尚不知道化合物旋光方向与构型关

14、系。第40页第40页 外消旋体 一对对映体等量混合物。是一个特殊混合物。惯用()或 dl 表示。第四节、外消旋体 含有1个手性碳原子化合物含有1对对映体(21个)COOH COOHHOHHOHCH3 CH3 D-(-)-乳酸 L-(+)-乳酸 一对对映体含有相同熔点、沸点、密度，两者比旋光度大小相等，方向相反。熔点： 5353比旋光度：-3.82 +3.82第41页第41页Question 12：外消旋体是否显旋光性？为何？ COOHCOOHHOHHOHCH3 CH3 D-(-)-乳酸 L-(+)-乳酸熔点： 5353比旋光度：-3.82 +3.82外消旋乳酸-乳酸180 答：不显旋光性。由于

15、一对对映体等量混合物其旋光性正好互相抵消。外消旋体其它物理性质也有差别。第42页第42页 CO2H CO2H CO2H CO2H HO H HOHH OH HOH Cl H HClCl H HCl CO2H CO2H CO2H CO2H（1） （2） （3）（4）aD-7.1 aD+7.1 aD+9.3 aD-9.3 当分子中有n个不相同C*，则最多有2n个旋光异构体。非对映异构体(彼此不成镜像关系立体异构体)对映体对映体第五节、非对映体和内消旋化合物一、非对映体第43页第43页 含两个相同手性碳化合物CO2H CO2H CO2H CO2H HO H HOHHO H HOH H OH HOHH

16、O H HOH CO2H CO2H CO2H CO2H（1） （2） （3）（4）D-12 D+12 D 0 D0 mp: 170 170 140 （3）分子中含有对称面，不表现旋光性。对映体对映体 ?非对映异构体(光学异构体数目2n)二、内消旋化合物含有手性中心非手性分子，称为内消旋体。第44页第44页外消旋体与内消旋体区别 等量对映体混合物叫做外消旋体。无旋光性，有时可结晶为化合物。 有手性中心非手性分子（因有对称面）就叫做内消旋体。 二者都无旋光性,但有本质不同。 含有对映而不能重合关系一对分子彼此互称为对映异构体，简称为对映体；没有对映关系，结构相同、只是手性碳原子构型不完全相同光学异构体之间互称为非对映异构体。一个对映体和一个非对映体不能组成外消旋体，其物理性质也不同。对映体与非对映体区别第45页第45页 手性分子立体结构与受体立体结构(受体靶位)有互补关系时，其活性部位才干进入受体靶位，产生应有生理作用。而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理效应。 对映体和非对映体生物学性质往往大不相同。 如：(1R,2R)-(-)-氯霉素有效，而其对映体几乎无效，它们抗菌活性为100:0.4。 *生物学性质第46页第46页手性分子与手性生物受体之间互相作用 a. 对映体构型完全适合与