第5章旋光异构ppt.ppt

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1、1第第 5 5 章章 对对 映映 异异 构构 (Enantiomers(Enantiomers) ) 2要要 点点: :1 1、旋光性的基本概念及旋光异构产生原因。、旋光性的基本概念及旋光异构产生原因。2 2、旋光异构体的标记（命名）方法。、旋光异构体的标记（命名）方法。3 3、含一个、两个及部分不含手性碳原子的物、含一个、两个及部分不含手性碳原子的物质的旋光异构现象。质的旋光异构现象。3异构体分类：异构体分类：同同分分异异构构构造异构构造异构：分子式相同分子式相同，分子中原子相互，分子中原子相互 连接的方式和次序不同。连接的方式和次序不同。CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3CH3CH

2、3CH2OH CH3OCH3CH3CH2CH2Cl CH3CHCH3Cl立体异构立体异构：构造式相同构造式相同，分子中原子在空间，分子中原子在空间 的排列方式不同。的排列方式不同。碳链异构碳链异构官能团异构官能团异构( (官能团官能团) )位置异构位置异构互变异构互变异构CH3CCH3CH2C CH3OOH4CH3CH3CH3CH3环，双键环，双键的存在不能使碳碳键旋转造成的的存在不能使碳碳键旋转造成的碳碳单键碳碳单键旋转的结果旋转的结果分子有分子有手性手性造成的造成的顺反异构顺反异构对映异构对映异构构型异构构型异构顺反异构顺反异构构象异构构象异构对映异构（旋光异构对映异构（旋光异构）CH3H

3、HCH3HHCH3HHHHCH3立立体体异异构构55.1 5.1 物质的旋光性物质的旋光性5.1.1 普通光与偏振光普通光与偏振光 光是一种电磁波，其振动方向与光前进的方光是一种电磁波，其振动方向与光前进的方向垂直。普通光（自然光）是一束在各个垂直向垂直。普通光（自然光）是一束在各个垂直于光前进的方向上的平面上振动的光。于光前进的方向上的平面上振动的光。表示一束自然光朝着我们直射过来，表示一束自然光朝着我们直射过来，光波在一切可能的平面上振动。光波在一切可能的平面上振动。6自然光自然光尼科尔棱镜尼科尔棱镜偏振光偏振光偏振光：偏振光：仅在一个平面内振动的光仅在一个平面内振动的光 偏振光的产生偏振

4、光的产生 75.1.2 5.1.2 旋光性与旋光物质旋光性与旋光物质亮亮 亮亮亮亮水、乙醇水、乙醇暗暗 乳酸乳酸葡萄糖葡萄糖亮亮 乳酸乳酸葡萄糖葡萄糖旋光性旋光性：可使偏振光振动面发生改变的性质。：可使偏振光振动面发生改变的性质。8具有旋光性的物质。具有旋光性的物质。右旋物质右旋物质( (顺时针旋转顺时针旋转)（+ +）, ,（+ +）- -乳酸乳酸左旋物质左旋物质 (顺时针旋转顺时针旋转)(-), (-)-(-), (-)-乳酸乳酸3 3. . 旋光物质旋光物质：左旋物质左旋物质 ，如自然界中的果糖，如自然界中的果糖右旋物质，如自然界中的葡萄糖右旋物质，如自然界中的葡萄糖9旋光度旋光度：偏振

5、光振动平面被旋转改变的角度，记作：偏振光振动平面被旋转改变的角度，记作 影响因素：本性、溶剂、浓度、温度、管长、波长等5.1.3 旋光度与比旋光度旋光度与比旋光度旋光度旋光度样品管样品管起偏镜起偏镜检偏镜检偏镜10比旋光度比旋光度：2020，钠光（，钠光（D D ，589nm589nm）lBtD比旋光度：比旋光度：每毫升含每毫升含1克克旋光物质的溶液，旋光物质的溶液，在在1dm样品管测得的旋光度。样品管测得的旋光度。 为比旋光度，为比旋光度，为旋光度，为旋光度，l l为样品管长度为样品管长度（dmdm），），B B为浓度（单位用为浓度（单位用g gcmcm-3-3），），t t为温度，为温度，

6、D:D:钠光灯光源（其波长为钠光灯光源（其波长为589 nm589 nm）。）。11解：解：例例1：某糖：某糖5g溶于溶于100mL甲醇中，甲醇中，20 ，l=1.0dm下测得旋光下测得旋光度度=4.64，计算该糖的比旋光度值。，计算该糖的比旋光度值。 938 .921100564. 420果糖D例例2：已知果糖的比旋光度为：已知果糖的比旋光度为 水9320D。20时用时用1dm长样品管，测得旋光度长样品管，测得旋光度=3.49，求溶液浓度。，求溶液浓度。解解：%)75. 3(0375. 019349. 3lB125.2 5.2 旋光性与分子结构的关系旋光性与分子结构的关系手性手性：具实物和镜

7、像关系，相似但不能重合：具实物和镜像关系，相似但不能重合( (叠合叠合) )的的特性。特性。 手性分子：手性分子：（光学活性分子）：具有手性的分子。（光学活性分子）：具有手性的分子。5.2.1 5.2.1 手性和手性分子手性和手性分子实物与镜像的关系实物与镜像的关系 13 手性物质（体）：具有手性的物质（体）（手、脚、耳、鞋、左旋乳酸、L-苯丙氨酸等）14甲基乙基羟基对映异构对映异构:这种具有手性，实物和镜象不能叠合这种具有手性，实物和镜象不能叠合而引起的异构就是而引起的异构就是对映异构对映异构。实物和镜象是一对实物和镜象是一对对映体对映体。15非手性：非手性：实物与其镜像能够重合的性质。实物

8、与其镜像能够重合的性质。非手性分子：非手性分子：没有手性的分子，无旋光活性。没有手性的分子，无旋光活性。CClH ClHOHCOOHHOHCOOHH16OHCOOHHOHCOOHH分子具旋光性的分子具旋光性的充分必要条件充分必要条件- -无对称因素无对称因素.对称对称因素因素对称面对称面对称中心对称中心对称面：对称面：能把一能把一个分子分成实物个分子分成实物和镜像两部分的和镜像两部分的假想平面。假想平面。对称面对称面5.2.2 5.2.2 对称性与手性的关系对称性与手性的关系17对称中心对称中心：设想分子中有一点设想分子中有一点P P，将此点与分子中，将此点与分子中任何一个原子或原子团连成一直

9、线，顺此直线反向任何一个原子或原子团连成一直线，顺此直线反向延长至等距离处，如接触到相同的原子或原子团，延长至等距离处，如接触到相同的原子或原子团，此点为对称中心。此点为对称中心。HCOOHCOOHH对称中心对称中心结论：有对称因素的分子，实物和镜象能重叠，结论：有对称因素的分子，实物和镜象能重叠，无手性，无对映异构体，无旋光性。无手性，无对映异构体，无旋光性。18手性碳原子手性碳原子- -不对称碳原子不对称碳原子 与与四个不同的原子或基团四个不同的原子或基团相连的相连的SPSP3 3杂化杂化碳原子碳原子C*。HCOOHCH3COH*CCOHCOOHHOOCHOHH*有手性碳原子的分子有手性碳

10、原子的分子不一定不一定是手性分子。某一分子是手性分子。某一分子是否为手性分子的是否为手性分子的充分必要条件是分子没有对称性。充分必要条件是分子没有对称性。5.3 5.3 含手性碳化合物的对映异构含手性碳化合物的对映异构195.3.1 5.3.1 含一个含一个C C * *化合物的对映异构化合物的对映异构1 1、对映体与外消旋体、对映体与外消旋体CCOOHHCH3OHCCH3HOHCOOH右旋乳酸右旋乳酸(+3.8(+3.8) )左旋乳酸左旋乳酸( -3.8( -3.8）mirror20对映体对映体呈实呈实物与镜像关系，物与镜像关系，相似而不重合相似而不重合的一对物质。的一对物质。物性：物性：相

11、同，仅旋光方向相反。相同，仅旋光方向相反。化性：化性：基本相同，与手性试剂有差异基本相同，与手性试剂有差异（+ +）乳酸：由肌肉中得）乳酸：由肌肉中得 （）乳酸：由发酵而）乳酸：由发酵而得得生理生化生理生化活性不同活性不同外消旋体外消旋体等量左、右旋体组成的混合物，用（）表示，可拆分成性质不同的左、右旋体。无旋光性无旋光性21结论结论含一个含一个C C* *的化合物的化合物有一个左旋体有一个左旋体有一个右旋体有一个右旋体可组成一个可组成一个外消旋体外消旋体（混合物）（混合物） 无旋光性无旋光性互为对映体互为对映体有旋光性有旋光性能力相同能力相同方向相反方向相反222. 2. 对映（旋光）异构体

12、结构表示对映（旋光）异构体结构表示（1 1）楔形式）楔形式：三维三维优点：直观、形象优点：直观、形象缺点：麻烦（用于简单物质）缺点：麻烦（用于简单物质）纸面上纸面上纸里纸里纸外纸外mirrorCCOOHHCH3OHCCH3HOHCOOH右旋乳酸右旋乳酸左旋乳酸左旋乳酸23碳链竖直碳链竖直小碳在上小碳在上横前竖后横前竖后十二字歌十二字歌标准标准FischerFischer式式HOHCOOHCH3（）乳酸）乳酸（2 2）FischerFischer投影式：投影原则投影式：投影原则CCH3HOHCOOH手性碳手性碳24mirrorHOHCOOHCH3HOHCOOHCH3右旋乳酸右旋乳酸左旋乳酸左旋乳

13、酸对映（旋光）异构体对映（旋光）异构体25HOHCOOHCH3（）乳酸）乳酸HOHCOOHCH3（+）乳酸）乳酸规定：规定：可转可转180180或其整数倍，或手性碳上的任或其整数倍，或手性碳上的任意两原子或基团交换意两原子或基团交换偶数次偶数次位置，构型保持不变。位置，构型保持不变。否则会破坏规定而变成其镜象的构型。否则会破坏规定而变成其镜象的构型。HOCH3COOHH（）乳酸）乳酸交换交换一次一次交换交换两次两次HOHCOOHCH3转转180HOHCOOHCH3再转再转90263. 3. 对映异构体的标记（命名）法：对映异构体的标记（命名）法：（1）D/L法法相对标记法相对标记法HOHCHO

14、CH2OHD （+）甘油醛）甘油醛HOHCHOCH2OHL （）甘油醛）甘油醛规定：甘油醛规定：甘油醛C*上上OH在右边为在右边为D型。型。C*上上OH在左边为在左边为L型。型。27其它旋光物质用联系法或对照法确定其构型其它旋光物质用联系法或对照法确定其构型HOHCHOCH2OHD （+）甘油醛）甘油醛HOHCOOHCH2OHD（）甘油酸）甘油酸HOHCOOHCH3D（ ）乳酸乳酸 O H 推广：推广：糖类化合物、氨基酸等复杂分子命名时使用糖类化合物、氨基酸等复杂分子命名时使用HOHCH2OHDHOHCH2OHL28D-糖糖果糖果糖CH2OHC=OHOHHHOHOHCH2OH已酮糖已酮糖脱氧核

15、糖脱氧核糖CHOCH2OHHHHOHOHOH核糖核糖CHOCH2OHHHHHOHOH戊醛糖戊醛糖葡萄糖葡萄糖CHO甘露糖甘露糖CHO半乳糖半乳糖CHOHOHHOHHOHHOHCH2OHHHHOHHOHCH2OHHOHOHOHHHOHCH2OHHOHHO已醛糖已醛糖29（2 2）R/S法法-新标记法新标记法将将C*上原子或原子团设为上原子或原子团设为 a a, b, c, d，且且ab c d（优先次序），将（优先次序），将 d 放至离眼晴最远处。放至离眼晴最远处。30顺时针顺时针 R逆时针逆时针 Sa b c 按顺时针排列的为按顺时针排列的为 R， 按反时针排列的为按反时针排列的为 S。Cab

16、cdabcdC31请看请看:ClCH3BrHcOHCHOHOCH2HcCH3C2H5ClHcClSRS32从从FisherFisher投影式确定投影式确定R/SR/S：d d在竖键，顺在竖键，顺R R反反S S d d在横键，顺在横键，顺S S反反R R（d d为最小基团）。为最小基团）。HOHCH2OHCHOdBrIHCldHOHCH3COOHdBrICOOHCH3dR-S-S-R-横顺横顺 S S 竖顺竖顺 R R331 1. . 含二个含二个不同不同 C C* * 的化合物的化合物CHCHHOCH2OHCHOOH*4123D()赤藓糖赤藓糖CHOCH2OHHHOHOHL(+)赤藓糖赤藓糖

17、HCHOCH2OHHOHOH（2R，3R）（2S，3S）mirror5.3.2 5.3.2 含两个含两个 C C* * 化合物的对映异构化合物的对映异构34D()苏阿糖苏阿糖HCHOCH2OHHOHOHL(+)苏阿糖苏阿糖HCHOCH2OHHOHOH（1）对映体）对映体：与与，与与（2）非对映体）非对映体： 与与， 与与，不是实物与镜像关系不是实物与镜像关系化性，有类似反应，化性，有类似反应，速率速率不同。不同。物性，生理生化活性不同。物性，生理生化活性不同。（2S，3R）（2R，3S）mirror35结论结论含两个不同含两个不同C C* *的化合物的化合物有二个左旋体有二个左旋体有二个右旋体

18、有二个右旋体有旋光性有旋光性组成二个外消旋体：组成二个外消旋体：无旋光性无旋光性362. 2. 含两个含两个相同相同 C* 化合物化合物HOOCCHCHOHCOOHOH*D()酒石酸酒石酸HCOOHHOHOHCOOHL(+)酒石酸酒石酸HCOOHHOHOHCOOH（2S，3S）（2R，3R）mirror37OHCOOHHOHCOOHHCOOHCOOHHHHOHO对称面对称面（2R，3S）（2S，3R）m(meso )酒石酸酒石酸 分子内旋光分子内旋光方向相反方向相反度数相同度数相同（1 1）内消旋体）内消旋体：虽虽 含有手性碳，但同时存在对含有手性碳，但同时存在对称因素，而不显旋光活性的化合物

19、称因素，而不显旋光活性的化合物（m , meso）38有旋光性有旋光性无旋光性无旋光性 (2)(2)区别区别内消旋体：内消旋体：是一个化合物，是一个化合物，不能再分离成具旋光性物不能再分离成具旋光性物外消旋体外消旋体：等量左右旋体等量左右旋体组成，可拆成左、右旋体组成，可拆成左、右旋体无旋光性无旋光性凡含二个相同凡含二个相同C C* *物物有一个左旋体有一个左旋体有一个右旋体有一个右旋体有一个内消旋体有一个内消旋体有一个外消旋体有一个外消旋体39手性碳个数与旋光异构体个数的关系：手性碳个数与旋光异构体个数的关系：含一个含一个C C* *，有，有2 21 1旋光异构体旋光异构体含二个不同含二个不

20、同C C* *，有，有2 22 2旋光异构体旋光异构体含含n n个不同个不同C C* *，有，有2 2n n旋光异构体旋光异构体能分别组成能分别组成2 2n n/2=2/2=2n-1n-1对对外外消旋体消旋体含相同含相同C*，则异构体数，则异构体数2 2n n，并有内消旋体。，并有内消旋体。405.4 5.4 环状和无手性碳原子化合物的对映异构环状和无手性碳原子化合物的对映异构5.4.1 环状化合物的对映异构环状化合物的对映异构1. 1. 环丙烷衍生物的对映异构（有顺反，同时还可能有对映异构）环丙烷衍生物的对映异构（有顺反，同时还可能有对映异构）（1 1）不同取代基）不同取代基： 1 1 氯氯

21、2 2 溴环丙烷溴环丙烷BrClHHHHClBr（1R2S）（）（1S2R）（）对映体（顺式）对映体（顺式）HHClBrHClHBr（1S2S）（）（1R2R）（）对映体（反式）对映体（反式）41（2 2）相同取代基）相同取代基：1,2 1,2 环丙烷二甲酸环丙烷二甲酸HHOOCHCOOHHHOOCHCOOH左旋左旋右旋右旋反（反（1S2S）反（反（1R2R）mirrorHOOCCOOHHH顺（顺（1R2S）内消旋体内消旋体422 2、环己烷衍生物的对映异构、环己烷衍生物的对映异构二元相同基团二元相同基团：环己烷二甲酸环己烷二甲酸1 1、2 2位：顺无位：顺无反有：反有：HCOOHHHOOCH

22、OOCHHCOOHHOOCHCOOHH有对称面有对称面mirror431 1、3 3位：顺无位：顺无HOOCHHCOOHHCOOHHCOOH反有：反有：HCOOHHCOOH有对称面有对称面mirror441 1、4 4位：位：顺、反均无顺、反均无5.4.2 5.4.2 不含不含C C* *原子化合物的旋光异构原子化合物的旋光异构有手性有手性C C的分子不一定有手性，如内消旋体的分子不一定有手性，如内消旋体有手性的分子也不一定非含手性碳，其它因素也可有手性的分子也不一定非含手性碳，其它因素也可能使分子具有旋光性。能使分子具有旋光性。HCOOHHOOCH有对称面有对称面HCOOHCOOHH有对称中心有对称中心451. 1. 取代丙二烯型化合物取代丙二烯型化合物2. 2. 单键旋转受阻碍的联苯型化合物单键旋转受阻碍的联苯型化合物NO2COOHHOOCNO2HOOCNO2NO2COOHHCH3HCH3CCCCH3HHCH3CCCmirrormirror46作业：作业：独立完成习题独立完成习题