有机化学之立体化学.ppt

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1、 第七章第七章 旋光旋光(对映对映)异构异构 构造异构 立体异构 碳干异构 位置异构 官能团异构 互变异构 构型异构 构象异构 顺反异构 对映异构同分异构立体异构立体异构 构造相同构造相同,分子中原子或基团在空间的排列方式不同。分子中原子或基团在空间的排列方式不同。 几何异构 因共价键旋转受阻而产生的立体异构。构象异构 因单键“ 自由” 旋转而产生的立体异构。CH3HHCH3HHHCH3HHHCH3CH3CH3旋光异构 因分子中手性因素而产生的立体异构。CH3CC2H5BrClCCH3ClC2H5BrCCH3ClBrH5C2因为： 1天然有机化合物大多有旋光现象。 2物质的旋光性与药物的疗效有

2、关（如左旋维生素C可治抗坏血病，而右旋的不行）。 3用于研究有机反应机理。一一. 偏振光、比旋光度偏振光、比旋光度1. 平面偏振光平面偏振光光源光束先进方向 光波振动方向与光束前进方向关系示意图光波振动方向与光束前进方向关系示意图 普通光普通光Nicol prism普通光平面偏振光 平面偏振光：平面偏振光： 通过通过Nicol棱镜，仅在棱镜，仅在 一个平面上振动的光。一个平面上振动的光。旋光性：当偏振光通过某种介质或它的溶液时旋光性：当偏振光通过某种介质或它的溶液时, 有的介质能有的介质能 使偏振光的振动平面发生旋转使偏振光的振动平面发生旋转,这种能使偏振光的振这种能使偏振光的振 动平面动平面

3、(偏振面偏振面)旋转的性质称为物质的旋转的性质称为物质的旋光性旋光性或或光学光学 活性活性. 这些物质称为这些物质称为旋光性物质旋光性物质或或光学活性物质光学活性物质. 旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用 表示。表示。 旋光方向：右旋（旋光方向：右旋（+）、）、d- ; 左旋（左旋（-）、）、l- 比旋光度比旋光度 t =C(g/ml) l(dm)a (物理常数物理常数) 2. 旋光仪、比旋光度旋光仪、比旋光度aa目镜检偏镜盛液管起偏镜单色光源 ：旋光度；：旋光度； ：比旋光度；：比旋光度； t：温度；：温度； ：光波长：光波长； c：样品浓度，单位：样品

4、浓度，单位g/ml； l: 样品管长度，单位样品管长度，单位dm 例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于溶解于20ml 氯仿，并放入氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度的测量管中，测得旋光度-0.76o。求其比。求其比 旋光度。旋光度。 2. 分子的手性与分子对称性有关分子的手性与分子对称性有关 1. 手性手性(Chirality)：手征：手征,手征性手征性,实物与其镜影不能重叠的特点。实物与其镜影不能重叠的特点。手性分子：任何不能和它的镜影重叠分子。手性分子：任何不能和它的镜影重叠分子。 二二. 分子的手性和对称因素分子的手性和对称因素 1

5、. 对称因素对称因素1）平面对称因素）平面对称因素( )CCHClClHCClClHCH3COOHHOHHOHCOOH 什么样的物质分子具有旋光性？什么样的物质分子具有旋光性？具有平面对称因素的分子是对称分子具有平面对称因素的分子是对称分子,非手性分子。非手性分子。 2）中心对称因素）中心对称因素 (i)HFHClClHHF 具有中心对称因具有中心对称因素的分子是对称分素的分子是对称分子子,非手性分子。非手性分子。C CHClH Cl(E)-1,2-二氯乙烯C l C lC H3CH1 , 1 - 二氯乙烷FHC lHHC lHFP一般地说，物质分子凡在结构上具有对称面或对称中心的，就一般地说

6、，物质分子凡在结构上具有对称面或对称中心的，就不具有手性，也就没有旋光性。反之，不具有手性，也就没有旋光性。反之，同时不具有对称面和对同时不具有对称面和对称中心的，分子就有手性和旋光性。称中心的，分子就有手性和旋光性。NHCH2CH2CH3CH3HOCCH毒芹碱*CH3CHCOHOHOLactic acid*1. 含一个手性碳原子的分子含一个手性碳原子的分子含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。CCO O HCH3O HHCCO O HCH3H OHS-(+)-乳 酸R-(-)-乳 酸 D20= +3.8o(水水) D20= -3.8o(水

7、水)1.对对映映体体WCXZYWCXYZ镜面 。 三三. 含手性碳原子的分子的立体化学含手性碳原子的分子的立体化学1. 对映异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，对映异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，2. 只是对平面偏振光的旋转方向（旋光性能）不同。只是对平面偏振光的旋转方向（旋光性能）不同。2）左旋体、右旋体及外消旋体）左旋体、右旋体及外消旋体 一对对映体中：一对对映体中： 使平面偏振光向左旋的为左旋体，用使平面偏振光向左旋的为左旋体，用“（）”或或“ l”表示。表示。 使平面偏振光向右旋的为右旋体，用使平面偏振光向右旋的为右旋体，用“（+）”或或“d”表示。表示。 左旋体与右旋体，

8、旋光度相同、旋光方向相反。左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。外消旋体外消旋体：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。外消旋体用外消旋体用 () 或或 (RS) 或或 (dl) 或或 DL表示。表示。+CH3CHCOOHOHCH3CHCOOHOHCH3CHCOOHOH( )( )( )+外消旋体可分离成左旋体与右旋体。外消旋体可分离成左旋体与右旋体。外消旋体不同于任意两种物质的混合物外消旋体不同于任意两种物质的混合物,它常具有固定的熔它常具有固定的熔点点,且熔点范围很窄。且熔点范围很窄。3）对映体构型表示方法）对映体构型表示方法OHHCHOCH

9、2OHHOHCHOCH2OHD-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛Fischer等以甘油醛为标准人为规定等以甘油醛为标准人为规定:按以上方法投影按以上方法投影 手性手性C上的羟基上的羟基-OH投影在右边的投影在右边的-D型型 手性手性C上的羟基上的羟基-OH投影在左边的投影在左边的-L型型相对构型相对构型:由以上人为标准来确定通过化学方法与甘油醛相由以上人为标准来确定通过化学方法与甘油醛相 联系的其他化合物的构型。联系的其他化合物的构型。1.构型的构型的D、L表示法表示法H2NHC O O HRL - 氨基酸手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同基团的空间排列。手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同

10、基团的空间排列。2.构型的构型的 R、S 表示方法表示方法构型的构型的R、S命名规则；命名规则； 按照次序规则确定手性碳原子所连四个基团的优先次序，按照次序规则确定手性碳原子所连四个基团的优先次序，假定为假定为 , 如果除最小（优先次序排在最后）的如果除最小（优先次序排在最后）的基团外，基团外， 从最小基团的对面观察，其它三个基团按次序从最小基团的对面观察，其它三个基团按次序规规则递减排列的顺序则递减排列的顺序,如果是如果是顺时针排列的为顺时针排列的为R型，逆时针排列型，逆时针排列的为的为S型。型。CC11223344RSR、S 标记手性碳原子构型。标记手性碳原子构型。COHHOOCCH3HC

11、COOHCH3OHHCCOOHHOCH3HCCOOHCH3HOH(S)- (S)- (R)- (R)-基团大小顺序：OH COOH CH3 HCH3CHOCH2CH3HCH3CHOCH2CH3HCCH2CH3HOCH3H SRR小小 结：结：手性碳绝对构型的判断方法手性碳绝对构型的判断方法 1 1）确定手性碳的立体结构（空间方向）确定手性碳的立体结构（空间方向） 2 2）按取代基的顺序确定四个基团的顺序）按取代基的顺序确定四个基团的顺序 3 3）按）按R,SR,S构型判别方法确定构型构型判别方法确定构型投影原则：投影原则： 1 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平面。横、竖两条直线的

12、交叉点代表手性碳原子，位于纸平面。 2 横线表示与横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示指向纸平面的后面。示指向纸平面的后面。（“横前竖后横前竖后” ） 3 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写在竖线上端。在竖线上端。4）、）、Fischer投影式投影式 为了便于书写和进行比较，对映体的构型常用费歇尔投影式表示：为了便于书写和进行比较，对映体的构型常用费歇尔投影式表示：COOHHCH3OHHCOOHOHCH3HOHCH3COOH乳酸对映体的费歇尔投影式将下列化合物改写成将下列化合物改写

13、成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。投影式，并标出手性碳原子构型。CCOOH H ClCH3CCOOH Cl CH3H快速判断快速判断Fischer投影式构型的方法：投影式构型的方法：(横变竖不变）横变竖不变）1. 顺序最小的原子顺序最小的原子(或基团或基团)在竖线上在竖线上, 顺时针排列为顺时针排列为R构型构型, 逆逆时针排列为时针排列为S构型。构型。2.顺序最小的原子顺序最小的原子(或基团或基团)在横线上在横线上, 顺时针排列为顺时针排列为S构型构型, 逆逆时针排列为时针排列为R构型。构型。COOHHH3CSClC O O HC lC H3HS使用费歇尔投影式应注意的问题：使用费

14、歇尔投影式应注意的问题： “横前竖后横前竖后” 不能离开纸面翻转。翻转不能离开纸面翻转。翻转180，变成其对映体。，变成其对映体。COOHHOHCOOHHHOCH3CH3OHCOOHCH3H在横向OH/COOH/CH3顺时针变S: (S)-2-羟基丙酸（S）-(+)-乳酸 （R）-()-乳酸H在纵向OH/COOH/CH3逆时针不变R: (R)-2-羟基丙酸 将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调, 对调一次对调一次 （或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。（或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。 如果固定某一个基团，而把其它

15、三个基团顺时针或逆时针地调换如果固定某一个基团，而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置，则分子构型不变。位置，则分子构型不变。H3CCH2CH3HCOOHHCH2CH3COOHCH3CH3CH2COOHHCH3HCOOHCH3CH2CH3 S S S S 试判断下列试判断下列Fischer投影式中与投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对映关系的有哪甲基丁酸成对映关系的有哪 几个？几个？ HOHCOOHCH3对调一次HOHCOOHCH3再对调一次HOHCH3COOHR S R CHCOOHCH3CH2H3CH3CC2H5HCOOHC2H5COOHHCH3HC2H5A B CH3CHCOOHC2H5

16、HCH3COOHHCH3H3CHC2H5COOHHCH3D E F G HCOOHCH3 C2H5 COOHC2H5C2H5COOHs 在纸面上转动在纸面上转动180。构型不变。构型不变,将投影式在纸平面上旋转将投影式在纸平面上旋转90o,则成则成它的对映体。它的对映体。 R SH OHC H3C O O H旋 转 1 8 0o在 纸 平 面 上HO HC O O HC H3H3CHCH2CH3COOH转 90o(在纸平面上)HOOCCH2CH3CH3H含两个以上含两个以上C*化合物的构型或投影式，也用同样方法对每一化合物的构型或投影式，也用同样方法对每一个个C*进行进行R、S标记，然后注明各标记的是哪一个手性碳原子。标记，然后注明各标记的是哪一个手性碳原子。CCC lHHH OC H3C H3C H3HB rHB rCH3C H2HC H3C lC H3HBr3-氯 -2-丁 醇2， 3-二 溴 戊 烷2-氯 -3-溴 丁 烷基 团 次 序基 团 次 序基 团 次 序C2C3*323322C2C3*C2C3*O H C H CH3 C H3 HC lC l CH C H3 C H3