10立体异构-PPT课件
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（一）环己烷的构象 保持正常键角，无角张力的构象有船式和椅式。
船式
椅式
E
半椅式
船式
椅式
椅式构象为最稳定构象
（二）环己烷中的平键和直键 直键——与分子对称轴平行的键。简称a键。 平键——与对称轴成109.5O夹角的键。简称e键。
a e e a e a a e
a e e a
在环己烷中，每个碳原子都有一个a键和一个e 键，当环己烷椅式构象相互翻转时，a键和e键 同时转变。
e e
反 -十 氢 萘
• 十氢萘反式构象比较稳定，顺反两种构 象能量相差 8.7kJ ·mol-1 • 为书写方便，十氢萘也常用平面式表示
H
H
H
H
第二节
顺反异构
一、产生顺反异构的条件
分子中存在限制旋转的因素，如双键或脂 环。
每个不能自由旋转的碳原子必须连有2个 不同的原子或原子团。
a a
HOOC H
COOH
* *
OH OH
COOH
酒石酸
判断一个分子是否有手性要看它有没有对称因 素，而手性碳只是构成分子具有手性的一个最 通常的因素。
判断下列分子有无旋光性
Cl Cl CH3
CH3 Cl H H
Cl H Cl CH3
H
Cl
Cl
C H 3 C H HC H O O H 3C 2C
CH3 CH3
（二）旋光异构体构型的标记方法
旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度 即旋光度，用“”表示。
旋光度与什么有关呢？
ρ (质量浓度)增大， 也增大 L(测定管的长度)增大， 也增大 ∴ 正比于ρ 和L
＝K× ρ L（K是比例常数）
我们定义K为比旋光度[]T , D [] T = /(ρ L) , D为钠光波长，T为
E 2 乙 基 2 丁 烯 醛E 3 乙 基 1 , 3 戊 二 烯
第 三 节 对 映 异 构
对映异构的定义
两个分子成镜面对称，但又不能完全重 叠，我们把这两个分子称为一对对映体， 它们成对映异构（或旋光异构）。
一、物质的旋光性
偏振光：仅在同一平面上振动的光
旋光性：物质可使偏振光振动平面旋转的 性质。具有旋光性的物质叫旋光性物质。 （右旋体 ＋、左旋体 -）
C C
b d
a a
C C
d b
H COOH
COOH H
HOOC H
顺-1,2-环丙二甲酸 熔点137℃
反-1,2-环丙二甲酸 熔点178℃
二、顺反异构的命名
顺反命名法 2个相同原子或原子团处于 π 键或脂环平面同侧 的异构体称为顺式，处于异侧的称为反式。
HOOC C H C COOH H
HOOC C H Hion
CHO HO H C H 2O H
( - )— 甘 油 醛 L — ( - )— 甘 油 醛
CHO H OH C H 2O H
(+) — 甘 油 醛 D— (+) — 甘 油 醛
COOH HO H CH 3
(+ )— 乳 酸 L— (+ )— 乳 酸
COOH H OH
(－ ) — 乳 酸 D — (－ ) — 乳 酸
H
H
OH
OH COOH
HO
HO
H
H
COOH
（1）（2R，3S） （2）（2S，3R） （3）（2R，3S） （4）（2S，3R）
对映异构体 非对映异构体 同一化合物
酒石酸对映异构体数目为2
酒石酸异构体数目为22 -1
（四）旋光异构体的性质 旋光异构体的化学性质几乎完全相同 一对对映异构体除旋光方向相反外，其他物理 性质完全相同；非对映异构体物理性质完全不同， 外消旋体常有相同的熔点。 对映异构体之间最重要区别是生物活性不同。 左旋麻黄碱的升压效能比右旋大四倍 左旋氯 霉素具有杀菌作用，右旋则完全无效维生素C右 旋体疗效显著，左旋体无效。
CH 3
2 . R、S标记法： （1）将C*所连的四个基团按原子序数大小依次 排列成序：a>b>d>e（次序规则同Z、E命名法） （2）把原子序数最小的原子团e放在最远端，其 它原子团朝着观察者。 （3）观察a、b、d 的排列顺序，呈顺时针方向 为R-构型，呈逆时针方向为S-构型。
实例
3D示范
用R、S标记下列分子手性碳的构型
coohcoohcoohcoohclclclclohhocoohcoohcoohcooh2r3s2s3r2r3r2s3s互为对映异构体互为对映异构体互为非对映异构体氯羟丁二酸旋光异构体数目为2coohcoohcoohcoohohhoohhoohhocoohcoohcoohcooh12r3s22s3r32r3s42s3r对映异构体非对映异构体同一化合物酒石酸对映异构体数目为2酒石酸异构体数目为239四旋光异构体的性质旋光异构体的化学性质几乎完全相同一对对映异构体除旋光方向相反外其他物理性质完全相同
Ⅰ（2R，3S） Ⅱ（2S，3R） 互为对映异构体
Ⅲ（2R，3R） Ⅳ（2S，3S） 互为对映异构体
互为非对映异构体
氯羟丁二酸旋光异构体数目为22=4
2. 当分子中含有两个相同的C*时，旋光异构体的数目少 于2n个。
COOH COOH COOH COOH
H
HO
OHH COOHHO NhomakorabeaH
H
OH COOH
第十章 立体异构
碳架异构 构造异构 位置异构 官能团异构 同分异构 立体异构 构象异构 互变异构 构型异构 顺反异构 对映异构 碳链异构 碳环异构
第一节 构象异构
一、乙烷的构象和构象异构 • 构象异构：由于单键的自由旋转使分子中的原 子或原子团在空间产生不同的排列形式。
• 由于单键的自由旋转，乙烷可以有无数的构象
3. 如何判断一个分子是否有手性？
一个分子有无手性主要看它是否有对称 面和对称中心。
有手性碳是物质有手性的通常因素之 一。有些分子尽管有手性碳，但他们 没有手性。 例如
右图是酒石酸的一个 异构体 H 像这种分子，虽有手 H 性碳，但因有对称因 素使旋光性在内部抵 消，成为无旋光物质， 称为内消旋体。
1. 什么是外消旋体、对映体？
乳酸有两种构型（如下），它们互为实物与镜 象，称为对映体，等量的这两种构型的混合物 称为外消旋体。
H
H
*
CH3 OH
C
C
*
CH3
COOH
COOH
OH
2. 如何表示对映体的构型？
对映体的构型一般采用费歇尔（Fisher） 投影式表示：
主链放在竖键上，编号最小的碳原子放在上端。 竖键连接的原子或原子团表示伸向纸的后方，横 键连接的原子或原子团表示伸向纸的前方。
a b
C
C
d e
a b
C
C
e d
Z构 型
E构 型
次序规则
与双键直接相连的原子按原子序数大小排列，
序数大的为大基团；同位素按质量大小排列 （如D > H） 如与双键碳直接相连的2个原子相同，则向外 延伸，比较其次相连原子的原子序数，以确定 原子团的大小序数。 O 当与双键相连的为不饱和基团时，如 C H ， 则看作碳2次与氧相连。例如
O C OH
C ( O ,O ,O )
O C H
C (O ,O ,H )
CH2OH
C(O,H,H)
举例
Br H C
Ph C C C CH 3 3 H
Br
C
CH CH 2 3 CH 3
Z 1 , 2 二 溴 丙 烯
Z 2 苯 基 3 甲 基 2 戊 烯
H CHO H CH CH 2 C C C C H C CH CH C CH CH 3 2 3 H 3 2 3
1. 相对构型标记法 相对构型：以甘油醛为标准人为规定的构型 标记方法（D、L标记法）：以甘油醛的构型 为比较标准，人为的规定：C*的羟基投影在右 边的称为D-型，在左边的称为L-型。其他物质 与之比较则可确定其构型。 D-、L-表示的是化合物的构型，并不表示旋 光方向，旋光方向用（+）和（-）表示 旋光性物质的旋光方向与构型之间没有固定 的关系。 例如
实例展示
COOH H
*
CH CH(OH)COOH 3
COOH
C
CH
3
OH
C
*
OH
H
CH3
COOH H OH CH3
转 动 1 8 0
。
CH3 HO H 同一构型 COOH
转动
90 。
H CH3 OH COOH 构型改变
Fisher投影式只能在纸面上转180℃，才不 至于改变其构型，不能在纸面上转动90℃， 不能离开纸面任意旋转。只有把它转化为 立体结构才能随意旋转。
CHO HO H C H 2O H
D H CH3 Cl
CH3 Cl H H
CH3
CH3 CH3CH2 N+ C6H5 OH-
C6H5
C H
C
CH
CH2C6H5
（三）含多个手性碳异构体的数目：
1. 当分子中含有n个不同的C*时，旋光异构体的数目为2n 个。
COOH H Cl HO H COOH COOH Cl H H OH COOH COOH H Cl H OH COOH COOH Cl H HO H COOH
顺 -丁 烯 二 酸
C
反 -丁 烯 二 酸
Br H
C
C
Br CH 3
Br H
C
C
CH 3 Br
顺 -1,2-二 溴 丙 烯
反-1,2-二溴丙烯
H H CH 3 CH 3
H CH 3 H CH 3
反 -1 ,3 - 二 甲 基 环 己 烷
顺 -1 ,3 - 二 甲 基 环 己 烷
Z、E命名法 • 先根据次序规则确定连接在双键碳原子上的 原子或原子团的大小顺序。 • 当2个较大的原子或原子团在双键的同侧时， 为Z构型，在异侧的为E构型。 例子： 若a>b，d > e，则它们的构型分别为
• 优势构象是交叉式
二、丁烷的构象
CH 3 H H CH 3 H H H H CH 3 H CH 3 H CH 3 H H H H CH 3 CH 3
H H CH 3
H H
对位交叉式 稳定性顺序： 对位交叉式
部分重叠式
邻位交叉式
全重叠式
> 邻位交叉式 > 部分重叠式 > 全重叠式
三、环己烷的构象
D
测量时的温度。
测定比旋光的大小可以鉴别旋光性物质
二、旋光性与分子结构的关系 （一）分子的手性与旋光性
手性：实物与镜像不能完全重叠的性质叫手性。具有手 性的分子叫手性分子。只有手性分子才有旋光异构现象。
H H 3C
*
有机化合物分子具有手性
最普遍的因素有手性碳C*
C
OH
COOH
手性碳原子是指连接4个 不同的原子或原子团的碳原子
e
a e a
（三）环己烷衍生物的构象 CH3 1. 连有一个取代基 a （1）取代在a键上 e 受到3a、5a上的H的拥挤， 产生斥力，能量升高。 （2）取代在e键上 a 无空间拥挤现象，无斥力 e CH 3 产生，稳定性好。
H H
H H
四、十氢萘的构象
8 7 6 5 9 10 1 2 3 4 e a 顺 -十 氢 萘 十氢萘
船式
椅式
E
半椅式
船式
椅式
椅式构象为最稳定构象
（二）环己烷中的平键和直键 直键——与分子对称轴平行的键。简称a键。 平键——与对称轴成109.5O夹角的键。简称e键。
a e e a e a a e
a e e a
在环己烷中，每个碳原子都有一个a键和一个e 键，当环己烷椅式构象相互翻转时，a键和e键 同时转变。
e e
反 -十 氢 萘
• 十氢萘反式构象比较稳定，顺反两种构 象能量相差 8.7kJ ·mol-1 • 为书写方便，十氢萘也常用平面式表示
H
H
H
H
第二节
顺反异构
一、产生顺反异构的条件
分子中存在限制旋转的因素，如双键或脂 环。
每个不能自由旋转的碳原子必须连有2个 不同的原子或原子团。
a a
HOOC H
COOH
* *
OH OH
COOH
酒石酸
判断一个分子是否有手性要看它有没有对称因 素，而手性碳只是构成分子具有手性的一个最 通常的因素。
判断下列分子有无旋光性
Cl Cl CH3
CH3 Cl H H
Cl H Cl CH3
H
Cl
Cl
C H 3 C H HC H O O H 3C 2C
CH3 CH3
（二）旋光异构体构型的标记方法
旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度 即旋光度，用“”表示。
旋光度与什么有关呢？
ρ (质量浓度)增大， 也增大 L(测定管的长度)增大， 也增大 ∴ 正比于ρ 和L
＝K× ρ L（K是比例常数）
我们定义K为比旋光度[]T , D [] T = /(ρ L) , D为钠光波长，T为
E 2 乙 基 2 丁 烯 醛E 3 乙 基 1 , 3 戊 二 烯
第 三 节 对 映 异 构
对映异构的定义
两个分子成镜面对称，但又不能完全重 叠，我们把这两个分子称为一对对映体， 它们成对映异构（或旋光异构）。
一、物质的旋光性
偏振光：仅在同一平面上振动的光
旋光性：物质可使偏振光振动平面旋转的 性质。具有旋光性的物质叫旋光性物质。 （右旋体 ＋、左旋体 -）
C C
b d
a a
C C
d b
H COOH
COOH H
HOOC H
顺-1,2-环丙二甲酸 熔点137℃
反-1,2-环丙二甲酸 熔点178℃
二、顺反异构的命名
顺反命名法 2个相同原子或原子团处于 π 键或脂环平面同侧 的异构体称为顺式，处于异侧的称为反式。
HOOC C H C COOH H
HOOC C H Hion
CHO HO H C H 2O H
( - )— 甘 油 醛 L — ( - )— 甘 油 醛
CHO H OH C H 2O H
(+) — 甘 油 醛 D— (+) — 甘 油 醛
COOH HO H CH 3
(+ )— 乳 酸 L— (+ )— 乳 酸
COOH H OH
(－ ) — 乳 酸 D — (－ ) — 乳 酸
H
H
OH
OH COOH
HO
HO
H
H
COOH
（1）（2R，3S） （2）（2S，3R） （3）（2R，3S） （4）（2S，3R）
对映异构体 非对映异构体 同一化合物
酒石酸对映异构体数目为2
酒石酸异构体数目为22 -1
（四）旋光异构体的性质 旋光异构体的化学性质几乎完全相同 一对对映异构体除旋光方向相反外，其他物理 性质完全相同；非对映异构体物理性质完全不同， 外消旋体常有相同的熔点。 对映异构体之间最重要区别是生物活性不同。 左旋麻黄碱的升压效能比右旋大四倍 左旋氯 霉素具有杀菌作用，右旋则完全无效维生素C右 旋体疗效显著，左旋体无效。
CH 3
2 . R、S标记法： （1）将C*所连的四个基团按原子序数大小依次 排列成序：a>b>d>e（次序规则同Z、E命名法） （2）把原子序数最小的原子团e放在最远端，其 它原子团朝着观察者。 （3）观察a、b、d 的排列顺序，呈顺时针方向 为R-构型，呈逆时针方向为S-构型。
实例
3D示范
用R、S标记下列分子手性碳的构型
coohcoohcoohcoohclclclclohhocoohcoohcoohcooh2r3s2s3r2r3r2s3s互为对映异构体互为对映异构体互为非对映异构体氯羟丁二酸旋光异构体数目为2coohcoohcoohcoohohhoohhoohhocoohcoohcoohcooh12r3s22s3r32r3s42s3r对映异构体非对映异构体同一化合物酒石酸对映异构体数目为2酒石酸异构体数目为239四旋光异构体的性质旋光异构体的化学性质几乎完全相同一对对映异构体除旋光方向相反外其他物理性质完全相同
Ⅰ（2R，3S） Ⅱ（2S，3R） 互为对映异构体
Ⅲ（2R，3R） Ⅳ（2S，3S） 互为对映异构体
互为非对映异构体
氯羟丁二酸旋光异构体数目为22=4
2. 当分子中含有两个相同的C*时，旋光异构体的数目少 于2n个。
COOH COOH COOH COOH
H
HO
OHH COOHHO NhomakorabeaH
H
OH COOH
第十章 立体异构
碳架异构 构造异构 位置异构 官能团异构 同分异构 立体异构 构象异构 互变异构 构型异构 顺反异构 对映异构 碳链异构 碳环异构
第一节 构象异构
一、乙烷的构象和构象异构 • 构象异构：由于单键的自由旋转使分子中的原 子或原子团在空间产生不同的排列形式。
• 由于单键的自由旋转，乙烷可以有无数的构象
3. 如何判断一个分子是否有手性？
一个分子有无手性主要看它是否有对称 面和对称中心。
有手性碳是物质有手性的通常因素之 一。有些分子尽管有手性碳，但他们 没有手性。 例如
右图是酒石酸的一个 异构体 H 像这种分子，虽有手 H 性碳，但因有对称因 素使旋光性在内部抵 消，成为无旋光物质， 称为内消旋体。
1. 什么是外消旋体、对映体？
乳酸有两种构型（如下），它们互为实物与镜 象，称为对映体，等量的这两种构型的混合物 称为外消旋体。
H
H
*
CH3 OH
C
C
*
CH3
COOH
COOH
OH
2. 如何表示对映体的构型？
对映体的构型一般采用费歇尔（Fisher） 投影式表示：
主链放在竖键上，编号最小的碳原子放在上端。 竖键连接的原子或原子团表示伸向纸的后方，横 键连接的原子或原子团表示伸向纸的前方。
a b
C
C
d e
a b
C
C
e d
Z构 型
E构 型
次序规则
与双键直接相连的原子按原子序数大小排列，
序数大的为大基团；同位素按质量大小排列 （如D > H） 如与双键碳直接相连的2个原子相同，则向外 延伸，比较其次相连原子的原子序数，以确定 原子团的大小序数。 O 当与双键相连的为不饱和基团时，如 C H ， 则看作碳2次与氧相连。例如
O C OH
C ( O ,O ,O )
O C H
C (O ,O ,H )
CH2OH
C(O,H,H)
举例
Br H C
Ph C C C CH 3 3 H
Br
C
CH CH 2 3 CH 3
Z 1 , 2 二 溴 丙 烯
Z 2 苯 基 3 甲 基 2 戊 烯
H CHO H CH CH 2 C C C C H C CH CH C CH CH 3 2 3 H 3 2 3
1. 相对构型标记法 相对构型：以甘油醛为标准人为规定的构型 标记方法（D、L标记法）：以甘油醛的构型 为比较标准，人为的规定：C*的羟基投影在右 边的称为D-型，在左边的称为L-型。其他物质 与之比较则可确定其构型。 D-、L-表示的是化合物的构型，并不表示旋 光方向，旋光方向用（+）和（-）表示 旋光性物质的旋光方向与构型之间没有固定 的关系。 例如
实例展示
COOH H
*
CH CH(OH)COOH 3
COOH
C
CH
3
OH
C
*
OH
H
CH3
COOH H OH CH3
转 动 1 8 0
。
CH3 HO H 同一构型 COOH
转动
90 。
H CH3 OH COOH 构型改变
Fisher投影式只能在纸面上转180℃，才不 至于改变其构型，不能在纸面上转动90℃， 不能离开纸面任意旋转。只有把它转化为 立体结构才能随意旋转。
CHO HO H C H 2O H
D H CH3 Cl
CH3 Cl H H
CH3
CH3 CH3CH2 N+ C6H5 OH-
C6H5
C H
C
CH
CH2C6H5
（三）含多个手性碳异构体的数目：
1. 当分子中含有n个不同的C*时，旋光异构体的数目为2n 个。
COOH H Cl HO H COOH COOH Cl H H OH COOH COOH H Cl H OH COOH COOH Cl H HO H COOH
顺 -丁 烯 二 酸
C
反 -丁 烯 二 酸
Br H
C
C
Br CH 3
Br H
C
C
CH 3 Br
顺 -1,2-二 溴 丙 烯
反-1,2-二溴丙烯
H H CH 3 CH 3
H CH 3 H CH 3
反 -1 ,3 - 二 甲 基 环 己 烷
顺 -1 ,3 - 二 甲 基 环 己 烷
Z、E命名法 • 先根据次序规则确定连接在双键碳原子上的 原子或原子团的大小顺序。 • 当2个较大的原子或原子团在双键的同侧时， 为Z构型，在异侧的为E构型。 例子： 若a>b，d > e，则它们的构型分别为
• 优势构象是交叉式
二、丁烷的构象
CH 3 H H CH 3 H H H H CH 3 H CH 3 H CH 3 H H H H CH 3 CH 3
H H CH 3
H H
对位交叉式 稳定性顺序： 对位交叉式
部分重叠式
邻位交叉式
全重叠式
> 邻位交叉式 > 部分重叠式 > 全重叠式
三、环己烷的构象
D
测量时的温度。
测定比旋光的大小可以鉴别旋光性物质
二、旋光性与分子结构的关系 （一）分子的手性与旋光性
手性：实物与镜像不能完全重叠的性质叫手性。具有手 性的分子叫手性分子。只有手性分子才有旋光异构现象。
H H 3C
*
有机化合物分子具有手性
最普遍的因素有手性碳C*
C
OH
COOH
手性碳原子是指连接4个 不同的原子或原子团的碳原子
e
a e a
（三）环己烷衍生物的构象 CH3 1. 连有一个取代基 a （1）取代在a键上 e 受到3a、5a上的H的拥挤， 产生斥力，能量升高。 （2）取代在e键上 a 无空间拥挤现象，无斥力 e CH 3 产生，稳定性好。
H H
H H
四、十氢萘的构象
8 7 6 5 9 10 1 2 3 4 e a 顺 -十 氢 萘 十氢萘