大学有机化学课件第五章 旋光异构1
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大学有机化学第五章旋光异构
大学有机化学第五章旋光异构
目录
• 引言 • 旋光异构现象 • 旋光异构体的性质 • 旋光异构体的合成与分离 • 旋光异构体的应用 • 结论
01 引言
主题简介
旋光异构
01
是指分子中由于组成原子或基团在空间的相对排列不同而引起
的异构现象。
旋光异构体的性质
02
旋光异构体具有不同的物理和化学性质，如熔点、溶解度、光
谱特征等。
旋光异构体的分类
03
根据旋光方向的不同，旋光异构体可分为左旋和右旋两种类型。
学习目标
掌握旋光异构体的基本概 念和分类。
掌握旋光度的测量和计算 方法。
理解旋光异构体的性质和 光谱特征。
了解旋光异构体在化学反 应中的变化规律。
02 旋光异构现象
旋光异构现象的定义
旋光异构现象
是指物质在偏振光的作用下，表现出旋光性的 现象。
旋光异构体在生物和药物领域具有广泛的应用，如手性药物的开发和 生产，建议了解相关应用实例和发展前景。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
旋光测定法
利用旋光仪测定旋光异构体的旋光度，以确定其纯度。
气相色谱法
通过气相色谱仪检测旋光异构体的组成和纯度。
高效液相色谱法
利用高效液相色谱仪对旋光异构体进行分离和纯度检测。
05 旋光异构体的应用
在药物研发中的应用
旋光异构体对药物的生物活性有显著影响，例如某些旋光异构体可能具有更好的疗 效或更低的不良反应。
手性农药的开发和应用，可以避免或减少对非靶标生物的毒性影响，从而降低对环境的负面 影响。
旋光异构体在植物生长调节剂和除草剂等领域也有广泛应用，例如某些旋光异构体可能具有 更好的促进植物生长或抑制杂草生长的作用。
目录
• 引言 • 旋光异构现象 • 旋光异构体的性质 • 旋光异构体的合成与分离 • 旋光异构体的应用 • 结论
01 引言
主题简介
旋光异构
01
是指分子中由于组成原子或基团在空间的相对排列不同而引起
的异构现象。
旋光异构体的性质
02
旋光异构体具有不同的物理和化学性质，如熔点、溶解度、光
谱特征等。
旋光异构体的分类
03
根据旋光方向的不同，旋光异构体可分为左旋和右旋两种类型。
学习目标
掌握旋光异构体的基本概 念和分类。
掌握旋光度的测量和计算 方法。
理解旋光异构体的性质和 光谱特征。
了解旋光异构体在化学反 应中的变化规律。
02 旋光异构现象
旋光异构现象的定义
旋光异构现象
是指物质在偏振光的作用下，表现出旋光性的 现象。
旋光异构体在生物和药物领域具有广泛的应用，如手性药物的开发和 生产，建议了解相关应用实例和发展前景。
THANKS FOR WATCHING
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旋光测定法
利用旋光仪测定旋光异构体的旋光度，以确定其纯度。
气相色谱法
通过气相色谱仪检测旋光异构体的组成和纯度。
高效液相色谱法
利用高效液相色谱仪对旋光异构体进行分离和纯度检测。
05 旋光异构体的应用
在药物研发中的应用
旋光异构体对药物的生物活性有显著影响，例如某些旋光异构体可能具有更好的疗 效或更低的不良反应。
手性农药的开发和应用，可以避免或减少对非靶标生物的毒性影响，从而降低对环境的负面 影响。
旋光异构体在植物生长调节剂和除草剂等领域也有广泛应用，例如某些旋光异构体可能具有 更好的促进植物生长或抑制杂草生长的作用。
第05章 旋光异构
• 肌肉运动可以产生 • 糖经乳杆菌发酵
这三种途径所得乳酸均可以用上述结构 表示。但它们表现出的性质不尽相同。 显然乳酸应该存在异构体。
• 牛奶变酸也能产生
但是，对于具有相同结构式：CH3CH（OH）COOH 的前提下 讨论异构体，在二维平面似乎有些不可能，但如果我们将其放
入三维空间讨论，那就能理解了，——这就是本章将要讨论的 另一种异构现象：旋光异构。
分子对称因素：对称面、对称中心、对称轴。
1.对称面：若有一个平面能将分子切成两部分，其中
() 一部分正好是另一部分的镜像，这个平面
就是这个分子的对称面。
塔里木大学 有机化学精品课程 Organic Chemistry, Tarim University
例如：对称面
1,1-二氯乙烷
反-1,2-二氯乙烯
5.3 含手性碳原子的链状化合物旋光异构体
5.3.1 含一个手性碳原子的化合物
若分子中只含一个手性碳原子，则这个化合物具有手性。 且只有两种旋光异构体，二者之间互为实物—镜像不能重 叠的关系，为一对对映异构体。
例如： 乳酸 CH3C＊H（OH）COOH 含一个手性碳原子，存在一对对映异构体，一个为左旋体，
D、L命名法只适应于和甘油醛类似结构化合物，如：糖和 氨基酸类。 对于其它一些旋光异构体命名常使用—R、S命名法
2. R、S命名法
规则：①先将与手性C原子相连的4个不同基团按次序规 则排列。
塔里木大学 有机化学精品课程 Organic Chemistry, Tarim University
② 找出最小取代基放在对面最远处，再由前面观察 另外三个取代基由大（较优基团）到小顺序，若为顺时 针方向排列，则构型为R；若为反时针，则为S构型。
有机化学 第5章 旋光异构
称，例如，由肌肉中取得的乳酸的比旋光度为：[α ]2D0 = +3.8°
(ρ=0.1gmL-1，H2O)，表示测定该乳酸的旋光度时，是在20。C， 钠光灯源，所用溶液的浓度为10%，是右旋物质，通过公式计
算出比旋光度是3.8°。
上面公式即可用来计算物质的比旋光度，也可用以测定物质 的浓度或鉴定物质的纯度。
H
OH 最小基团（H）
H
Cl 最小基团（H）
位于横线 CH2OH R- 构型
位于横线 CH3 S- 构型
H
最小基团（ H）
CH3
最小基团 CH3
H2N COOH 位于竖线
ClCH2
Cl 位于竖线
CH3
R- 构型
CH(CH3)2 S- 构型
七、含两个不相同手性碳原子的化合物
以2,3,4-三羟基丁酸为例：
存在对称面的分子不能与其镜像重叠， 为非手性分子，无旋光性，无对映体。
σ
H Cl
C
H C Cl
因此，上述分子都是对称分子，它们没有手性， 也没旋光性。
有机物分子具有手性的最普遍的因素是手性碳原 子，连有四个各不相同基团的碳原子——手性碳 原子，用C* 表示。
凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具 有手性，是手性分子。
COOH
H
OH
CH3
在纸平面
CH3
180°
HO
H
COOH
（2）对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型 不变，对调奇数次则为原构型的对映体。例如：
CHO
HO
H
CH2OH
CH2OH
OH与H对调一次
H
OH
CHO
CHO与CH2OH 对调一次
(ρ=0.1gmL-1，H2O)，表示测定该乳酸的旋光度时，是在20。C， 钠光灯源，所用溶液的浓度为10%，是右旋物质，通过公式计
算出比旋光度是3.8°。
上面公式即可用来计算物质的比旋光度，也可用以测定物质 的浓度或鉴定物质的纯度。
H
OH 最小基团（H）
H
Cl 最小基团（H）
位于横线 CH2OH R- 构型
位于横线 CH3 S- 构型
H
最小基团（ H）
CH3
最小基团 CH3
H2N COOH 位于竖线
ClCH2
Cl 位于竖线
CH3
R- 构型
CH(CH3)2 S- 构型
七、含两个不相同手性碳原子的化合物
以2,3,4-三羟基丁酸为例：
存在对称面的分子不能与其镜像重叠， 为非手性分子，无旋光性，无对映体。
σ
H Cl
C
H C Cl
因此，上述分子都是对称分子，它们没有手性， 也没旋光性。
有机物分子具有手性的最普遍的因素是手性碳原 子，连有四个各不相同基团的碳原子——手性碳 原子，用C* 表示。
凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具 有手性，是手性分子。
COOH
H
OH
CH3
在纸平面
CH3
180°
HO
H
COOH
（2）对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型 不变，对调奇数次则为原构型的对映体。例如：
CHO
HO
H
CH2OH
CH2OH
OH与H对调一次
H
OH
CHO
CHO与CH2OH 对调一次
有机化学第五章旋光异构演示课件
2020/10/10
3
1 尼科尔（Nicol）棱镜(偏振片)：只允许与棱镜镜轴平行的 平面上振动的光线透过棱晶。
2 平面偏振光：只在一个平面上振动的光称为平面偏振光(或解称 偏振光)。plane polarized light
2020/10/10
4
旋光物质和不旋光物质
2020/10/10
5
旋光物质和不旋光物质（续）
6
旋光度和比旋光度
1 旋光度：旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度。 与所用溶液的浓度、盛液管的长度、温度、光波的波长、 溶剂的性质有关。右旋为“+”(d)，左旋为“-”(l)
2020/10/10
7
旋光度和比旋光度（续）
2 比旋光度
定义：1 ml含1 g旋光性物质浓度的溶液，放在1 dm（10cm）长的盛液管中测得的旋光度称为该物 质的比旋光度。通常用[]t表示。
1 物质的旋光性：能使偏振光振动平面转动一个角度的性
质称为物质的旋光性或叫光学活性。
2 旋光物质（光学活性物质）：具有旋光性的物质。
3 旋光度：旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度
4 右旋体：使偏振光振动平面向右旋转的旋光物质。
(+,D)
5 左旋体：使偏振光振动平面向左旋转的旋光物质。(-,L)
26020旋/10/1光0 仪: 测定物质旋光度的仪器(结构如上图所示)
2020/10/10
14
三、对称性----对称面和对称中心 1、对称面 ：假如有一个平面可以把分子分割成两部分。而 一部分正好是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面 （用表示）。如
对称面
Cl
H
H
Cl
对称面
H Cl
5有机化学旋光异构
九、含两个相同手性碳原子的化合物
Organic Chemistry
HOOC C*H C*H COOH 2,3-二羟基丁二酸（酒石酸）
顺时针—— R；
逆时针—— S。
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
Organic Chemistry
注意： 当手性碳原子所连的四个原子或基团中，有些基团的第一个
原子相同时，则要依次看第二个甚至第三个原子，直到有差 别时，将其中原子序数大的仍然排列在前。
CH3 ③CH CH3 H CH3① ②CH2CH3
示 顺时针 右旋 逆时针 左旋
用 （＋）（d） 表示 用 （－）（ l） 表示
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
Organic Chemistry
三、比旋光度
旋光度“”受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响，为了便于 比较，常用比旋光度[]来表示：
[a] t
=ρ×a l
Organic Chemistry
2）立体异构体：分子中的原子或原子团互相连接的次序相同，但在空 间的排列方向不同而引起的异构体。
3）旋光异构：能使偏振光的偏振面发生不同方向改变的异构体。旋光 异构也称为光学异构、对映异构。
-
COOH
COOH
H CH3
OH
Organic Chemistry
H H3C
H
Cl 旋转 90。
Cl
H
-H
Cl
Cl
HH
Cl
Cl
HH Cl
Cl
Cl
HH
Cl
Cl
Cl
H
H
-
H
Organic Chemistry
Organic Chemistry
HOOC C*H C*H COOH 2,3-二羟基丁二酸（酒石酸）
顺时针—— R；
逆时针—— S。
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
Organic Chemistry
注意： 当手性碳原子所连的四个原子或基团中，有些基团的第一个
原子相同时，则要依次看第二个甚至第三个原子，直到有差 别时，将其中原子序数大的仍然排列在前。
CH3 ③CH CH3 H CH3① ②CH2CH3
示 顺时针 右旋 逆时针 左旋
用 （＋）（d） 表示 用 （－）（ l） 表示
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
Organic Chemistry
三、比旋光度
旋光度“”受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响，为了便于 比较，常用比旋光度[]来表示：
[a] t
=ρ×a l
Organic Chemistry
2）立体异构体：分子中的原子或原子团互相连接的次序相同，但在空 间的排列方向不同而引起的异构体。
3）旋光异构：能使偏振光的偏振面发生不同方向改变的异构体。旋光 异构也称为光学异构、对映异构。
-
COOH
COOH
H CH3
OH
Organic Chemistry
H H3C
H
Cl 旋转 90。
Cl
H
-H
Cl
Cl
HH
Cl
Cl
HH Cl
Cl
Cl
HH
Cl
Cl
Cl
H
H
-
H
Organic Chemistry
有机化学旋光异构
2）把与手性碳原子相连的四个基团画上去。一般将含碳的基团画在垂直线两头。
3）注意：费歇尔投影式看起来象平面结构，实际它表示的是立体结构。与手性碳原子结合的横向的两个键是水平朝前的，与手性碳原子结合的竖向的两个键是垂直向后的。
构型的R、S命名规则
1970年IUPAC建议对对映异构体采用R、S命名，规则如下：
对于二取代的环烷烃化合物
七、其它不含手性碳原子的化合物的旋光异构
1）联苯类
2）丙二烯类
3）螺环烃
这些化合物有无旋光异构体？
下列化合物中有三个旋光异构体的是哪些？
喜树碱 抗癌活性与C－20构型有关。 C－20为S－构型(天然得到的化合物)有活性， 为R－构型时完全没有活性。
天冬酰胺
R型是甜味剂，甜度约为蔗醣的200倍，S型却是苦的。
4、构型的表示方法 费歇尔投影式
1）画一个十字形。十字形的交点代表手性碳原子。
2、对称性与旋光性(手性)
对称性：对称面，对称中心，对称轴
1）、具有对称面的分子没有手性。
2）、具有对称中心的分子没有手性。
3）、具有对称轴的分子不一定没有手性。
具有二重对称轴，有对称面，没有旋光性
只具有二重对称轴，有旋光性
很多有旋光性的化合物结构中有手性碳原子(与四个不同的原子 或基团相连的碳原子)。
含有两个相同手性碳原子的有机物有三个旋光异构体。
3、含有多个手性碳原子的有机物的旋光异构
含有n个不相同的手性碳原子的化合物有2n个旋光异构体，可组成2n-1个外消旋体。而如果含有相同的手性碳原子，则旋光异构体的数目就会少得多，会有内消旋体。
六、环状化合物的旋光异构：
环丙烷衍生物
有对称面，没有旋光性
1）
3）注意：费歇尔投影式看起来象平面结构，实际它表示的是立体结构。与手性碳原子结合的横向的两个键是水平朝前的，与手性碳原子结合的竖向的两个键是垂直向后的。
构型的R、S命名规则
1970年IUPAC建议对对映异构体采用R、S命名，规则如下：
对于二取代的环烷烃化合物
七、其它不含手性碳原子的化合物的旋光异构
1）联苯类
2）丙二烯类
3）螺环烃
这些化合物有无旋光异构体？
下列化合物中有三个旋光异构体的是哪些？
喜树碱 抗癌活性与C－20构型有关。 C－20为S－构型(天然得到的化合物)有活性， 为R－构型时完全没有活性。
天冬酰胺
R型是甜味剂，甜度约为蔗醣的200倍，S型却是苦的。
4、构型的表示方法 费歇尔投影式
1）画一个十字形。十字形的交点代表手性碳原子。
2、对称性与旋光性(手性)
对称性：对称面，对称中心，对称轴
1）、具有对称面的分子没有手性。
2）、具有对称中心的分子没有手性。
3）、具有对称轴的分子不一定没有手性。
具有二重对称轴，有对称面，没有旋光性
只具有二重对称轴，有旋光性
很多有旋光性的化合物结构中有手性碳原子(与四个不同的原子 或基团相连的碳原子)。
含有两个相同手性碳原子的有机物有三个旋光异构体。
3、含有多个手性碳原子的有机物的旋光异构
含有n个不相同的手性碳原子的化合物有2n个旋光异构体，可组成2n-1个外消旋体。而如果含有相同的手性碳原子，则旋光异构体的数目就会少得多，会有内消旋体。
六、环状化合物的旋光异构：
环丙烷衍生物
有对称面，没有旋光性
1）
大学有机化学第五章旋光异构-PPT精品文档
构象异构
顺反异构 旋光异构
立体异构：构造相同,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 。
H
CH3 H
CH3
CH3 H
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
旋光异构
因 分 子 中手 性 因 素 而 产 生 的立 体 异 构 。
测定温度 旋光度（旋光仪上的读数）
[α
]t
λ
=
比旋光度 波长 （钠光D)
α Lx C
溶液的浓度（g/ml） 盛液长度（分米dm）
例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于 20ml氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。 求其比旋光度。(-30.4o)
分子的对称性、手性与旋光活性 (symmetry and chirality and optical activity )
实物与其镜象 不能重合的特
征称为手性，
有如左右手的 关系
手性分子： 与其镜象不 能完全重叠 的分子。
手性分子—与镜影不能重叠
镜子
手性分子的特征：（1）不能完全重叠， （2）呈物体与镜象关系（左右手关系）。
如何判断一个分子是否具有手性？
根据其有无对称面或对称中心来判断。
对称面：大多数有机化合物，尤其是链状化合物，一般只 需考察分子中是否有对称面，就可以推断该分子是否为手 性分子。
H C O O O H H 对 调 一 次 H O C O H O H 再 对 调 一 次 H OC H 3H旋 转 1 8 0 o
顺反异构 旋光异构
立体异构：构造相同,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 。
H
CH3 H
CH3
CH3 H
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
旋光异构
因 分 子 中手 性 因 素 而 产 生 的立 体 异 构 。
测定温度 旋光度（旋光仪上的读数）
[α
]t
λ
=
比旋光度 波长 （钠光D)
α Lx C
溶液的浓度（g/ml） 盛液长度（分米dm）
例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于 20ml氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。 求其比旋光度。(-30.4o)
分子的对称性、手性与旋光活性 (symmetry and chirality and optical activity )
实物与其镜象 不能重合的特
征称为手性，
有如左右手的 关系
手性分子： 与其镜象不 能完全重叠 的分子。
手性分子—与镜影不能重叠
镜子
手性分子的特征：（1）不能完全重叠， （2）呈物体与镜象关系（左右手关系）。
如何判断一个分子是否具有手性？
根据其有无对称面或对称中心来判断。
对称面：大多数有机化合物，尤其是链状化合物，一般只 需考察分子中是否有对称面，就可以推断该分子是否为手 性分子。
H C O O O H H 对 调 一 次 H O C O H O H 再 对 调 一 次 H OC H 3H旋 转 1 8 0 o
第五章 旋光异构
* CH3-CH-COOH OH 乳酸
CH3-CH-COOH NH2 α-氨基丙酸
2.含一个手性碳原子的化合物 (1)Fischer(费歇尔)投影式 乳酸就是含一个手性碳原子的化合物,手性碳原子分别与 H、OH、CH3、COOH相连，四个基团在空间有两种排 列方式，用楔形表示有（a）和（b）两种构型,具有镜 像和实物的关系,(c)和(a)彼此可以重合,是相同的分子.
第五章 旋光异构 具有相同分子式,但结构不同的化合物称为同分异构体.具体归纳如下:
有机化合物的异构情况归纳如下：
碳链异构
CH3
CH3CH2CH2CH3与CH3CHCH3
OH
构造异构
位置异构CH3CH2CH2OH与 CH3CHCH3 官能团异构CH3CH2OH与CH3-O-CH3 互变异构CH2=CH-OH与CH3CHO
1
HOOC-CH-CH-COOH
OH OH
2*
3*
4
酒石酸分子有两个相同的手性碳原子C2、C3，它们分别 连有相同的四个不同基团。C2、C3各有两个构型 ，用 A+与A-表示。此分子有下面的构型 :
COOH H OH
2
COOH
COOH OH H
2 3
COOH HO HO
2
OH
H H
2
OH OH
H H
同分异构 构象异构 立体异构
CH3
与
顺反异构 构型异构 旋光异构
CH3
CH3
H
C H
C
H
C H
C
CH3
一.旋光性 1.平面偏振光 只在一个平面内振动的光叫做平面偏振光,简称 偏振光.偏振光振动的平面叫做偏振面. 由冰晶石制的Nicol棱镜(尼可尔棱镜)具有一种特 殊性质,只有和棱镜的晶轴保持平行振动的光线 才能全部通过.如果在偏振光后面再放一个晶轴 和第一棱晶轴互相垂直的棱镜,则在第二个棱镜 后看不到光. 2.旋光仪 旋光物质 旋光度 检查旋光性的仪器叫做旋光仪.旋光仪的主要部 分包括两个棱镜,一个光源,一个盛样管,一个刻度 盘.
旋光异构
对映体的等量混合物叫做外消旋体，用(±)表示。
外消旋体中对映体对偏振光的作用互相抵消，因此没有 旋光性。 外消旋体和左旋体、右旋体相比，物理性质有所改变。
(+)-乳酸 [α]20 D mp./℃ +3.8º 53 (-)-乳酸 -3.8º 53 (±)-乳酸 0 18
化学性质基本相同，对映体各自保持自己的生理活性。
子或基团在纸面后方。
COOH H OH CH3
COOH HO CH3 H
1 对映体和外消旋体
互为镜像的异构体称为旋光异构体或对映异构体，简 称对映体。 含有一个手性碳的化合物没有对称面和对称中心，是手 性分子，存在两个旋光的对映异构体。 * CH3CH2CHCH2OH
CH3
2-甲基-1-丁醇
对映体的性质，在非手性环境中完全相同，在手性条件
下可能不同。 对映体的熔点、沸点、在非手性溶剂中的溶解度、和非
手性试剂的反应速度等都相同。
原因：对映体之间是镜像关系，分子中任何两个原子之 间的距离是相同的，因此内能也是相同的。
对映体的旋光性、在手性溶剂中的溶解度、与手性试剂 或在手性催化剂作用下的反应速度等是不同的。 氯霉素的左旋体有疗效，它的对映体则无抗菌作用。 左旋香芹酮与右旋香芹酮的香气不同。 左旋尼古丁的毒性比右旋尼古丁大得多。
向(+)/(-)，最后再写出名称。
1 含有两个不同的手性碳的分子
当化合物分子中含有两个不同的手性碳时，应有22 = 4 种构型，若有n个不同的手性碳时，应有2n种构型。 两个不同的手性碳：是指两个手性碳上所连的四个基团 不完全相同。 2-羟基-3-氯丁二酸有两个不同的手性碳原子，应有4种不 同的构型。
接由平面结构式分析考察环状化合物的对映异构。
大学有机化学第五章 旋光异构(GAI)
(2S,3R)-2-羟基-3-氯丁醛
3）R/S和D/L构型标记法和旋光方向没有必然联系 构型只表示原子或原子团的空间排列方式，旋 光方向与基团空间排列方式、性质、结构有关，可用 旋光仪测定。命名时不用写出“+、-”的符号。
C 2H 5 H CH3
3R-3-甲基-1-戊烯
CH3
CH CH2
C HO C 2H 5
• HOOC—*CH—*CH—COOH • OH OH • CH3 - *CH- *CH-CH3 • Br Br
HOOC H OH HOOC HO COOH H H OH
HO H HOOC
H HOOC
OH
H
OH COOH
mirror
Ⅰ(2R,3R)-酒石酸
Ⅱ(2S,3S)-酒石酸
Ⅲ(2R,3S) )-酒石酸
COOH HO HO
2 3
OH H
H H
CH3
CH3
Ⅰ(2R,3S)-2,3-二羟基丁酸 Ⅲ (2S,3S)-2,3-二羟基丁酸 * C2 OH>COOH>CH(CH3) >H OH
C3*
OH>CH COOH>CH3>H OH
Ⅰ 和Ⅲ互为非对映体
HO
2
CHO
1
HO 2 H HO CH3 4 H
CHO 1
b a d
R
b
b c d
c
b
c
a
C
a d
S
c
C a
d
当最小基团d放在横线上时， 情况相反， 顺时针S -构型，逆时针构型为R -构型。（横 反竖不反）
a
a
d
c b
S
5-旋光异构概述
OH
sp3杂化的手征性碳原子位于正四周体的 中心，所连的 4个不一样的基团指向四周体的 4 个顶点，因而在空间有两种不同的排列方式， 得到两种旋光异构体。
这两种排列方式彼此间的关系是实物和镜
像不能重叠的关系，即右旋体〔肌肉运动产生 的乳酸〕和左旋体〔糖发酵产生的乳酸〕。假 设 4个基团在同一平面上，则不行能产生不同 的空间排列，也就不会有旋光异构现象。所以 四周体学说对于立体化学的进展有着极为重要 的奉献。
思考:
怎样推断一个分子为手性分子?即： 怎样推断一个化合物是否存在旋光异构?
充分必要条件：分子为不对称分子。 〔怎样推断不对称？只要理解对称就可以了〕 分子对称因素：对称中心、对称面、对称轴。
1.对称中心： 分子中有一点 p ，若在离 p
（i）
等距离的两端有相同的原子， 则 p 点为该分子的对称中心。
用〔+〕或〔d〕表示右旋。 5. 左旋体 使偏振光的偏振面对左旋转的物质。
旋光仪示意图
5.比旋光度 某物质的旋光度因溶液浓度、盛液管长度、 测定温度、光源波长及溶剂性质不同而变。为 比较各种旋光活性物质旋光性的大小，必需在 肯定温度、肯定波长、同种溶剂的条件下，用 单位浓度、单位盛液管长度的旋光度——比旋 光度进展量度。
19世纪中叶，巴斯德关于左旋和右旋酒石 酸经典式的争论，导致70年月范霍夫和勒贝尔 碳原子四周体构型学说的建立。它是生命分子 构造不对称性的根底。但是，关于有机分子构 造不对称性的起源及其在生命过程中的意义， 迄今尚无完善的答案。
exit
COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
内容提要
5.对映体 假设两个旋光异构体互为实物和镜像不能 重叠的关系——一对对映体。例如，肌肉运动 产生的乳酸和糖发酵产生的乳酸就是一对对映 体。一对对映体比旋光度相等，方向相反。
sp3杂化的手征性碳原子位于正四周体的 中心，所连的 4个不一样的基团指向四周体的 4 个顶点，因而在空间有两种不同的排列方式， 得到两种旋光异构体。
这两种排列方式彼此间的关系是实物和镜
像不能重叠的关系，即右旋体〔肌肉运动产生 的乳酸〕和左旋体〔糖发酵产生的乳酸〕。假 设 4个基团在同一平面上，则不行能产生不同 的空间排列，也就不会有旋光异构现象。所以 四周体学说对于立体化学的进展有着极为重要 的奉献。
思考:
怎样推断一个分子为手性分子?即： 怎样推断一个化合物是否存在旋光异构?
充分必要条件：分子为不对称分子。 〔怎样推断不对称？只要理解对称就可以了〕 分子对称因素：对称中心、对称面、对称轴。
1.对称中心： 分子中有一点 p ，若在离 p
（i）
等距离的两端有相同的原子， 则 p 点为该分子的对称中心。
用〔+〕或〔d〕表示右旋。 5. 左旋体 使偏振光的偏振面对左旋转的物质。
旋光仪示意图
5.比旋光度 某物质的旋光度因溶液浓度、盛液管长度、 测定温度、光源波长及溶剂性质不同而变。为 比较各种旋光活性物质旋光性的大小，必需在 肯定温度、肯定波长、同种溶剂的条件下，用 单位浓度、单位盛液管长度的旋光度——比旋 光度进展量度。
19世纪中叶，巴斯德关于左旋和右旋酒石 酸经典式的争论，导致70年月范霍夫和勒贝尔 碳原子四周体构型学说的建立。它是生命分子 构造不对称性的根底。但是，关于有机分子构 造不对称性的起源及其在生命过程中的意义， 迄今尚无完善的答案。
exit
COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
内容提要
5.对映体 假设两个旋光异构体互为实物和镜像不能 重叠的关系——一对对映体。例如，肌肉运动 产生的乳酸和糖发酵产生的乳酸就是一对对映 体。一对对映体比旋光度相等，方向相反。
《有机旋光异构》PPT课件
H C H H
H H3C C Br
H C H CH3
H Br C
H C H CH2CH3
CH3
H C CH3 CH3
Br
CH2CH3
CH3
CH2CH3
CH2CH3
R
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S
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2019/1/6
基团的顺序规则
（3）若第一个原子以双键或三键与其它原子相连， 则把它看作与两个或三个其它原子相连。 CH C C CH2 C H
H Br
CH3 H
转变为 Fischer 投影式
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Cl Br CH3
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2019/1/6
H
H
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（三）对映异构体的表示方法
H H3C C* COOH OH
COOH H CH3 OH HO CH3 COOH H
COOH H CH3 OH HO
COOH H CH3
(-)-乳酸
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2019/1/6
五、 含有两个手性碳原子的化合物
1、含有两个不同的手性碳原子
COOH H 2 OH H
3
COOH HO H Cl H COOH
COOH HO H H Cl COOH
COOH H OH Cl H COOH
Cl
COOH
(2S,3S)
(2R,3R)
(2R,3S)
(2S,3R)
(1)
F Cl Br
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2019/1/6
（一）对称因素
2、对称中心：如果分子中存在一点，从分子中任一 原子或基团出发，向该点作直线，然后在延长相同的 距离就能遇到相同的原子或基团，此点就为对称中心 （符号i）。
大学有机化学第5章 旋光异构
C6H5 a-C10H7
C C C
C6H5 C10H7a
CH3 H C C C
CH3 H
5/26/2013
b. 联芳基型化合物（具手性轴）
CH3 H3C
NH2
H2N
c. 手性面分子（分子中无手性中心，无手性轴）
取代对苯二酚双环醚衍生物
(CH2)8 O HOOC
5/26/2013
O
（二）前手性关系
H CH3 CH3 H Br2 H Br H CH3 Br CH3 H H
(S) (R)
Br CH3 H a CH3
H CH3 b a Br CH3 H b Br Br
CH3
H
CH3 Br Br 内消旋体 H H
(S) (R)
Br Br
CH3
CH3
立体专一反应 (stereospecific reaction)：一定立体异构 的反应物在某种条件下只取得一定构型产物的反应。
5/26/2013
× 100
Example
An enantiomerically pure sample of (S)-(+)-2-butanol shows a specific rotation of +13.52o ([a]D25 =+13.52o). Calculate the enantiomeric excess and composition for a sample with a specific rotation of +6.76o?
re 面 O (顺时针方向， C H)
O H C CH 3
si 面 (逆时针方向,O
C
H)
从左侧看，O→C→H的顺序，其转向是顺时针的，称为re 面；从右侧看，称为si面。 re面与si面，对映异构关系，称为对映异位面；特殊试剂 可辨认。
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2. 含两个相同手性C原子的化合物
COOH HO H C C H OH
H HO COOH C C OH H HO HO COOH C C H H H H COOH C C OH OH
COOH
COOH
COOH
COOH
Ⅰ （-）酒石酸 （S，S）
OH
Ⅱ （+）酒石酸 （R，R）
COOH
Ⅲ
Ⅳ
内消旋酒石酸 （S，R）
3.11
4.80
内消旋体 （含有相同手性碳原子旋光 异构体数<2n）
对映体
非对映体
外消旋体
内消旋体
相同化合物
内消旋酒石酸（S，R）分子模型
5.5 含手性碳原子 的环状化合物的旋光异构
1，2-环丙烷二甲酸
H H H H H
1
H H COOH HOOC
1
H H H
2
*
HOOC
* COOH
*
HOOC (1R ,2 R )
5.1.2 旋光仪与比旋光度
1． 旋光仪 测定化合物的旋光度是用旋光仪，旋光仪 主要部分是有两个尼可尔棱镜（起偏棱镜和检 偏棱镜），一个盛液管和一个刻度盘组装而成。 若盛液管中为旋光性物质，当偏光透过该 物质时会使偏光向左或右旋转一定的角度，如 要使旋转一定的角度后的偏光能透过检偏镜光 栅，则必须将检偏镜旋转一定的角度，目镜处 视野才明亮，测其旋转的角度即为该物质的旋 光度α 。如下图所示
5.2.2 对称因素 1. 对称面
假设分子中有一平面能把分子切成互 为镜象的两半，该平面就是分子的对称面。
H 对称面 Cl H C H Cl C Cl 对称面
C
Cl
CH 3
具有对称面的分子无手性
2.对称中心
若分子中有一点P，通过P点画任何直线， 如果在离P等距离直线两端有相同的原子或基 团，则点P称为分子的对称中心。例如：
有 机 化 学
第五章 旋光 异 构
异构现象是有机化学中存在着的极 为普遍的现象。其异构现象可归纳如下：
碳干异构 位置异构 构造异构 官能团异构 互变异构 同分异构 构型异构 立体异构 构象异构 对映异构 顺反异构
对映异构是指分子式、构造式相同，构 型不同，互呈镜像对映关系的立体异构 现象。 对映异构体之间的物理性质和化学 性质基本相同，只是对平面偏振光的旋 转方向（旋光性能）不同。
• 凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具有 手性，是手性分子。具有旋光性。 • 含多个手性碳原子的有机分子不一定具有手性。 • 不含手性碳原子的有机分子也有可能是手性分子
5.3 含一个手性碳原子化合物的旋光异构
1．对映体——互为物体与镜象关系的立体 异构体。
含有一个手性碳原子的化合物一定是手性 分子，具有两种不同的构型，是互为物体与镜 象关系的立体异构体，称为对映异构体（简称 为对映体）。 对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋 的，一个是右旋的。所以对映异构体又称为旋 光异构体。
• D/L标记法现只用于糖和氨基酸
2.R/S 标记
1970年国际上根据IUPAC的建议，构型的命名 采用R、S法，这种命名法根据化合物的实际构型或 投影式就可命名。 R、S命名规则： 1．按原子次序由大到小规则将手性碳原子上的四个 基团排序。 2．把排序最小的基团放在离观察者眼睛最远的位置， 观察其余三个基团由大→中→小的顺序，若是顺时 针方向，则其构型为R（R是拉丁文Rectus的字头， 是右的意思），若是反时针方向，则构型为 S （Sinister,左的意思）。
为什么要研究对映异构呢？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。
5.1 物质的旋光性
5.1.1 平面偏振光和物质的旋光性 1．平面偏振光 光波是一种电磁波，它的振动方向 与前进方向垂直。
Ⅰ与Ⅱ及Ⅲ与Ⅳ之间分别呈镜像关系，互为对映体；而 Ⅰ（或Ⅱ）与Ⅲ及Ⅳ之间无镜像关系，称非对映体。但 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均互为旋光异构体。
H
COOH
OH
2-羟基-3-氯丁二酸
COOH H H C C
2 3
OH Cl
C2为S型
C3为S型
COOH
H
COOH
Cl
C2所连的四个基团分别为：
O H C Cl C OH H
*
H
2
* H
* COOH
(1 S ,2S )
1R,2S
顺式
反式
1-氯-2-溴环丙烷
H Cl
H Br 顺式
H Br
H Cl
H Br
Cl H 反式
Cl H
H Br
•顺式和反式既是顺/反异构体又是非对映异构体。 •环状化合物旋光异构体的数目与其相应开链化合物 的 相等。
酒石酸的物理性质
熔点（℃） [α]D252 溶解度 PKa1 0% g/100gH2O
PKa2
4.23 4.23 4.24
(－)-酒石酸 (＋)-酒石酸 (±)-酒石酸 meso-酒石 酸
170 170 206-1° +12° 0139 139 20.6
2.93 2.93 2.96
140
0
125
CH 3 H Cl C 2H 5
Cl
H CH 3
构型保持
旋转90°
H CH 3 Cl
C 2H 5
构型改变
2 投影式不能离开纸面进行反转。
3 投影式手性C原子上所连的原子或基
团，可以两—两相互交换偶数次，不能 交换奇数次。
CH 3 H Cl C 2H 5
交换1次
Cl
CH 3 H C 2H 5
交换2次
OH
1
COOH
3
4
2
麻黄碱分子中有两个不同手性C原子，也存在 四个旋光异构体：
HO H 3 CH N
C C
1
H H
H H
C C
1
OH NH CH 3
2
2
CH 3
CH 3
（-）-麻黄碱 （1R，2S）
（+）-麻黄碱 （1S，2R）
HO H
C C
1 2
H NH CH 3
1
H H 3 CH N
C C
2
α = L x C
溶 液 的 浓 度 （ g /m l）
[α ]
比旋 度 光
λ
波长 （ 钠 光 D)
盛 液 长 度 （ 分 米 dm ）
当物质溶液的浓度为1g/ml，盛液管的长 度为1分米时，所测物质的旋光度即为比旋光 度。若所测物质为纯液体，计算比旋光度时， 只要把公式中的C换成液体的密度d即可。
COOH CH3 H S型 OH HO
COOH H CH3 S型
5.4 含两个手性C原子的化合物的
1、含两个不同手性C原子的化合物
COOH HO HO H H CH2OH (I) (2S,3S) H H COOH OH OH CH2OH (II) (2R,3R) HO H COOH H OH CH2OH (III) (2S,3R) H HO COOH OH H CH2OH (IV)(2R,3S)
镜子 COOH COOH
透视式 H
C OH CH OH COOH 顺时针排列
3
C HO H 3C H
CH
3-
反时针排列
乳酸的两种型 2．对映体之间的异同点 物理性质和化学性质一般都相同，比旋光 度的数值相等，仅旋光方向相反。
3.外消旋体
• 把两个对映体等量混合，则左旋体和右旋体的旋光能 力相互抵消，比旋光度为零，即无旋光性。这种等量 的对映体的混合物叫外消旋体。用“±”表示 。 乳酸的物理性质 熔点（C°） （＋）-乳酸 （－）-乳酸 （±）-乳酸 53 53 18
• 光源
起偏镜
样品管
检偏镜
2. 比旋光度
旋光性物质的旋光度的大小决定于该物 质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液 管的长度、测定温度、所用光源波长等因素有 关。为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的 大小，一般用比旋光度来表示。
比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下 ：
测定温度
t
旋光度（旋光仪上的读数）
[ α ]D
t
（水） pka
25°
+3.82 -3.82 0
3.79 3.79 3.79
5.3.2 构型的表示方法----Fischer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：
COOH COOH H OH CH
3
COOH
OH
HO CH
H
H
CH
3
3
乳酸对映体的费歇尔投影式
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。 2° 横线表示与C*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。 3° 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。
CH (OH) COO H
1
2
3
Ⅰ与Ⅱ为一对对映体；Ⅲ与Ⅳ为同一化合 物， Ⅲ（或Ⅳ）与Ⅰ、Ⅱ互为非对映体。 Ⅲ、Ⅳ中的两个手性C原子一个为S型， 另一个为R型，它们所引起的旋光性大 小相等，方向相反，恰好在分子内抵消, 故旋光度为0，这样的对映异构体称内 消旋体（meso）。 内消体为旋光异构体中的一种。
光束前进方向
A B C
D' C'
光源
D A'
（1 ）光的前进方向与振动方向
B'
（ 2） 普 通 光 的 振 动 平 面
在光前进的方向上放一个（Nicol）棱镜，只允许与棱 镜晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱镜，而在其它平 面上振动的光线则被挡住。这种只在一个平面上振动的光称 为平面偏振光，简称偏振光或偏光。