6-第六章-旋光异构1

使用费歇尔投影式应注意的问题： 使用费歇尔投影式应注意的问题： a 基团的位置关系是“横前竖后” 基团的位置关系是“横前竖后” b 不能离开纸平面翻转 不能离开纸平面翻转180°；也不能在纸平 ° 面上旋转90° 面上旋转 °或270°与原构型相比。 °与原构型相比。 c 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构 将投影式在纸平面上旋转 ° 型。
Cl
Cl
CH3
H
CH3
CH3
H
C2H5
H C=C Cl
Cl H
存有对称 面？
如果分子中所有的原子都在同一平面上， 如果分子中所有的原子都在同一平面上，这 个平面就是分子的对称平面。 个平面就是分子的对称平面。如(E)-1,2-二氯乙烯 二氯乙烯 就不存有对称面，不是手性分子，没有旋光性。 就不存有对称面，不是手性分子，没有旋光性。 这类分子必定能和其对映体重叠。 这类分子必定能和其对映体重叠。
旋光异构体的不同 1）其物理性质基本相同，比旋光度的数值相同， ）其物理性质基本相同，比旋光度的数值相同， 旋光方向相反。 熔点、沸点、相对密度等。 旋光方向相反。如：熔点、沸点、相对密度等。 2）其化学性质与手性试剂作用时有所不同。 ）其化学性质与手性试剂作用时有所不同。 3）反应速度有差异，生理作用不同。 ）反应速度有差异，生理作用不同。 2、外消旋体：等量的左旋体和右旋体的混合物， 、外消旋体：等量的左旋体和右旋体的混合物， 其旋光能力相互抵消，不具有旋光性，用（±） 其旋光能力相互抵消，不具有旋光性， 表示。 表示。 对于外消旋体，其物理性质不同， 对于外消旋体，其物理性质不同，化学性质 基本相同，生理作用仅发挥左旋体、 基本相同，生理作用仅发挥左旋体、右旋体的相 应作用。 应作用。
a
单色光源 起 镜 偏 液 盛 管 偏 检 镜
a
镜 目
能够使平面偏振光振动平面旋转一定角度的物 称为旋光性物质或光学活性物质。 质，称为旋光性物质或光学活性物质。这种性质 称为物质的旋光性。 称为物质的旋光性。
非旋光性物质
α
旋光性物质
旋光仪的结构： 钠光灯）、 旋光仪的结构：单色光源（钠光灯）、
起偏镜、盛液管、检偏镜、刻度盘、目 镜。
本章学习要求Βιβλιοθήκη 本章学习要求第六章旋光异构
掌握比旋光度、手性碳原子、 掌握比旋光度、手性碳原子、对映 体、非对映体、内消旋体、外消旋体等 非对映体、内消旋体、 概念和Fischer投影式的写法，以及旋光 投影式的写法， 概念和 投影式的写法 异构体构型的表示方法； 异构体构型的表示方法；了解旋光仪的 组成及其测定原理， 组成及其测定原理，外消旋的拆分和某 些有机反应中的立体化学。 些有机反应中的立体化学。
碳链异构 结构异构 位置异构 官能团异构 同分异构 互变异构 顺反异构 构型异构 立体异构 构象异构 旋光异构
船式、 船式、椅式
CH3 C HO H
CH3 H C OH
CH2CH3
CH2CH3
两个异构体是相互对映， 两个异构体是相互对映，互为物体与镜像 关系，称为对映异构体。在对映异构体中， 关系，称为对映异构体。在对映异构体中， 一个使偏振光向左旋转， 一个使偏振光向左旋转，一个使偏振光向右 旋转，故对映异构体又称为旋光异构。 旋转，故对映异构体又称为旋光异构。
一、对映体 1、对映体：互为物体与镜像关系，并不相互重叠 、对映体：互为物体与镜像关系， 的立体异构体，也称为对映异构体。 的立体异构体，也称为对映异构体。 含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分 都有两个对映体，其中一个是左旋体， 子，都有两个对映体，其中一个是左旋体，一个 是右旋体。 是右旋体。 只有构型不同，互为实物与镜像关系， 只有构型不同，互为实物与镜像关系，而又 不互为重叠的异构体，为旋光异构。 不互为重叠的异构体，为旋光异构。
COOH C HO CH3 H
H COOH C CH3 OH
小结
（1）物质分子互为实物与其镜像关系，并不 ）物质分子互为实物与其镜像关系， 完全重叠的特性称为分子的手性。 完全重叠的特性称为分子的手性。 （2）具有手性（不能完全与自身的镜像重叠） ）具有手性（不能完全与自身的镜像重叠） 的分子称为手性分子。 的分子称为手性分子。 （3）连接四个各不相同基团的碳原子称为手性 ） 碳原子，用它 表示 表示。 碳原子，用它C*表示。
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。 位于纸平面。 2° 横线表示与 相连的两个键指向纸平面 ° 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。 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 ° 将含有碳原子的基团写在竖线上， 小的碳原子写在竖线上端。 小的碳原子写在竖线上端。
我们为什么研究旋光异构呢？ 我们为什么研究旋光异构呢？
1、天然有机化合物大多数具有旋光现象，存有旋 、天然有机化合物大多数具有旋光现象， 光异构体。 光异构体。 2、物质的旋光性与物质的性质有关，特别是生物 、物质的旋光性与物质的性质有关， 性质。 性质。 左旋Vc可治疗抗坏血病 而右旋的Vc则没有 可治疗抗坏血病， 如：左旋 可治疗抗坏血病，而右旋的 则没有 此作用。 此作用。 3、可用来研究有机反应的反应机理。 、可用来研究有机反应的反应机理。
CHO HO H CH2OH
CHO H OH CH2OH
L-(+)-甘油醛 甘油醛
D-(-)-甘油醛 甘油醛
其他旋光性物质， 其他旋光性物质，可以通过与甘油醛的关 系确定，比如： 系确定，比如：
CHO H OH CH2OH COOH H OH CH2OH
COOH H OH CH3
O
H
D-(+)-甘油醛 甘油醛
年以前， 在1951年以前，人类没办法测定分子中各基团的 年以前 空间位置情况，就人为的规定甘油醛的构型， 空间位置情况，就人为的规定甘油醛的构型，即： 1、手性碳上羟基投影在右边的为：D型 、手性碳上羟基投影在右边的为： 型 2、手性碳上羟基投影在左边的为：L型 、手性碳上羟基投影在左边的为： 型
第二节 1、偏振光 、
振动方向
物质的旋光性
前进方向
普通光
光是一种电磁波， 光是一种电磁波，它的振动方向与前进方向 相反。 相反。
通过Nicol棱镜, 通过Nicol棱镜, 仅 Nicol棱镜 在一个平面上振动的光 为平面偏振光。 平面偏振光。
平面偏振光
Nicol prism
普通光
2、物质的旋光性 、
判断不同投影式是否同一构型的方法： 判断不同投影式是否同一构型的方法： 1 将投影式在纸平面上旋转 将投影式在纸平面上旋转180°。 ° 2 固定任意基团不动，统一方向调换另三个基团。 固定任意基团不动，统一方向调换另三个基团。
CH3 H OH C2H5 C2H5 CH3 H OH
HO CH3 C2H5 H
旋光度
[α]λt α
=
a
C(g/ml) l(dm)
盛液器的长度(dm)
溶液的浓度（g/ml)
规定： 规定：在25℃，溶液的浓度为 ℃ 溶液的浓度为1g/ml,盛液器的长 盛液器的长 度为1dm时，所测物质的旋光度即比旋光度。 时 所测物质的旋光度即比旋光度。 度为 若是纯溶液，只要把 浓度换成密度 即可。 浓度换成密度d即可 若是纯溶液，只要把c浓度换成密度 即可。
应用： 应用： 一葡萄糖溶液， 25℃条件下， 1dm长 一葡萄糖溶液，在25℃条件下，用1dm长 条件下 的盛液器测其旋光度为＋3.4° 的盛液器测其旋光度为＋3.4°，在手册中查 得葡萄糖得[ +52.5° 求葡萄糖的浓度? 得葡萄糖得[α]λt = +52.5°,求葡萄糖的浓度? [α]λt = C(g/ml) l(dm) C = 0.065g/ml
D-(-)-甘油酸 甘油酸
D-(-)-乳酸 乳酸
但旋转方向就可能发生改变，只有通过测 但旋转方向就可能发生改变， 定才能判断其旋转方向。 定才能判断其旋转方向。
注意问题
1、D/L只表示构型，而物质的旋转方向只能由 、 只表示构型， 只表示构型 旋光仪测定，二者没有必然的联系。 旋光仪测定，二者没有必然的联系。 2、其他物质的构型， 2、其他物质的构型，就根据甘油醛的表示法 进行推导出来。 进行推导出来。 3、此表示方法简单，但只能表记只有1个手性 、此表示方法简单，但只能表记只有 个手性 碳原子的物质。其他物质能以标记。 碳原子的物质。其他物质能以标记。
a
＝52.5° 52.5°
第三节
物质的旋光性与分子结构
1、手性、手性碳原子和手性分子 、手性、
实物与其镜像不能完全重合的特性称为手性。 实物与其镜像不能完全重合的特性称为手性。 具有手性的分子称为手性分子。 具有手性的分子称为手性分子。 互为实物与镜像关系的物质称为对映体。 互为实物与镜像关系的物质称为对映体。
H
COOH H
CH3
HH COOH
COOH
CH3
小结
（1）物质分子在结构上具有对称面或对称中 ） 心的，没有手性，因此液就没有旋光性。 心的，没有手性，因此液就没有旋光性。 （2）物质分子在结构上没有对称面或对称中 ） 心的，具有手性，因此就有旋光性。 心的，具有手性，因此就有旋光性。
第四节 含一个手性碳原子化合物的旋光性
（2）对称中心 ） 通过中心做任意一直线， 通过中心做任意一直线，在直线上距中心点 等距离的异向两端，有相同的原子或基团， 等距离的异向两端，有相同的原子或基团，该中 心为对称中心。 心为对称中心。
H H CH3
存有一个对称面
CH3
CH3 H
CH3
P
H
没有手性
存有一个对称点
CH3 H H
COOH H H CH3
3、旋光度 、
旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。 旋光度：使偏振光偏振面旋转的角度。用α表示。 表示。 旋光方向：右旋（ ）、d 旋光方向：右旋（+）、d- ; 左旋（ ）、l 左旋（-）、l旋光物质的旋光度的大小取决于该物质的分 旋光物质的旋光度的大小取决于该物质的分 子结构，并且与溶液的浓度、盛液管的长度、 子结构，并且与溶液的浓度、盛液管的长度、测 定时的温度、光源的波长等因素有关 等因素有关。 定时的温度、光源的波长等因素有关。为了方便 比较各旋光物质的旋光度大小，就规定了“ 比较各旋光物质的旋光度大小，就规定了“比旋 光度” 光度”。
第一节
概述
1、立体化学 、立体化学(Stereochemistry)：是从三维空间来研究 ： 分子结构和性质的科学， 分子结构和性质的科学，是近代有机化学中一个极其 重要的组成部分。 重要的组成部分。 2、异构主要有两大类：构造异构，立体异构。 、异构主要有两大类：构造异构，立体异构。 构造异构： 构造异构：是由于原子相互连接的次序不同而引起的 异构。 异构。 立体异构：是指具有相同的分子式， 立体异构：是指具有相同的分子式，相同的原子连接 顺序，不同的空间排列法方式引起的异构。 顺序，不同的空间排列法方式引起的异构。
CH3 CH COOH
OH （4）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。 子都具有手性，是手性分子。
2、分子对称因素 、
物质分子能否互为实物与其镜像关系， 物质分子能否互为实物与其镜像关系，可以从 分子有无对称因素来判别。 分子有无对称因素来判别。 （1）对称面 ） 如果分子存有一个能把分子切成互为镜像的 两个平面，该平面即为分子的对称面。 两个平面，该平面即为分子的对称面。
二、对映体构型的表示方法 1、立体结构式 、
COOH OH CH3
COOH C OH
COOH C OH CH3
H
H
H
CH3
乳酸
乳酸
乳酸
2、E.Fischer投影式 、 投影式
COOH COOH C OH CH3 H CH3 OH
COOH HO CH3 H
H
为了书写方便，费歇尔发明了投影式， 为了书写方便，费歇尔发明了投影式， 将四面体构型按规定的方向投影在平面上。 将四面体构型按规定的方向投影在平面上。
C2H5 H3C H OH
3 任意对调两个基团的位置，对调偶数次，构 任意对调两个基团的位置，对调偶数次， 型不变。 型不变。
CHO HO H CH2OH H CH2OH OH CHO
CHO HO H CH2OH OHC
OH CH2OH H
第五节 旋光异构体构型的表示方法
一、D/L表示法 表示法