第六章对映异构练习及答案讲述
(整理)第六章对映异构1
第六章 对映异构一、 基本内容本章从不对称物质具有旋光性的现象出发,解释了有机化学中不对称性分子产生旋光性原因。
从立体化学的角度对分子的构型进行了阐述。
介绍了各种表示构型的方法。
主要有费歇尔投影式、纽曼投影式、楔型式及锯架式。
介绍了手性的概念及如何用对称元素来判断分子有无手性及如何表示手性碳原子的方法等问题。
在此基础上,引出了对映异构体、非对映异构体、外消旋体及内消旋体等概念。
在前面各章的基础上强调了反应过程中的立体化学问题。
二、 重点与难点本章的重点是对所学的各种概念的理解和应用,在多做练习的基础上加深对基本内容及有关立体化学知识的理解。
包括R/S 命名法、各种表示构型的方法及相互间的转换、对称元素及其操作、反应过程中的立体化学问题及对映异构体、非对映异构体、外消旋体及内消旋体等概念。
难点主要体现在对立体化学的理解上。
如表示构型的方法及相互间的转换和反应过程中的立体化学问题。
三、精选题及其解6-1 某化合物溶于乙醇,所得溶液为100 mL 溶液中含该化合物14克。
（１）取部分该溶液放在5 cm 长的盛液管中,在20 o C 用钠光作光源测得其旋光度为+2.1o ,试计算该物质的比旋光度。
（２）把同样的溶液放在10 cm 长的盛液管中,预测其旋光度。
（３）如果把10 mL 上述溶液稀释到20 mL,然后放在5 cm 长的盛液管中, 预测其旋光度。
解 比旋光度是旋光物质特有的物理常数,用下式表示：t 为测定时的温度（一般为室温,15-30 o C ）；λ为测定时的波长（一般采用波长为589.3 nm 的钠光,用符号Ｄ表示）,在此测定条件下得出的比旋光度用[α]D 表示亦可。
（１）将旋光度α＝+2.1o 带入上式,得（２）旋光度为α＝+2.1o ＊２＝+4.1o（３）旋光度为α＝+2.1o /２＝+1.05o１ c ( g / mL )l (10 cm)=t[ ]λαα= + 15ol (10 cm ) c ( g / mL )100 / 14+ 2.1o=c ( 14g / 100 mL )+ 2.1 o=ααD [ ]20=l (10 cm) c ( g / mL )6-2 将一葡萄糖的水溶液放在10 cm 长的盛液管中,在20 0C 测得其旋光度为+3.20,求这个溶液的浓度。
(整理)第六章 对映异构习题答案
第六章对映异构1、说明下列各名词的意义：⑴旋光性：⑵比旋光度：⑶对应异构体：⑷非对应异构体：⑸外消旋体：⑹内消旋体：答案：（1）旋光性：能使偏光振动平面的性质，称为物质的旋光性。
（2）比旋光度：通常规定1mol含1 g旋光性物质的溶液，放在1 dm (10cm)长的成液管中测得的旋光度，称为该物质的比旋光度。
（3）对应异构体：构造式相同的两个分子由于原子在空间的排列不同，彼此互为镜象，不能重合的分子，互称对应异构体。
（4）非对应异构体：构造式相同，构型不同，但不是实物与镜象关系的化合物互称非对映体。
（5）外消旋体：一对对映体右旋体和左旋体的等量混合物叫外消旋体。
（6）内消旋体：分子内，含有构造相同的手性碳原子，但存在对称面的分子，称为内消旋体，用meso表示。
2、下列化合物中有无手性C（用*表示手性C）（1）（2）（3）（4）答案：（1）*（2）无手性碳原子（3）**（4）3、分子式为C3H6DCl所有构造异构体的结构式，在这些化合物中那些具有手性？用投影式表示它们的对应异构体。
答案：解：分子式为C3H6DCl的化合物共有5个构造异构体，其中3个有对应异构体。
（手性）：（无手性）Cl CH 2CH 3HD DH ClCH 2CH 3CH 2Cl CH 3HDDHCH 2ClCH 3CH 2D CH 3HClClHCH 2DCH 34、 ⑴丙烷氯化已分离出二氯化合物C 3H 6Cl 2的四种构造异构体，写出它们的构造式：⑵ 从各个二氯化物进一步氯化后，可得的三氯化物（C 3H 5C l3）的数目已由气相色谱法确定。
从A 得出一个三氯化物，B 给出两个， C 和D 各给出三个，试推出A ，B 的结构。
⑶通过另一合成方法得到有旋光性的化合物C ，那么C 的构造式是什么？D 的构造式是怎样的？⑷有旋光的C 氯化时，所得到的三氯丙烷化合物中有一个E 是有旋光性的，另两个无旋光性，它们的构造式怎样？ 答案：(1)Cl 2CHCH 2CH 3(1) CH 3CCl 2CH 3(2) ClCH 2CHClCH 3(3) ClCH 2CH 2CH 2Cl (4)(2) 解：A 的构造式：CH 3CCl 2CH 3 B的构造式：ClCH 2CH 2CH 2Cl (3)(4)另两个无旋光性的为：CH 2ClCCl 2CH 3ClCH2ClCHCH2Cl5、指出下列构型式是R 或S 。
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答：
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4．下列叙述是否正确？为什么？ （1）S 构型的化合物一定是具有左旋（－）的对映异构体。 （2）非手性的化合物可以有手性中心。 （3）非光学活性的物质一定是非手性的化合物。 （4）在化学反应中，由 S 构型的反应物转变为 R 构型的产物，一定伴随着构型的翻 转。 （5）非手性分子经反应后得到的产物是手性分子，则其必定是外消旋体。 答：（1）错误。旋光方向是通过旋光仪测得的结果，它与 R 或 S 构型之间没有必然 的关系，R 构型的化合物可以为左旋或右旋，其对映体 S 构型也可以为右旋或左旋。但同 为对映体的 R/S 构型，其旋光方向一定相反。 （2）正确。内消旋体是非手性化合物，但可以有手性中心。
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3．下列化合物中有旋光活性的是（ ）。
【答案】D 4．下列分子中，有手性的化合物是（ ）。
【答案】B 5．下列化合物为 R 构型的是（ ）。
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其中
均为手性中心。
由于在碳正离子
和碳自由基 中，碳原子以
杂化轨道与其他原子成键，
呈平面构型，具有对称面，因此 C＋和 不能成为手性中心。
8．环辛烯-3-醇的羟基决定了这一化合物与辛蒙斯-斯米思试剂反应的立体化学。凭借 模型预计所得产物的立体结构。
常可得到某旋光异构体是主要产物，产物有光学活性，而不是完全的外消旋体。
5．利用椅式构象式讨论 1,2 二甲基环己烷顺反异构体的立体化学。 答：顺-1,2-二甲基环己烷的构型式为
分子中有一对称面，因此分子没有手性。而反-1,2-二甲基环己烷的构型式中既没有对 称面也没有对称中心，应有一对对映体
06 第六章 对映体
CH2OH
（Ⅱ）
CH2OH
H F F H
H
有对称中心
镜象和实物能重叠，无手性
结论：有对称中心的分子，实物和镜象能重叠，无手
性，无对映异构体，无旋光性。
20
21
3. 对称轴 定义: 穿过分子画一直线,以它为轴旋转一定角度后,可 以获得于原来分子相同的构型,这一直线叫对称 轴.
H H H H
Cn
H H H
C4
( 360 ) 90
29
COOH H C
CH 3
COOH
OH
对映异构体：
HO
H3 C
C H
S–(+)–乳酸
（R）
注意: R、S与右旋、左旋没有一定关系。
CH3 C H OH CH2CH3 CH3CH2 OH CH3 C H
(S)–2–丁醇
(R)–2–丁醇
30
H H3C C OH CH CH2
H
OH COOH C
(S)–3–丁烯–2–醇 (S)–2–羟基苯乙酸 2. 对映异构体的表示方法 常有两种表示方法
18
2. 对称中心( i ) 定义：分子中有一点 P ，以分子任何一点与其连线，
都能在延长线上找到自己的镜象，则 P 点为
该分子的对称中心。
19
例：环丁烷
H H H H H
H H H H H H H H
P
H H
H
有对称中心
镜象和实物能重叠，无手性。
Cl
Cl H F H H F H Cl
例：
H Cl
O C OH CH3 H H H
28
O C CH3 O O C
第二较优
O C H O O H
第六章 对 映 异 构
3
H H CH OH
3
C CH 楔形式
OH
OH CH 3
透视式
乳酸 优点： 形象生动，一目了然 缺点： 书写不方便
29
2.Fischer 投影式：
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
1)投影原则：动画 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。 30
二、手性和对称因素 1.手性(Chirality)：实物与其镜影不能重叠的现象。 实物与镜象不能重叠的分子，称为手性分子。 具有手性的分子叫手性分子，手性分子必定有旋光 性，具有旋光性的分子必定是手性的。 分子的手性（而不是手性碳）是其具有旋光性和 对映异构现象的充分必要条件。
17
2. 对称因素
非旋光性物质。
10
3.右旋和左旋 ( dextrorotatory and levorotatory ) —— 使偏振光振动平面向右旋转称右旋，“ + ”或“d”
—— 使偏振光振动平面向左旋转称左旋，“ - ”或“l”
4.旋光度（observed rotation) —— 旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，用“a ” 表示。 它不仅是由物质的旋光性（与物质的结构有关）决定的， 也与测定的条件有关。 旋光度大小的影响因素：1、温度 质 4、旋光管的长度 2、波长 3、溶剂的性
立体化学
学习要求 学习内容: 概述
有机化学第三版(胡宏纹)第六章 对映异构(含解答)
H H CH3
CH3 H Br H
具有对称中心 的分子不是手 性分子
总之，若物质分子在结构上既无对称中心又无对 称面，则这种分子具有手性，为手性分子
第三节
对映体的旋光性
光波是一种电磁波，它的振动方向与其前进方向垂直，普 通光可以在与其前进方向垂直的任何一个平面上振动
平面偏振光
仅在一个平面上振动的 光称为平面偏振光，简 称偏振光、偏光
第一节
同分异构现象回顾：
对映异构与手性
碳链异构 构造异构 同 分 异 构 立体异构 构型异构 对映异构 对映异构又称旋光异构或光学异构 官能团异构 官能团位置异构 构像异构 顺反异构
以下分子有没有异构体？有多少种异构体？
a b C d c
a b
a
b
c d
C
①
d c
b
C
②
a
C
③
d c
①≠ ② ＝ ③ 结论：有异构体，有两种异构体 两种异构体间呈什么关系？什么类型的异构？
一、丙二烯型化合物
Cl C H C C
Cl H
C上连接2个不相同的原子或原子团时，有两种构型
二、联苯型化合物
HOOC NO2
O2N COOH
HOOC COOH
O2N
COOH
HOOC
NO2
O2N
NO2
O2N Cl
Cl NO2
HOOC
Cl
Cl COOH
判断分子是否有手性应从分子的整体对称性考虑
第七节
H2SO4 丙烯酸 与上同 硫酸
2-甲基丁烯 速率、产物 与上同
[α ]D20 +3.82 -3.82 醋酸 [α ]D20 +5.756
第六章 对映异构
第六章对映异构1. 举例说明下列各名词的意义：⑴旋光性：⑵比旋光度：⑶对映异构体：⑷非对映异构体：⑸外消旋体：⑹内消旋体答案:（1）能使偏光振动平面的性质，称为物质的旋光性。
（2）通常规定1mL含1 g旋光性物质的溶液，放在1 dm （10cm）长的成液管中测得的旋光度，称为该物质的比旋光度。
（3）构造式相同的两个分子由于原子在空间的排列不同，彼此互为镜象，不能重合的分子，互称对映异构体。
（4）构造式相同，构型不同，但不是实物与镜象关系的化合物互称非对映体。
（5）一对对映体的右旋体和左旋体等量混合物叫外消旋体。
（6）分子内由于含有相同的手性碳原子，并存在对称面的分子，称为内消旋体，用meso表示。
2. 判断下列化合物哪些具有手性碳原子（用*表示手性碳原子）,哪些没有手性碳原子但有手性.（1）（2）（4）（5）答案:（1）（2）无手性碳原子3.分子式为C3H6DCl所有构造异构体的结构式，在这些化合物中那些具有手性？用投影式表示它们的对应异构体。
答案：⑴（手性）⑵（无手性）⑶（手性）⑷（无手性）⑸4. ⑴丙烷氯化已分离出二氯化合物C3H6Cl2的四种构造异构体，写出它们的构造式：⑵从各个二氯化物进一步氯化后，可得的三氯化物（C3H5Cl3）的数目已由气相色谱法确定。
从A得出一个三氯化物，B给出两个， C和D各给出三个，试推出A，B的结构。
⑶通过另一合成方法得到有旋光性的化合物C，那么C的构造式是什么？D的构造式是怎样的？⑷有旋光的C氯化时，所得到的三氯丙烷化合物中有一个E是有旋光性的，另两个无旋光性，它们的构造式怎样？答案:(1)(2) A：CH3CClCH3 B ClCH2CH2CH2Cl(3)(4)另两个无旋光性的为：CH2ClCHClCH2CCl和 CH3CCl2CH2Cl5. 指出下列构型式是R或S。
答案:R 型 S型S型S型6. 画出下列各化合物所有可能的光学异构体的构型式，标明成对的对映体和内消旋体，以R，S标定它们的构型。
第六章对映异构
四、含有手性碳原子化合物的立体异构
１、含有一个手性碳原子化合物的对映异构
２、含有两个手性碳原子化合物的立体异构
含有两个不同手性碳原子化合物的立体异构：
在这类化合物中两个手性碳原子所连的四个基团是不完全相同的。
我们知道含有一个手性碳原子的化合物有一对对映异构体，那么含有两个手性碳原子的化合物有几个对映异构体呢？假使以A和B代表两个不同的手性碳原子，由于每一个手性碳可以有两种相反的构型，A+，A-，B+，B-。这样根据排列组合，整个分子的构型可以有下面四种。
3、比旋光性
这里应该指出：物质的旋光度，一般是用比旋光度（specific rotation） 表示。t为测定时的温度，一般是室温，λ为测定时光的波长一般采用钠光（波长为589.3nm,用符号D表示）。如：肌肉乳酸的比旋光度为 =+0.38°，发酵乳酸的比旋光度为： =-0.38°一般用（+）表示右旋，（-）表示左旋。
物质具有手性就有旋光性和对映异构现象，那么，物质具有怎样的分子结构才与镜象不能重合，具有手性呢？
要判断某一物质分子是否具有手性，必须研究分子的对称性质，下面介绍分子中常见的几种对称因素：对称面（σ）、对称中心（i）、对称轴（Cn）、更替对称轴（Sn）。
凡物质分子在结构上不具有对称面、对称中心或四重更替对称轴，这个物质就具有手性，它和镜象互为对映异构，具有旋光性。
如果是反时针排列的，就用S表示（S是拉丁文Sinister的字首，是左的意思）
次序规则： 如果连在手征性中心的四个原子都是不相同 的，先后次序取决 于原子序数，原子序数较大的原子优先，如果两个原子是同一元素的同位素，则质量数较高的原子优先。 如果两个基团的相对次序不能由规则 决定，可用类
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第六章对映异构
1.说明下列各名词的意义：
⑴旋光性；⑵比旋光度；⑶对应异构体；⑷非对应异构体；⑸外消旋体；⑹内消旋体。
答案：
（1）能使偏光振动平面的性质，称为物质的旋光性。
（2）通常规定1mol含1 g 旋光性物质的溶液，放在1 dm （10cm）长的成液管中测得的旋光度，称为该物质的比旋光度。
（3）构造式相同的两个分子由于原子在空间的排列不同，彼此互为镜象，不能重合的分子，互称对应异构体。
（4）(答案）构造式相同，构型不同，但不是实物与镜象关系的化合物互称非对应体。
（5）一对对应体右旋体和左旋体的等量混合物叫外消旋体。
（6）分子内，含有构造相同的手性碳原子，但存在对称面的分子，称为内消旋体，用meso表示。
2. 下列化合物中有无手性C（用*表示手性C ）
（
1
）（2）（3）（4）
答案：
（1）（2）无手性碳原子（3）（4）
3、分子式为C3H6DCl所有构造异构体的结构式，在这些化合物中那些具有手性？用投影式表示它们的对应异构体。
答案：
⑴ （手性）⑵（无手性）⑶（手性）
⑷（无手性）⑸
4. ⑴丙烷氯化已分离出二氯化合物C3H6C l2的四种构造异构体，写出它们的构造式：⑵从各个二氯化物进一步氯化后，可得的三氯化物（C3H5C l3）的数目已由气相色谱法确定。
从A得出一个三氯化物，B给出两个，C和D各给出三个，试推出A，B的结构。
⑶通过另一合成方法得到有旋光性的化合物C，那么C的构造式是什么？D的构造式是怎样的？⑷有旋光的C氯化时，所得到的三氯丙烷化合物中有一个E是有旋光性的，另两个无旋光性，它们的构造式怎样？
答案：
(1)
H C
*OH
C H3
C H2C H3
(2) A：CH3CCl2CH3 B ClCH2CH2CH2Cl
(3)
(4) 另两个无旋光性的为：CH2ClCHClCH2CCl和CH3CCl2CH2Cl
5. 指出下列构型式是R或S。
答案：
R 型R型
S型S型
6. 画出下列各化合物所有可能的光学异构体的构型式，标明成对的对映体和内消旋体，以R，S标定它们的构型。
答案：
R 型 S型
（
5）
7．写出下列各化合物的费歇尔投影式。
CH 3CH 2
OH CH 3
H (1)
CH 3
CL
H C 5
(2)
CH 3H CL
H Br
CH 3
(3)
CH 3
OH
H
CL
CH 3
H
(4)
答案：
CH 3OH C 2H 5
H
(1)
C 2H 5CL
H
H
CH 3
H
(2)
CH 3
CL
H
CH3
H
Br
CH3
C2H5H
H
OH
CH3
(3)(4)
8. 画出下列化合物的构型。
答案：
（4）
9. 用费歇尔投影式画出下列化合物的构型式：
⑴(R）-2-丁醇⑵2-氯-(4S)-4-溴
-(E)-2-戊烯
⑶内消旋-3，4-二硝基己烷
答案：
（1）（2）（3）
10、⑴指出下列化合物的构型是R还是S构型。
⑵在下列各构型式中那些是与上述化合物的构型相同?那些是它的对映体?
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
答案：
（1）S构型（2）(b) 与⑴相同 (c) 与⑴相同 (d) 与⑴相同 (e) 与⑴是对映体 (f) 与(1) 是对映体。
11. 将下列化合物的费歇尔投影式画成扭曼投影式(顺叠和反叠),并画出它们的对映体的相应式子。
答案：
（1）
反叠反叠重叠式重叠式
（2）
对位交叉式重叠式
12. 画出下列化合物可能有的异构体的构型。
答案：
13. 下列各队化合物那些属于对映体，非对映体，顺反异构体，构造异构体或同一化合物。
答案：
（1）非对映体（2）对映体（3）对映体（4）非对映体（5）顺反异构体
（6）非对映体（7）同一化合物（有对称面）（8）构造异构体
14. 下列化合物的构型式中那些是相同的?那些是对映体?那些是内消旋体?
答案：
Ⅰ与Ⅱ，Ⅲ与Ⅴ，Ⅳ与Ⅵ，Ⅶ与Ⅴ是相同的，Ⅰ与Ⅱ，Ⅶ与Ⅷ是内消旋体，Ⅲ与Ⅳ，Ⅴ与Ⅵ为对映体。
15. 2-丁烯与氯水反应可以得到氯醇(3-氯-2-丁醇)，顺-2-丁烯生成氯醇(I)和它的对映体，反-2-丁烯生成（II）和它的对映体，试说明氯醇形成的立体化学过程。
答案：
顺-2-丁烯与氯水反应生成氯醇(Ⅰ)和它的对映体，说明该反应是按反式进行加成的，反应通过一个环状氯钅翁离子使C-C单键的自由旋转受到阻碍，从而使OH-只能从三元环的反面进攻环上的两个C。
同时，由于OH-进攻C2,C3的机会均等。
因此得到(I)和它的对映体。
反式-2-丁烯与氯水反应生成氯醇(Ⅱ)和对映体,说明反应也是按反式加成进行的.反应时也是通过三元环氯钅翁离子,但形成的却是两个不同的环状氯钅翁离子(A)和(B),同时,OH-从A的反面进攻环上的两个C均得(Ⅱ),而丛(Б)的反面进攻环上的两个C均得Ⅱ 的对映体Ⅲ ,反应的立体化学过程如下：
16.用KMnO4与顺-2-丁烯反应，得到一个熔点为32℃的邻二醇，而与反-2-丁烯反应得到的为19℃的邻二醇。
两个邻二醇都是无旋光的，将熔点为19℃的进行拆分，可以得到两个旋光度绝对值相同，方向相反的一对对映体。
（1）试推测熔点为19℃的及熔点为32的邻二醇各是什么构型。
（2）用KMnO4羟基化的立体化学是怎样的？
答案：
（1）按题意，二种邻二醇的构型不同，但构造式相同，故熔点为19℃的邻二醇是个外消旋体，熔点为32℃的邻二醇是内消旋体，它们的构型如下：
(2)KMnO4羟基反应是一种经过五元环中间体的顺式加成过程，其立体化学过程如下：
同理：KMnO4从反-2-丁烯醇另一面与其作用则得（B）。
A与B互为对映体。