第6章 立体化学
有机化学第六章立体化学
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其它三个基团由大到小为顺时针方向 时为R型;反时针时为S型
(R)–2–丁醇
更多示例
01
02
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04
05
06
D–(+)–
R型
甘油醛
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10
11
12
R型
D–(–)–
乳酸
6.5 具有两个手性中心的对映异构
具有两个不同手性碳 原子的对映异构
(IV)
(2S,3S)
10% : ( 2 S , 3 S ) – 2 – 羟 基 – 3–氯丁二酸)
赤型与苏型
A
(赤型)
B
(苏型)
6.5.2 具有两个相同手性碳原子的对映 异构
(I)
(II)
(III)
对映体
(苏型)
内消旋体
(meso form)
非手性分子
非对映体 (I)
(III)
(II)
思考题
这是手性分子吗? 为什么?
它的反式异构体 是怎样的分子?
它的手性中心的 构型是什么?
内消旋酒石酸的分子模型
用
表示;
6.4.3 构型的标记法
01
D,L– 标记法
02
D–(+)–甘油 醛
03
L–(–)–甘油 醛
04
D型
05
D–(+)–甘油 醛
06
L–(+)jroet J.M. 1951
D–(–)–乳酸
10
D, L 与 左 旋 右 旋无关。
(2) R,S–标记
“次序规则”排列次序
立体选择性(stereoselectic)反应 只产生以一种立体异构体为主的反应。
第十四讲 第六章 立体化学(2)
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CH3
CH3NH HO
2H 1H
CH3
H H
2 1
NHCH3 OH
CH3
CH3NH H
2H 1 OH
CH3
H HO
2 1
NHCH3 H
C6H5
C6H5
C6H5
C6H5
第
(Ⅰ)(1S, 2R) (Ⅱ)(1R, 2S) (Ⅲ)(1R, 2R) (Ⅳ)(1S, 2S)
十
对映体
对映体
四 讲
麻黄碱,熔点都是34°C,其盐酸 -麻黄碱,熔点都是118°C,其
6.11 不含手性中心化合物的对映异构
有
机 6.11.1 丙二烯型化合物
化
当丙二烯型分子两端碳原子各连接了两个不同的原子或基团时,这样
学 的化合物就可以存在一对对映体。
(1)两个双键相连
a
SP
a
CCC
b SP2
SP2
b
实例:a=苯基,b=萘基,
手性轴(a≠b时)
1935年拆分。
2, 3-戊二烯
H3C
化
HOOC
COOH HOOC
H
学
H COOH
HH
( I) 顺式
H
(II)
COOH HOOC
对映体
(III)
H
(顺反异构体)非对映体
反式
1, 2-环丙烷二甲酸有三种立体异构体,其中(I)中有1个σ,无旋光性,
无对映异构体;(II)与(III)中无σ又无 i ,均有旋光性,是对映异构体,
(II)与(III) 等量混合组成外消旋体。
3号碳有手性
(2S, 4S)
(2R, 4R)
(2R, 3R, 4S)
(整理)第六章对映异构1
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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。
高鸿宾《有机化学》(第4版)-名校考研真题(二)(圣才出品)
![高鸿宾《有机化学》(第4版)-名校考研真题(二)(圣才出品)](https://img.taocdn.com/s3/m/4e73b32b71fe910ef12df8c0.png)
第6章立体化学一、选择题1.指出下列哪一个化合物不具有旋光性()。
[中国科学院2009研]【答案】B【解析】累积双键的二烯烃,当两端的双键碳原子各连有不同的原子或基团时,含有偶数累积双键者有对映异构体;螺环化合物由于有手性轴,也存在一对对映异构体。
所以(A)、(C)、(D)具有旋光性;(B)中两个OCH3是一样的,分子有对称面,所以其没有旋光性。
2.下列化合物中没有光学活性的是()。
[中国科学技术大学-中科院合肥所2009、上海交通大学2005研]【答案】B【解析】(B)分子中有对称面(羰基所在的平面为对称面),为非手性分子,无光学活性;(A)和(D)很明显为手性分子;(C)为累积双键的二烯烃,两端的双键碳原子各连有不同的原子或基团,所以其为手性分子。
3.顺-3-己烯与Br2加成得产物是()。
[青岛大学2009研]A.有旋光性B.外消旋体C.内消旋体D.外消旋体与内消旋体混合物【答案】B【解析】一般顺式构型、顺式加成;反式构型、反式加成得到内消旋体。
顺式构型、反式加成;反式构型、顺式加成得到外消旋体。
顺-3-己烯是顺式异构,与Br2加成是反式加成,所以得到外消旋体。
4.化合物的构型正确命名是()。
[青岛大学2009研]A.2R,3RB.2R,3SC.2S,3RD.2S,3S【答案】D【解析】二、填空题1.化合物的CCS名称是______。
[浙江大学2009研]【答案】(4R)-3,4-二甲基-1-戊烯【解析】该化合物为:,名称为3,4-二甲基-1-戊烯;其中C4为手性碳原子,,根据R、S的命名原则可知,此手性碳原子的构型为R。
三、简答题1.标出下列化合物中各手性中心的R/S构型。
[中国科学技术大学-中科院合肥所2009研]答:首先将与手性中心相连的四个原子或基团按优先级别排列,将最小的原子或基团放到距观察者最远的位置,其他三个基由大到小若为顺时针,则为R型,逆时针则为S型。
第7章卤代烃相转移催化反应邻基效应一、选择题1.下列反应物经行S N1反应时,哪一个反应速率最快?[东南大学2009研]【答案】C【解析】按进行,生成的碳正离子越稳定,反而越易进行,苄基。
《有机化学(第二版)》第6章:立体化学基础
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第六章
立体化学基础
19:21
第一节 顺反异构 一、顺式和反式 二、Z—型和E—型 三、顺反异构的性质
19:21
第一节 顺反异构
1、 顺反异构
重点介绍顺反异构体的Z/E标记法。 哪些化合物存在顺反异构体:
(1). 含有 C =C 、 C =N 、 N =N 双键的化合物。
(2). 环状化合物。
顺反异构现象。
顺反异构体的命名方法: 1. 顺/反标记法:
相同的原子或基团位于双键(或环平面)的同侧为“顺 式”; 否则为“反式”。
a C=C b b b a a C=C a b b b b a a a
19:21
b a
_ 顺式 (cis )
_ 反式 (trans )
_ 顺式 (cis )
_ 反式 (trans )
2. Z / E标记法:
该法是1968年IUPAC规定的系统命名法。
规定按“次序规则”,若优先基团位于双键的同侧为 Z
式(德文Zusammen的缩写,中文意为‘在一起’);否
a C=C b (Z)
c d
a c
b d
a C=C b (E)
d c
19:21
应用举例: 含C=C双键的化合物:
H Cl _ C=C H Cl H Cl C=C Cl H
翻 转
CO O H HO H C H3
翻 转
(2) 可以旋转n180。(n>=1),但不能旋转90。或270。。
19:21
CO O H H OH C H3
旋 转180
C H3 。 HO H CO O H
19:21
旋转180 。
CO O H H OH C H3
第6章 对映异构
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比旋光度 (Specific Rotation)
t
B l
:旋光度 B :质量浓度(g/ml) l :盛液管的长度(dm)
8
:光源的波长
t :测定时的温度
说明
•比旋光度[]:体现物质特性,可在手册中查到 •一般用钠灯(D)作光源,λ=589.3nm,t=20℃ •物质的旋光度,需要通过改变浓度或者改变盛液管长度 的方式测定两次,才能确定。 •溶液一般为稀溶液,否则测出的α值不准 •若溶剂不是水,则要在后面标出溶剂及相应浓度 右旋酒石酸: (乙醇, 5%)
25
CH3 C HO H CH2CH3 HO
CH3 C CH2CH3 H HO
CH2CH3 C H CH3
S
R
R
S
≡ ≡
A B C
≡
B
B
A
C
D
D
R
D A C
≡
A
D B
26
C
Fischer投影式中R、S的简便确定法: •若最小基团d在竖线上,则a,b,c顺时针旋转为R型, 逆时针为S型; •若最小基团d在横线上,则a,b,c顺时针旋转为S型, 逆时针为R型。 使用费歇尔投影式应注意的问题: •在纸面上转动180°或偶数倍,构型不变。
n
﹡
﹡
I
≡
II
III
IV
关系:对映体:III和IV
内消旋体:I和II
非对映体:I和III,II和III,I和IV,II和IV
33
内消旋体(meso):分子内部形成对映两半的化合物 (有) 内消旋体无旋光性(抵消), 不能分离成光活性物质
mp
(+)-酒石酸 (-)-酒石酸 170oc 170oc
有机化学上第六章-立体化学
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第三十四页,共63页。
注意
• 外消旋体与内消旋体都没有旋光性,但 它们有本质的不同:
• 外消旋体是等量左旋体和右旋体的混合 物,可拆分;
• 内消旋体是分子内有对称面的单一化合 物,不可拆分。
第三十五页,共63页。
(六) 手性中心的产生
• 〔2〕判断分子中有无对称面和对称中心 在立体化学中有重要意义。
第九页,共63页。
(三) 手性分子的性质——光学活性
光学活性:手性分子可以使平面偏振光发生偏转的性质〔旋光性〕
(1) 偏振光
• 光是一种电磁波,光波的振动方向与其前进方向垂直。
• 普通光在所有垂直于其前进方向的平面上振动。
• 偏振光——只在一个平面上振动。
手性中心的产生与手性合成有密切关系。
(1) 第一个手性中心的产生 (自学)
产 生 第 一 手 性 碳
CH3CH2CH2CH3 Cl2
CH3*CHCH2CH3 +其 他 产 物 Cl
前 手 性 碳
外 消 旋 体
当产生第一个手性中心时,两个氢原子被取代的概率
均等,生成的对映体的量相等,产物没有旋光性,是一 个外消旋体。即从非手性反响物合成手性产物时常得到 外消旋体。
HO CH3 赤式
前后
H
H3C
Cl
HO
CH3
H
赤式 前后
前后碳旋转方向不同
前后碳旋转方向相同
“苏式〞、“赤式〞的概念在研究有机反响的立体化 学关系和反响机理时常会遇到。
第三十三页,共63页。
(2) 具有两个相同手性碳原子的对映异构
酒石酸分子中含有2个*C,可能的异构体有:
6 第六章 对映异构
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1、掌握偏振光、旋光性、比旋光度、摩尔比旋光度的概念。 2、理解对称元素和对称操作,识别指定结构中的对称元素, 掌握手性和手性碳的概念。 3、掌握费歇尔投影规则和使用费歇尔投影式的原则, 以及费歇尔投影式、纽曼投影式与锯架式的转换。 4、掌握含一个手性碳化合物的对映异构现象,对映异构体、 外消旋体。 5、掌握含二个手性碳化合物的立体异构,非对映异构体、 内消旋体,画出上述异构体的纽曼投影式。 6、理解丙二烯型、螺环和有位阻联苯的对映异构的特征。 7、构型标记法,R/S标定法,D/L系。 8、理解对映异构体混合物的化学拆分基本原理。
返回教学内容
第三节
含一个手性碳原子化合物的对映异构
一.对映体(Enantiomers) 乳酸是含一个手性碳原子的典型代表:
COOH COOH
H CH3 OH H3C OH
H
-
构造相同,构型相反,互为物象关系叫对映异构体 (简称对映体) 其中一个是右旋体: []20D = + 3.8º 一对乳酸: 另一个是左旋体: []20D = - 3.8º
H
CH3
HO CH 3
H
投影
使用费歇尔投影式时应注意的操作: 1.不能离开纸面翻转——否则会改变原来的构型。 2.在纸面上转动180º ,不改变原来构型。 3.在纸面上旋转90º 或90º 的奇数倍,则改变原来构型。 4.把其中一个基团固定,其他三个基团按顺时钟方向 或反时 钟方向改变相对位置,则构型不变。 5.任何两个基团互相调换位置,则改变原来构型。
(Enantiotropy or Enantiomorphism) (旋光异构)
(Conformers or rotational isomers)
第6章 对映异构
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H H Br
H CH3 C-Cσ键旋转 CH3 Br CH3
+ C
CH3
+ C
H
Ⅰ
Ⅱ
34
Br
Br
CH3
Ⅰ
H
H
H
Br
CH3 CH3
+ C
CH3
H Br
CH3
CH3 H H Br Br CH3
有内消旋产物 与实验事实不符
H Br
Br H CH3
35
Br H CH3 CH3
H 对称面
Cl H C H C Cl 对称面
C
Cl
CH3 Cl
具有对称面的分子无手性。
12
(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:
H COOH CH3 H Br H H Br H Br H H COOH H CH3 H H Br
含两个相同手性碳原子的化合物只有三个立体异构 体,少于2n个,外消旋体数目也少于2 n-1个。因为(3)和 (4)为同一物质,将(3)在纸平面旋转180°即为(4)。 内消旋体与外消旋体的异同 相同点:都不旋光 不同点:内消旋体是一种纯物质,外消旋体是两 个对映体的等量混合物,可拆分开来。 从内消旋酒石酸可以看出,含有手性碳原子的化合物, 分子不一定是手性的。故不能说含手性碳原子的分子一 定有手性。
37
H Br
Br H CH3 H CH3
CH3
CH3 Br H Br CH3
CH3 H Br H CH3
+
Br H
H
第六章 立体化学
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不具有上述任何一种对称元素的化合物成为不对称化合 物,也就是手性化合物。 注意:1956年前,人们认为的化合物不对称性是构成对 映体的条件,事实上酒石酸就是例外。后来, R. S. Cahn 引 入手性的概念才能准确的区分化合物的不对称性。
有机化学中使用的最多的是对称中心和对称面:
Cl
Cl C C H
平面偏振光
光是一种电磁波,它振动着前 进,振动方向垂直于前进方向。普 通光在所有可能的平面上振动。
普通光
如果使单色光通过Nicol 棱镜 ,只有同棱镜晶轴平行的平面上振 动的光线才可以通过棱镜,因此通 过这种棱镜的光线就只在一个平面 上振动,这种光就是平面偏振光。
平面偏振光
旋光仪示意图 在盛液管中放入旋 光性物质后,偏振光将发生 偏转。能使偏振光向右旋转的,称为右旋化合物,用 (+) 表示; 能使偏振光向左旋转的,称为左旋化合物 ,用(-) 表示。
第六章 立体化学
一、手性和对称性 二、具有一个手性中心的对映异构 三、 构型和命名法 四、 具有两个手性中心的对映异构 五、 手性中心的产生 六、 不含手性中心化合物的对映异构
七、 立体化学的应用
一、手性和对称性
同分异构体
碳架异构
同 分 异 构 体
构造异构
位置异构
官能团异构 顺反异构
立体异构 光学异构 构象异构
偏振光旋转的角度α称为旋光度。旋光度 α与盛液管的长度、溶液的浓度、光源的波长 、测定时的温度、所用的溶剂的关系。通常用 比旋光度[α]来表示物质的旋光属性。公式如 下:
t
B l
α: 旋光仪的旋光度 ρB: 质量浓度(g/ml) l: 盛液管的长度 Tt: 测定时的温度 λ: 光源的波长
第6章对映异构
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• 为了比较不同物质的旋光性,规定溶液的浓度为1g/mL,盛液管 的长度为1dm,并把这种条件下测得的旋光度叫做比旋光度,一般 用[]表示。
[t
c●l
C——溶液的浓度(g / mL) l——管长(dm)。
• 比旋光度只决定于物质的结构,故它是各种化合物各自 特有的物理常数。
比旋光度的表示法
6.6.3 其它特殊结构手性化合物
6.3.2相对构型与绝对构型
6.7 外消旋体的拆分
6.3.3 R、S命名规则
6.8 亲电加成反应中的立体化学
6.1 立体异构与手性分子
立体化学的主要研究内容
——研究有机化合物分子的三维空间结构(立体结构), 及其对化合物的物理性质和化学反应的影响。
立体异构体
——分子构造(即分子中原子相互联结的方式和次序) 相同,而立体结构不同的化合物。 构造异构体
设想分子中有一平面,可把分子分成互为镜像的两半, 这个平面就是对称面。具有对称面的分子不具手性。
H
C
Cl
Cl
Cl H CC
H
Cl
(E)-1,2-二氯乙烯
CH3 (1) 1,1,-二氯乙烷
该分子的对称面 即分子平面
(2)对称中心
对称因素
如果分子中有一点,所有通过该点画的直线都以等距离 达到相同的基团,该点称为对称中心。具有对称中心的分 子无手性,也无旋光性。
HH
H
H
Cl
Cl
H
Cl
Cl
Cl
H
H
Cl
H
C2对称轴
对映异构
手性和对称性的关系
• 凡具有对称面、对称中心的分子,都能与镜像叠合, 都是非手性分子。 • 既无对称面,又无对称中心的分子,都不能与其镜 像叠合,都是手性分子。
《现代物理有机化学》笔记第六章立体化学
![《现代物理有机化学》笔记第六章立体化学](https://img.taocdn.com/s3/m/791da02c30b765ce0508763231126edb6f1a7630.png)
《现代物理有机化学》笔记第六章立体化学一、教学内容本节课的教学内容选自《现代物理有机化学》笔记的第六章,主要讲述立体化学的相关知识。
本章内容主要包括立体化学的基本概念、立体异构体的类型、立体化学的测定方法以及立体化学在有机合成中的应用。
具体内容包括:1. 立体化学的基本概念:手性、手性碳、非手性碳、绝对构型、相对构型等。
2. 立体异构体的类型:顺反异构体、对映异构体、非对映异构体等。
3. 立体化学的测定方法:旋光法、圆二色法、核磁共振等。
4. 立体化学在有机合成中的应用:立体选择性反应、立体固定化催化剂等。
二、教学目标1. 使学生了解立体化学的基本概念,理解手性碳和非手性碳的区别,掌握绝对构型和相对构型的表示方法。
2. 使学生掌握立体异构体的类型,能识别顺反异构体、对映异构体和非对映异构体。
3. 使学生了解立体化学的测定方法,理解旋光法、圆二色法和核磁共振的原理及应用。
4. 使学生了解立体化学在有机合成中的应用,能运用立体化学的知识解释立体选择性反应和立体固定化催化剂的原理。
三、教学难点与重点1. 教学难点:立体异构体的类型及识别,立体化学的测定方法及应用。
2. 教学重点:立体化学的基本概念,绝对构型和相对构型的表示方法。
四、教具与学具准备1. 教具:黑板、粉笔、多媒体教学设备。
2. 学具:笔记本、彩笔、剪刀、胶水。
五、教学过程1. 实践情景引入:通过展示一些具有不同立体结构的有机分子,引导学生思考为什么有机分子会有不同的结构。
2. 讲解基本概念:讲解手性、手性碳、非手性碳、绝对构型、相对构型的定义及表示方法。
3. 分析立体异构体:分析顺反异构体、对映异构体和非对映异构体的特点,引导学生通过观察分子结构来识别不同类型的立体异构体。
4. 讲解测定方法:讲解旋光法、圆二色法和核磁共振的原理及应用,引导学生理解这些方法在立体化学研究中的重要性。
5. 应用实例解析:分析一些具有立体选择性反应的有机合成实例,讲解立体固定化催化剂的原理及应用。
有机化学 第六章 立体化学
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观察方向
C d
b
c R构型 CHO ex: H OH CH2OH
Cl C2H5 H
Cl>C2H5>CH3>H
CH3
OH>CHO>CH2OH>H
R-(+)-甘油醛
S-(+)-2-氯丁烷
* R/S是基于次序规则确定的,与原来的基团没有联系。
OH OH 还原 C2H5 CH3 C2H5 CH2Br H H OH>CH2Br>CH2CH3>H OH>CH2CH3>CH3>H S构型 R构型 * CH 还原时,与 C 相连的键没有断裂,因此构型保持不变,但CH3 和 2Br 次序改变
R-2-溴丙酸
Ag2O. H2O
COOH H OH CH3
R-乳酸
六. 外消旋体的拆分 1. 机械拆分法 2. 选择吸附拆分法 3. 微生物拆分法 4. 化学拆分法 ex: 拆分酸
(+)RCOOH ( )RCOOH
-
2( ) RNH2
-
RCOO( )RNH3 (+)
( ) ( )
- RCOO - RNH3
H CH3
H P H
H
COOH
3. 对称轴(Cn) 360°/n (n=正整数,且n>1)
H3C C H C2
4.交替对称轴(旋转反应轴) 设想分子中有一跳直线,当分子以此直线为轴旋转360°/n 后,再用一个与此直线 垂直的平面进行反映(即以次平面为镜面,作出镜像),如果得到的镜像与原来分子 完全相同,这条直线就是交替对称轴。例如:
α C10H7
如果a=b,则由于有m. 因而不是手性分子
第六章 立体化学
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解
Cl
>
CBr3
>
CHCl2 C6H5
>
COCl CH2CH3
>
COOH
>
CONH2
>
CHO
>
CH2OH
>
>
24
A. 三维结构:
(a>b>c>d)
25
OH
C2H5 H CH3
R
方法:站在最小基团d的对面,然后按先后次序观察 其他三个基团。从最大的a经b到c,若是顺时针的, 则为“R”;反之,标记为“S”。(a>b>c>d)
六、环状化合物的立体异构
有两个碳原子各连有一个取代基,就有顺反异构。 如环上有手性碳原子,则有对映异构现象。 环状化合物手性碳原子的判断: 看要考察的碳原子所在的环左右 是否具有对称性,若无对称性则 相当于两个不一样的官能团,则 该碳原子是手性碳原子。如有所 示结构中:
几个*?几 个光学异 构体?
HOOC
HOOC NO2
COOH O 2N
2,2‘-二羧基-6,6’-二硝基联苯分子的一对对映体
基团的阻转能力大小:
I>Br>Cl>CH3>NO2>COOH>NH2>OCH3>OH>F>H
结论:联苯型化合物只要同一苯环上所连的基团不同, 分子就具有手性。
50
指出下列化合物有无光活性
CHO Br (1) CN Br (2) N CH3 H2N N C2H5 C2H5 CH3 HOOC (3) CONH2 CH2 CH
(5)
CH3 CH
CH Cl
(6)
第6章-立体化学
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化学性质:除对旋光试剂外,对映体具有完全相 同的化学性质。如左旋和右旋的2-甲基-1-丁醇能 形成相同的脱水产物,酯化反应的速度相同。这 是因为在两种状态下,反应受到完全相同的取代 基的影响。但由于对映体之间存在手性关系,因 此,在手性条件或手性环境中,如手性试剂、手 性溶剂和手性催化剂存在下,则表现出不同的行 为。
The Stereochemistry of Biomolecules is Controlled by Enzymes.
D
D
C A B A B enzyme
blocks approach from bottom side
one enantiomer will bind and react the other will not
6.3.2 旋光物质和比旋光度
在光源和视野之间放置第二个棱晶,只有当晶轴彼此平 行时,通过第一个棱晶的光线才能通过第二个棱晶。
普通光
通过棱镜
偏光
棱镜
偏光
如果在晶轴相互平行的两个棱晶之间放置旋光管, 管内盛有不同的液体,将出现两种情况:如果是水或 酒精,则偏光顺利通过第二个棱晶;如果是肌肉运动 产生的乳酸或葡萄糖等物质,则第二个棱晶必须旋转 一定的角度,偏光才能通过。
肌肉运动乳酸 mp. 使偏光 53.0 C 右旋 糖发酵乳酸 53.0 C 左旋 酸牛奶乳酸 18 C 无旋光
乳酸分子中没有环或双键,故不存在顺反异构。这种现象必然是另外 一种因素,即对映异构所引起的异构现象。
(肌肉运动乳酸)
(糖发酵乳酸) (酸牛奶乳酸)
6.2 手性与对称性 6.2.1 手性
普通光
起偏振器
偏光
乳酸溶液
检偏振器
观察者
立体化学
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对映异构体 旋光异构体
右旋-2-丁醇
School of Sciences
第六章
立 体 化 学
为什么要研究对映异构呢?
天然有机化合物大多有旋光现象。 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)。 用于研究有机反应机理。
School of Sciences
第六章
立 体 化 学
形式,其次为构型异构,而构象异构是较高
层次的异构形式。其中低层次异构形式通常
包含有较高层次的异构形式。
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第六章
立 体 化 学
Example
CH3
constitutional
CH3 HO OH OH CH3 CH3 CH3 CH3 OH CH2OH
C7H14O
OH
H 3C
COOH COOH
H CH3 OH H3C OH
H
-
右旋—— 使偏振光振动平面向右旋转称右旋,“ + ”。 左旋—— 使偏振光振动平面向左旋转称左旋,“—”。
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第六章
立 体 化 学
非手性分子——凡与自身镜像能重叠的分子 是不具有手性的分子,称为非手性分子。
1–氟–1–氯甲烷分子模型示意图
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第六章
立 体 化 学
勒贝尔
(J.A.Le Bel,1847--1930 ,法国化学工艺师)
勒贝尔先后在武慈等实验室工作过,担任过 他们的助手。 1874 年底,他们发表题为《关 于有机物质分子式与其溶液旋转能力之间存 在的关系》一文,为了解释旋光性,提出了 碳正四面体和不对称碳原子假说,对立体化 学发展打下了基础,这是他和范特霍夫各自 独立地发表学说。
立体化学基础习题
![立体化学基础习题](https://img.taocdn.com/s3/m/fceaca83650e52ea5418984d.png)
2、互为实物与镜像关系,不能相互重叠的两个立体异构体称为。
3、碳正离子的杂化形式是,具有构型。
A. B. C.
D. E.
4、 和 属于()
5、 和 属于()
6、 和 属于()
A.碳链异构B.位置异构C.官能团异构
D.对映异构E.顺反异构
7、下列说法正确的是()
A.没有对称面的分子必为手性分子
B.一对对映异构体总有实物和镜像的关系
C.内消旋体和外消旋体都是化合物
D.构象异构体都没有光学活性
二、填空题
第பைடு நூலகம்章立体化学基础习题
一、选择题
1、下列叙述不正确的是()
A.手性分子都有旋光性B.手性分子与其镜像互为对映异构体
C.与其镜像不能重合的分子是手性分子
D.具有手性碳原子的分子必定有手性
2、化合物 的立体异构体数目为()
A. 4 B. 6 C. 8 D. 10
3、下列投影式中,构型为(2S,3R)-1-氯-2,3-二溴丁烷的化合物是()
有机化学习题 第六章 立体化学
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(十五) 环戊烯与溴进行加成反应,预期将得到什么产物?产品是否有旋光性?是左旋体、右 旋体、外消旋体,还是内消旋体?
Br
Br2
Br +
Br
解:
Br
外消旋体
(十六) 某烃分子式为 C10H14,有一个手性碳原子,氧化生成苯甲酸。试写出其结构式。
* CH CH2CH3
解:C10H14 的结构式为:
CH3
OH CH3 COOH CH3 H COOH COOH OH CH3 HO HO H CH H H 3 COOH (2) (1) (3) (4)
解: (1)、(3)、(4)和题中所给的乳酸相同,均为 R-型;(2)为 S-型。 提示: ① 在 Fischer 投影式中,任意两个基团对调,构型改变,对调两次,构型复原;任意三个基团轮 换,构型不变。 ② 在 Fischer 投影式中,如果最小的基团在竖键上,其余三个基团从大到小的顺序为顺时针时, 手性碳的构型为 R-型,反之,为 S-型;如果最小的基团在横键上,其余三个基团从大到小的顺 序为顺时针时,手性碳的构型为 S-型,反之,为 R-型;
(B)无光学活性。 (A)在部分毒化的钯催化剂催化下,小心加氢得到产物 C8H14(C), (C) 具有光学活性。试写出(A)、(B)和(C)的结构式。 (提示:两个基团构造相同但构型不同,属于不同基团。)
H H CH3
解:(A)
C=C H
C C C CH3 CH3
(B)
CH3CH2 CH2CHCH2CH2 CH3 CH3
(2) (Ⅰ)和(Ⅳ) 是否是对映体?
(Ⅱ)和(Ⅲ)是否是对映体?
(3) (Ⅱ)和(Ⅳ)是否是对映体? (5) (6) (Ⅰ)和(Ⅲ)的沸点是否相同?
有机化学第六章 立体化学
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翻转
CO O H HO H CH 3
翻转
(2)可以旋转180。,但不能旋转90。或270。。
CO O H H OH CH 3
旋 转180
CH 3 。 HO H CO O H
旋转180。
CO O H H OH CH 3 。 旋 转 9 0 CH 3
H CO O H OH
COOH C CH3
mp 53oC []D=+3.82
pKa=3.79(25oC)
COOH H C OH
(R)-(-)-乳酸 mp 53oC []D=-3.82
pKa=3.83(25oC)
外消旋乳酸
H OH
CH 3
()-乳酸 mp 18oC []D=0
pKa=3.86(25oC)
(S)-(+)-乳酸
CH3
CH COOH OH
镜子
*
乳酸
COOH C H CH3 OH
COOH HO C
H
CH3
对映体
手性分子
手性中心
手性碳原子C *
对映异构体的表示方法
1. 透视式(三维结构) 2.Fischer 投影式
COOH
COOH
H OH
H CH3
OH
C H3
使用Fischer 投影式的注意事项: (1)可以沿纸面旋转,但不能离开纸面翻转。
乳酸所以具有旋光性,可能是因为分子中有 一个*C原子(不对称碳原子或手性碳)。 为什么有*C原子就可能具有旋光性? :
(1)一个*C就有两种不同的构型:
(2)二者关系:互为镜象(实物与镜象关系,或左、 右手关系)。二者无论如何也不能完全重叠。 与镜象不能重叠的分子,称为手性分子。 分子的构造相同但构型不同,形成实物与镜象的 两种分子,称为对映异构体(简称:对映体)。
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反应停灾难 O
N
O
N
OO
H
酞胺呱啶酮、沙利度胺
O
O HN
N
OO
有药效
180 o
O
N OO
O N
H
O
N
OO
致畸
O NH
6.2 手性和对称性
观察如下模型将发现: 这两个模型化合物互为实物和镜像,但它们不能重合。 互为对映,称为对映异构体。
OH
CH3CHCOOH
-
COOH
COOH
H OH
CH3
总结: Fischer投影式的转换规则
1. 不能离开纸面翻转,若翻转180o,变成其对映体。 2. 不能在纸面上转动90o,270o,否则变成其对映体。 3. 可以在纸面上转动180o,构型不变。 4. 手性碳上任意两个基团调换偶数次,构型不变;任
意两个基团调换奇数次,构型改变。
写出Fischer投影式:
分子具有手性
分子能否与镜像重合
分子的对称性
6.2.2 对称因素
(1) 对称轴(旋转轴)
设想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋 转360º/n后 (n=正整数),得到的分子与原来的分子相 同,这条直线就是n重对称轴。
H3C H
H CH3
具有对称轴的分子和手性无关。
C2轴
(2) 对称面(镜面)
设想分子中有一平面,它可以把分子分成互为 镜象的两半,这个平面就是对称面。
CH3
CH3
-
H OH
对映异构
左右手互为镜象
桂林风情
6.2.1 分子的手性、对映异构、对映体
一个物体若与自身镜象不能叠合,叫具有手性。
在立体化学中,不能与自身镜象重合的分子叫手性 分子,而能叠合的叫非手性分子。
-
COOH
COOH
H OH
CH3
CH3
-
H OH
乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样,它们不能 相互叠合,但却互为镜象。乳酸分子是手性分子。
构型的表示法 — (1)透视式
COOH
C
CH3
H
OH
COOH
C
H
CH3
HO
构型的表示法 — (2)Fischer投影式
COOH
H
CH3
OH
立体结构
COOH
OH
CH3
H
COOH H C OH
CH3
锲形式
COOH HO C H
CH3
COOH
H
OH
CH3 Fischer投影式
手
COOH 性
碳
HO
H原
子
COOH
(A)
(2R,3S)-2,3-二羟基丁二酸
COOH H R OH HO R H
COOH
(B)
(2R,3R)-2,3-二羟基丁二酸
COOH HO S H
立体化学的诞生
碳链(碳架)异构
构造异构
官能团位置异构 官能团异构
同分异构
互变异构
立体异构
构型异构 构象异构
顺反异构
对映异构 光学异构
非对映异构
立体异构体的定义: 分子中的原子相互连接的次序相同,但在空间的排 列方式不同而引起的异构体。
立体化学的任务: 研究分子的三维空间结构(立体结构)及其对化合 物物理性质和化学性质的影响。
H3C H
H CH3
具有对称面的分子也不具有手性,为非手性分子。
(3) 对称中心
分子中有一中心点,通过该点所画的直线都有以 等距离达到相同的基团,则该中心点是对称中心。
COOH
CH3
H
H
H
H
H3C H
H CH3
CH3
COOH
具有对称中心的分子也不具有手性,为非手性分子。
请分析甲烷分子的对称因素
4个C3对称轴 3个C2对称轴
6.4.3 构型的标记法
(1) D / L标记法
CHO
H
OH
CHO
HO
H
CH2OH
D-(+)-甘油醛
CH2OH
L-(-)-甘油醛
以甘油醛为基础,通过化学方法合成其它化合物,如果与手性原
子相连的键没有断裂,则仍保持甘油醛的原有构型。例:
CHO
[O]
H OH
CH2OH
D-(+)-甘油醛
COOH [H]
COOH
6.3.1 旋光性 旋光性——能使偏振光的振动方向发生旋转的性质; 旋光性物质(或叫光活性物质) ——具有旋光性的物质。
右旋和左旋 —— 使偏振光振动平面向右旋转称右旋,“ + ” —— 使偏振光振动平面向左旋转称左旋,“ - ”
凡是手性分子都具有旋光性 (有些手性分子旋光度很小);而非手性分子则没有旋光性。
B. 但一个手性分子在反应过程中产生第二个手性中心时, 将会产生二个不等量的非对映体。
练习6.5 下列(A)、(B)、(C)、(D)四种化合物在哪种情况 是有旋光性的?
CH3 HO H
H OH CH3
(A)
CH3 H OH HO H
CH3
(B)
CH3 H OH H OH
CH3
(C)
CH3 HO H HO H
CH
H
H
Cl
CH
HO
H
Cl
CH
HO
CH3
与四个互不相同的基团相连的碳原子叫做不对称碳原
子或叫手性碳原子,通常用*标出手性碳原子
“手性碳”与“手性分子”
A. 含有手性碳的分子不一定是手性分子; B. 手性分子不一定要有手性碳。 C. 分子有无手性只取决于分子有没有对称面、对称
中心或交替对称轴
外消旋体 — 由等量的对映体相混合而成的混合物。 (没有旋光性)
COOH
C
CH3
H
OH
(+)-乳酸 m.p. 53oC []D= +2.6o pKa=3.79(25 oC)
COOH
C
H
CH3
HO
外消旋乳酸
()-乳酸 m.p. 53oC []D= -2.6o pKa=3.83(25 oC)
()-乳酸 m.p. 18oC []D=0 pKa=3.86(25 oC)
手性分子——既没有对称面,又没有对称中心,也没 有4重交替对称轴的分子,都不能与其镜象叠合,都 是手性分子;
对称轴的有无对分子是否具有手性没有决定作用。
手性分子的一般判断:只要一个分子既没有对称面,又 没有对称中心,就可以初步判断它是手性分子。
判定下列分子是否具有手性
Cl
H
CC
H
Cl
A
H
H
COOH
H
OH
H
OH
HO
H
COOH
左旋体 ( - )
m.p. 128 oC
COOH
HO
H
HO
H
H
OH
COOH
右旋体 ( +)
128 oC
外消旋体m.p. 155 oC
COOH
H
OH
H
OH
H
OH
COOH
内消旋体
170 oC
COOH
HO
H
H
OH
HO
H
COOH
内消旋体
152 oC
大量的实验事实证明:
A. 一个非手性分子在反应过程中产生一个手性中心时,产 物为外消旋体;
CH3CH2
D H
Br H
CH3
CH2CH3
D
H
H
Br
CH3
D H
CH3CH2
Br H
CH3
写出Fischer投影式:
COOH
H
OH
HO
H
CH3
H
H
OH
OH
H
CH3 COOH
H
OH
COOH
OH
CH3
COOH
H
OH
H
OH
CH3
CH3
H
Br
Br
H
CH3
CH3
Br
H
H
Br
CH3
H H3C
H CH3
6.4 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构
6.4 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构
6.4.2 构型的表示法
构型的表示法 Fischer 投影式 1.构型的表示法
19世纪下半叶和20世纪之初,在有机化学领域中,德国的 费歇尔发现了苯肼,对糖类、嘌呤类有机化合物的研究取得了 突出的成就,因而荣获1902年的诺贝尔化学奖。
他对科学发展的贡献,归纳起来,主要有以下三个方面, 一、对糖类的研究;二、对嘌呤类化合物的研究;三、对蛋白 质;主要是氨基酸、多肽的研究
6.5.2 含有两个相同手性中心化合物的构型异构
COOH
COOH
COOH
COOH
H
OH HO
H
H
OH HO
H
HO
H
H
OH
H
OH HO
H
COOH
COOH
COOH
COOH
2R, 3R (+)
Ⅰ
2S, 3S (-)
Ⅱ
2R, 3S
Ⅲ=
2S, 3R
Ⅳ
内消旋体:虽有手性碳,但却不是手性分子,没有旋光性
内消旋体与外消旋体均无旋光性,但它们的本质不同。
CC
Cl
Cl
B
CH3 CH3
CH3
C
CH3 D
判定下列分子是否具有手性