个立体异构体
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2020/3/5
如何确定基团的优先次序？
Sequence Rule
❖SEQUENCE RULE 1: If the four atoms attached to the chiral carbon are all different, priority depends on atomic number, with the atom of higher atomic number receiving the higher priority. 原子序数
LIYING
2020/3/5
构型的标定
Specification of Configuration
LIYING
2020/3/5
1
2
C 4
3
R
2
1
C 4
3
S
A
A>B>C>D
A
B
D C
B
D C
counterclockwise ---- S
A A
D C
D B
C
B
clockwise ---- R
LIYING
3-氯-2-丁醇
CH3
CH3
H C OH HO C H
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
enantiomers
CH3 HO C H
CH3 H C OH
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
enantiomers
LIYING
2020/3/5
diastereomers
How Many Stereoisomers Are Possible?
一、含一个手性碳原子化合物的对映异构
有1对对映体
CH2CH3
CH2CH3
C H3C
H
I
LIYING
2020/3/5
Cl
Cl
镜面
外消旋体（ ）
等量一对对映 体的混合物
C CH3
H
II
二、构型的表示方法－Fischer 投影式
分子模型的四面体构型投影在纸面上。 COOH
Fischer式
HO
H
COOH CH3
(from frankincense) 乳香
CH3
邻乙酰基-b-乳香酸
H3C
CH3
CH3
CH3
H
O
CH3
H3C C O
11
H3C COOH
How many stereocenters can you find?
LIYING
2020/3/5
对映体
镜面
LIYING
2020/3/5
一对对映体（互为镜像）
充分必要条件
从分子模型判断分子手性，虽然直 观，但很麻烦。 因而从微观分子的对称性入手。
1. 对称面（）：凡有对称面的分子，不具 有旋光性，也没有对映异构体。
LIYING
2020/3/5
对称面
H
C
CH3
Cl
Cl
1,1-二氯乙烷
Cl H CC
H
Cl
(E)-1,2-二氯乙烯
该分子的对称面 即分子平面
LIYING
2020/3/5
四、不含手性碳原子化合物 的
对映异构
1. 丙二烯型化合物
a
c
bC C C d
当a b, c d时，
分子既无对称面， 也无对称中心， 因而有旋光性。
CH3 HC C
C CH3
H
LIYING
2020/3/5
2. 阻转型化合物
1）联苯型化合物 2,2’,6,6’位上有体积较大的基团时， 苯环间的单键不能自由旋转，两个苯环
number of stereoisomers = 2n,
where n = number of different chiral atoms
LIYING
2020/3/5
2、含两个相同手性碳原子的化 合物
A+ A-
A-
A+
内消旋体
A+
A-
A+
A-
对映体
对称面
非对映体
LIYING
2020/3/5
2,3-Dichlorobutane
无光学活性的判据。
C2:
Cl
H
CC
H
Cl
HH C4: H H H H
HH
LIYING
2020/3/5
正n边形有n重对称轴
HH
HH
C6:
C2: H
Cl Cl
H
Cl H H Cl
一般地说，物质分子凡在结构上具有对
称面或对称中心的，就不具有手性
LIYING
2020/3/5
第三节 常见类型有机物的对映异构
ISOMERS
LIYING
2020/3/5
Atomic connectivities
立体异构体
Same
Different
Mirror images
STEREOISOMERS
STRUCTURAL ISOMERS
Non-mirror
构造异构体
images
ENANTIOMERS (related by inversion)
Br
* CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 C CH2 CH2 CH2 CH3
H
LIYING
2020/3/5
Locating a Stereocenter
O
* CH3
H
LIYING
2020/3/5
Locating a Stereocenter
H
CH3
no stereocenter
LIYING
对映体 (Enantisomers)
❖Isomers that are non-superimposable
mirror-images
非叠加镜面
LIYING
2020/3/5
W
C
X
Y
Z
W
C
Y
X
镜面
Z
对映体
CH2CH3
C
H3C
Cl
H
I
LIYING
2020/3/5
CH2CH3
Cl
镜面
C CH3
H
II
第一节 物质的旋光性
第三章 立体化学 (Stereochemistry)
LIYING
2020/3/5
对映异构 (Stereoisomers)
构造异构
同分异构
LIYING
2020/3/5
立体异构
碳链异构 位置异构
官能团异构
互变异构 构型异构 构象异构
顺反异构 对映异构
异构现象
ISOMERISM
Same molecular formula
LIYING
2020/3/5
LIYING
2020/3/5
苯或环己烷分子有多少个对称面？
提示：环烷烃分子的环骨架 可以看成是平面正多边形
7
LIYING
2020/3/5
2. 对称中心（i）: 有对称中心的
分子不具手性，也无旋光性
Cl
H
HP F FH
LIYING
2020/3/5
H
Cl
n＝33. 6对0称。/轴旋（转C度n）数：。，叫n 重轴。对称轴不能作为分子有
2020/3/5
Coniine: The Compound that 毒芹碱 Killed Socrates
H
* N
CH2
CH3
CH2
LIYING
2020/3/5
Is there a stereocenter?
HO C CH
No!
LIYING
2020/3/5
CH3
O-Acetyl-b-boswellic Acid
一、平面偏振光和旋光性
光波是电磁波，它的振动方向与 其前进方向垂直
LIYING
2020/3/5
普通光（Ordinary Light）
(showing magnetic and electric field vec矢t量ors)
LIYING
2020/3/5
尖板条栅栏
The “Picket Fence Analogy”
LIYING
2020/3/5
举例（对照模型）
a ab b ac b
db
da
dc
c
c
a
（1）
（2） 对映体 （3）
对映体
LIYING
2020/3/5
相同构型
三、含两个手性碳原子化合物 的对映异构
1、含两个不同手性碳原子的化合物
LIYING
2020/3/5
A+ A-
B-
B+
A+
A-
B+
B-
对映体
对映体
➢this is another type of stereoisomerism.
LIYING
2020/3/5
Locating a Stereocenter (Chiral 标出手性碳 Carbon)
O
* CH3 CH C OH
LIYING
2020/3/5
OH Lactic acid 乳酸
Locating a Stereocenter
非对映体
非对应异构体（Diastereomers）
构造相同但不呈镜像对应关系的立体异 构体。 ❖Differ in configuration about some, but not all, chiral atoms
LIYING
2020/3/5
➢have different physical properties ➢can be separated by ordinary physical methods ➢differ in (R)/(S) sequence
1. 不能离开纸面翻转。翻转180。，变成其 对映体。
2. 在纸面上转动90。，变成其对映体。 3. 在纸面上转动180。构型不变。 4. 保持1个基团固定，而把其它三个基团
顺时针或逆时针地调换位置，构型不变。
LIYING
2020/3/5
Fisher投影式转换规则（2）
5. 任意两个基团调换偶数次，构型不变。 6. 任意两个基团调换奇数次，构型改变。
2）. 螺环化合物
类似于丙二烯型化合物
a b
c d
a b ,c d时， 存在对映体
LIYING
2020/3/5
H HOOC
CH3 COOH
Leabharlann Baidu
3） 把型（柄型）化合物
HOOC
(CH2)10
LIYING
2020/3/5
p-十次甲基苯-2-甲酸
第三节 构型的R、S命名规则
1955年，Cahn－Ingold－Prelog，提出次序 规则。按照次序规则确定手性碳原子所连 四个基团的优先次序，假定为①>②>③> ④ , 如果除最小（优先次序排在最后）的基 团外，从最小基团的对面观察，其它三个 基团按顺时针排列的为R型，逆时针排列的 为S型。
CH3
CH3
＝ H C Cl Cl C H
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
meso
LIYING
2020/3/5
CH3 Cl C H
CH3 H C Cl
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
enantiomers
How Many Stereoisomers Are Possible?
含n个相同手性碳的直链化合物， 当n为偶数时，存在2n－1个旋光性异 构体和2(n/2)-1个内消旋体；当n为奇 数时，存在2n－1个立体异构体，其 中有2（n－1)/2内消旋体。
3. 比旋光度 Specific Rotation
LIYING
2020/3/5
[t
cl
（＋） 表示 右旋， （－） 表示 左旋
：旋光度；[]：比旋光度；t：温 度；：光波长；c：样品浓度，单 位g/ml；l:样品管长度，单位dm
第二节 对映异构现象与 分子结构的关系
LIYING
DIASTEREOMERS 非对映异构体
对映异构体
eg: GEOMETRIC ISOMERS
(related by rotation)
对映异构体(Enantisomers)
早 期 发 现
1848年
酒 石 酸 钠 铵 晶
巴斯德
体
LIYING
2020/3/5
Crystals of Sodium Ammonium Tartrate
不能处于同一平面a。c
a b，c d
LIYING
2020/3/5
bd
两个苯环成一定角度
LIYING
2020/3/5
联苯型化合物(b)
HOOC NO2
NO2 COOH
NO2 COOH
HOOC NO2
基团的阻转能力大小：
I2>Br2>Cl2>CH3>NO2>COOH >NH2>OCH3>OH>F>H
平面偏振光
LIYING
2020/3/5
普通光
Nicol棱镜 （起偏镜）
检偏镜
二、旋光仪和比旋光度 1. Optical Activity
入射光
LIYING
2020/3/5
样品管
透射光
2. 旋光仪 The Polarimeter
起偏镜
样品管 检偏镜
钠光灯
平面偏振光
LIYING
2020/3/5
光平面旋转
2020/3/5
一、不对称碳、手性碳、 手性分子、对映体
1. 不对称碳：饱和碳原子上连有互不相同的 四个原子或原子团（用*表示）。
2. 手性：物质的分子和它的镜像不能重叠。 3. 手性分子：具有手性的分子。 4. 对映体：互为镜像关系，但不能完全重合
的一对异构体，互为对映体。他们都具有 旋光性。
LIYING
对映体
CH2CH3
C
H3C
Cl
H
I
LIYING
2020/3/5
CH2CH3
Cl
镜面
C CH3
H
II
二、手性和对称因素
“足球分子” C60：含20个正六边形和 12个正五边形
C-60
C60
C70
LIYING
2020/3/5
C60
LIYING
2020/3/5
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
2020/3/5
Optical Isomerism
旋光异构现象
❖Difference in the way that isomers interact with polarized light
➢Differences arise from molecular symmetry properties
LIYING
2020/3/5
HO H
CH3
Fischer投影式的画法及其含义
1. 把横向的基团朝外，竖向的朝里。 2. 编号小的基团（主要官能团）朝上。 3. 用光对准分子模型垂直纸面照射，手性
碳用十字交差点表示。 Fischer投影式: “横外竖里”
LIYING
2020/3/5
Fischer投影式的转换规则
如何确定基团的优先次序？
Sequence Rule
❖SEQUENCE RULE 1: If the four atoms attached to the chiral carbon are all different, priority depends on atomic number, with the atom of higher atomic number receiving the higher priority. 原子序数
LIYING
2020/3/5
构型的标定
Specification of Configuration
LIYING
2020/3/5
1
2
C 4
3
R
2
1
C 4
3
S
A
A>B>C>D
A
B
D C
B
D C
counterclockwise ---- S
A A
D C
D B
C
B
clockwise ---- R
LIYING
3-氯-2-丁醇
CH3
CH3
H C OH HO C H
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
enantiomers
CH3 HO C H
CH3 H C OH
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
enantiomers
LIYING
2020/3/5
diastereomers
How Many Stereoisomers Are Possible?
一、含一个手性碳原子化合物的对映异构
有1对对映体
CH2CH3
CH2CH3
C H3C
H
I
LIYING
2020/3/5
Cl
Cl
镜面
外消旋体（ ）
等量一对对映 体的混合物
C CH3
H
II
二、构型的表示方法－Fischer 投影式
分子模型的四面体构型投影在纸面上。 COOH
Fischer式
HO
H
COOH CH3
(from frankincense) 乳香
CH3
邻乙酰基-b-乳香酸
H3C
CH3
CH3
CH3
H
O
CH3
H3C C O
11
H3C COOH
How many stereocenters can you find?
LIYING
2020/3/5
对映体
镜面
LIYING
2020/3/5
一对对映体（互为镜像）
充分必要条件
从分子模型判断分子手性，虽然直 观，但很麻烦。 因而从微观分子的对称性入手。
1. 对称面（）：凡有对称面的分子，不具 有旋光性，也没有对映异构体。
LIYING
2020/3/5
对称面
H
C
CH3
Cl
Cl
1,1-二氯乙烷
Cl H CC
H
Cl
(E)-1,2-二氯乙烯
该分子的对称面 即分子平面
LIYING
2020/3/5
四、不含手性碳原子化合物 的
对映异构
1. 丙二烯型化合物
a
c
bC C C d
当a b, c d时，
分子既无对称面， 也无对称中心， 因而有旋光性。
CH3 HC C
C CH3
H
LIYING
2020/3/5
2. 阻转型化合物
1）联苯型化合物 2,2’,6,6’位上有体积较大的基团时， 苯环间的单键不能自由旋转，两个苯环
number of stereoisomers = 2n,
where n = number of different chiral atoms
LIYING
2020/3/5
2、含两个相同手性碳原子的化 合物
A+ A-
A-
A+
内消旋体
A+
A-
A+
A-
对映体
对称面
非对映体
LIYING
2020/3/5
2,3-Dichlorobutane
无光学活性的判据。
C2:
Cl
H
CC
H
Cl
HH C4: H H H H
HH
LIYING
2020/3/5
正n边形有n重对称轴
HH
HH
C6:
C2: H
Cl Cl
H
Cl H H Cl
一般地说，物质分子凡在结构上具有对
称面或对称中心的，就不具有手性
LIYING
2020/3/5
第三节 常见类型有机物的对映异构
ISOMERS
LIYING
2020/3/5
Atomic connectivities
立体异构体
Same
Different
Mirror images
STEREOISOMERS
STRUCTURAL ISOMERS
Non-mirror
构造异构体
images
ENANTIOMERS (related by inversion)
Br
* CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 C CH2 CH2 CH2 CH3
H
LIYING
2020/3/5
Locating a Stereocenter
O
* CH3
H
LIYING
2020/3/5
Locating a Stereocenter
H
CH3
no stereocenter
LIYING
对映体 (Enantisomers)
❖Isomers that are non-superimposable
mirror-images
非叠加镜面
LIYING
2020/3/5
W
C
X
Y
Z
W
C
Y
X
镜面
Z
对映体
CH2CH3
C
H3C
Cl
H
I
LIYING
2020/3/5
CH2CH3
Cl
镜面
C CH3
H
II
第一节 物质的旋光性
第三章 立体化学 (Stereochemistry)
LIYING
2020/3/5
对映异构 (Stereoisomers)
构造异构
同分异构
LIYING
2020/3/5
立体异构
碳链异构 位置异构
官能团异构
互变异构 构型异构 构象异构
顺反异构 对映异构
异构现象
ISOMERISM
Same molecular formula
LIYING
2020/3/5
LIYING
2020/3/5
苯或环己烷分子有多少个对称面？
提示：环烷烃分子的环骨架 可以看成是平面正多边形
7
LIYING
2020/3/5
2. 对称中心（i）: 有对称中心的
分子不具手性，也无旋光性
Cl
H
HP F FH
LIYING
2020/3/5
H
Cl
n＝33. 6对0称。/轴旋（转C度n）数：。，叫n 重轴。对称轴不能作为分子有
2020/3/5
Coniine: The Compound that 毒芹碱 Killed Socrates
H
* N
CH2
CH3
CH2
LIYING
2020/3/5
Is there a stereocenter?
HO C CH
No!
LIYING
2020/3/5
CH3
O-Acetyl-b-boswellic Acid
一、平面偏振光和旋光性
光波是电磁波，它的振动方向与 其前进方向垂直
LIYING
2020/3/5
普通光（Ordinary Light）
(showing magnetic and electric field vec矢t量ors)
LIYING
2020/3/5
尖板条栅栏
The “Picket Fence Analogy”
LIYING
2020/3/5
举例（对照模型）
a ab b ac b
db
da
dc
c
c
a
（1）
（2） 对映体 （3）
对映体
LIYING
2020/3/5
相同构型
三、含两个手性碳原子化合物 的对映异构
1、含两个不同手性碳原子的化合物
LIYING
2020/3/5
A+ A-
B-
B+
A+
A-
B+
B-
对映体
对映体
➢this is another type of stereoisomerism.
LIYING
2020/3/5
Locating a Stereocenter (Chiral 标出手性碳 Carbon)
O
* CH3 CH C OH
LIYING
2020/3/5
OH Lactic acid 乳酸
Locating a Stereocenter
非对映体
非对应异构体（Diastereomers）
构造相同但不呈镜像对应关系的立体异 构体。 ❖Differ in configuration about some, but not all, chiral atoms
LIYING
2020/3/5
➢have different physical properties ➢can be separated by ordinary physical methods ➢differ in (R)/(S) sequence
1. 不能离开纸面翻转。翻转180。，变成其 对映体。
2. 在纸面上转动90。，变成其对映体。 3. 在纸面上转动180。构型不变。 4. 保持1个基团固定，而把其它三个基团
顺时针或逆时针地调换位置，构型不变。
LIYING
2020/3/5
Fisher投影式转换规则（2）
5. 任意两个基团调换偶数次，构型不变。 6. 任意两个基团调换奇数次，构型改变。
2）. 螺环化合物
类似于丙二烯型化合物
a b
c d
a b ,c d时， 存在对映体
LIYING
2020/3/5
H HOOC
CH3 COOH
Leabharlann Baidu
3） 把型（柄型）化合物
HOOC
(CH2)10
LIYING
2020/3/5
p-十次甲基苯-2-甲酸
第三节 构型的R、S命名规则
1955年，Cahn－Ingold－Prelog，提出次序 规则。按照次序规则确定手性碳原子所连 四个基团的优先次序，假定为①>②>③> ④ , 如果除最小（优先次序排在最后）的基 团外，从最小基团的对面观察，其它三个 基团按顺时针排列的为R型，逆时针排列的 为S型。
CH3
CH3
＝ H C Cl Cl C H
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
meso
LIYING
2020/3/5
CH3 Cl C H
CH3 H C Cl
H C Cl Cl C H
CH3
CH3
enantiomers
How Many Stereoisomers Are Possible?
含n个相同手性碳的直链化合物， 当n为偶数时，存在2n－1个旋光性异 构体和2(n/2)-1个内消旋体；当n为奇 数时，存在2n－1个立体异构体，其 中有2（n－1)/2内消旋体。
3. 比旋光度 Specific Rotation
LIYING
2020/3/5
[t
cl
（＋） 表示 右旋， （－） 表示 左旋
：旋光度；[]：比旋光度；t：温 度；：光波长；c：样品浓度，单 位g/ml；l:样品管长度，单位dm
第二节 对映异构现象与 分子结构的关系
LIYING
DIASTEREOMERS 非对映异构体
对映异构体
eg: GEOMETRIC ISOMERS
(related by rotation)
对映异构体(Enantisomers)
早 期 发 现
1848年
酒 石 酸 钠 铵 晶
巴斯德
体
LIYING
2020/3/5
Crystals of Sodium Ammonium Tartrate
不能处于同一平面a。c
a b，c d
LIYING
2020/3/5
bd
两个苯环成一定角度
LIYING
2020/3/5
联苯型化合物(b)
HOOC NO2
NO2 COOH
NO2 COOH
HOOC NO2
基团的阻转能力大小：
I2>Br2>Cl2>CH3>NO2>COOH >NH2>OCH3>OH>F>H
平面偏振光
LIYING
2020/3/5
普通光
Nicol棱镜 （起偏镜）
检偏镜
二、旋光仪和比旋光度 1. Optical Activity
入射光
LIYING
2020/3/5
样品管
透射光
2. 旋光仪 The Polarimeter
起偏镜
样品管 检偏镜
钠光灯
平面偏振光
LIYING
2020/3/5
光平面旋转
2020/3/5
一、不对称碳、手性碳、 手性分子、对映体
1. 不对称碳：饱和碳原子上连有互不相同的 四个原子或原子团（用*表示）。
2. 手性：物质的分子和它的镜像不能重叠。 3. 手性分子：具有手性的分子。 4. 对映体：互为镜像关系，但不能完全重合
的一对异构体，互为对映体。他们都具有 旋光性。
LIYING
对映体
CH2CH3
C
H3C
Cl
H
I
LIYING
2020/3/5
CH2CH3
Cl
镜面
C CH3
H
II
二、手性和对称因素
“足球分子” C60：含20个正六边形和 12个正五边形
C-60
C60
C70
LIYING
2020/3/5
C60
LIYING
2020/3/5
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
2020/3/5
Optical Isomerism
旋光异构现象
❖Difference in the way that isomers interact with polarized light
➢Differences arise from molecular symmetry properties
LIYING
2020/3/5
HO H
CH3
Fischer投影式的画法及其含义
1. 把横向的基团朝外，竖向的朝里。 2. 编号小的基团（主要官能团）朝上。 3. 用光对准分子模型垂直纸面照射，手性
碳用十字交差点表示。 Fischer投影式: “横外竖里”
LIYING
2020/3/5
Fischer投影式的转换规则