有机化学上六立体化学PPT课件
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第六章 立体化学
(一) 异构体的分类
(二) 手性和对称性
(三) 手性分子的性质——光学活性
(四) 具有一个手性中心的对映异构&分子的构型
(五) 具有两个手性中心的对映异构
(六) 手性中心的产生
(七) 手性合成(自学)
(八) 外消旋体拆分(自学)
(九) 脂环化合物的立体异构
(十) 构象对映异构和构象非对映异构
(丙) 对称中心（i） 对称中心的对称操作是反演。
COOH i
CH3
H
H
H
H
H3C
CH3
COOH
i CH3
对称因素与分子的手性
• 在绝大多数情况下，分子中没有对称面 和对称中心，与其镜象就不能叠合，分 子就会有手性。
（1）分子中是否存在对称轴对分子是否具有手 性没有决定作用。
（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。
式中：[α] λ t ——比旋光度； λ——测量时所采用的光波波长； t ——测量时的温度； α——由仪器测得的溶液的旋光度； l ——盛液管的长度,单位为dm(1dm=10cm)； C ——溶液的浓度,单位为g.mL-1。
表示比旋光度时，需要标明测量时的温度、 光源的波长以及所使用的溶剂。
例如，在温度为20°C时，用钠光灯为光源 测得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52.2°, 应记为：
(1) 手性的概念
手——左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。 手性——像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。 例如两种不同的乳酸分子都具有手性：
右旋乳酸， 由肌肉运动产生
COOH
左旋乳酸， 由蔗糖发酵得到
COOH
H C OH H3C
实物
镜子
HO C H CH3
镜象
(动画)
其中心碳原子上连有四个不同的原子或原子团，在 空间有两种不同的排列方式，不能完全重合，互为实物 与镜像的关系，是两种不同的化合物。
C2
H H3C C
C
CH3 H
C3
Cl HCH
H
C2
CH3
H3C
H3C
C2 CH3
Cn的对称操作是旋转。
(乙) 对称面（σ）：
H H3C C
C
CH3 H
CH3 H3C
对称面
对称面
CH3
H3C 无对称面
COOH HH C OH 一个s
O HH
二个s
Cl
HCH H
三个s
多个s
对称面的对称操作是反映（即照镜子）。
例如，乳酸是手性分子，就有一对对映体存在：
COOH
H3CH C OH 实物
镜子
COOH
HO C HCH3 镜象
2-溴丁烷也是手性分子，也有一对对映体存在：
CH3
C
wk.baidu.com
CH3CH2
Br
H
CH3
C
Br
CH2CH3
H
实物
镜子
镜象
一般情况下，一对对映体除旋光方向外（数值相等，方
向相反），理化性质基本相同。
外消旋体：左旋体和右旋体的等量混合物（旋光度为0）。 在手性环境中，一对对映体表现出不同的性质。 手性环境——偏振光、手性溶剂、手性试剂等。
手性碳原子——与四个不同的原子或原子团 相连的碳原子，用“ * ”号标出。例如：
CH3-C* H-CH2-CH3 Br
CH3-C* H-CCHH-3CH3 OH
CH3-C* H-COOH OH
(2)分子手性的判别依据—— 对称性(一会）
考察分子的对称性就能判断它是否具有手性。 对称性的判别依据对称因素，它主要包括： (甲) 对称轴（Cn）：
偏振光
Nicol棱棱
强度为I0的偏振光在通过检偏镜后的强度I为：
I＝I0Cos2α
其中α为两Nicol棱镜晶轴的夹角。
可见，当两Nicol晶轴平行时，观察到的光强度最大。
(2) 旋光物质与比旋光度
起偏镜
I0
光源
Nicol棱棱
偏振光
盛液管
检偏镜
I
观察
旋转后的 偏振光
Nicol棱棱
旋光性——某些物质能使偏振光的振动方向旋转一定角 度的性质。
COOH
H OH CH3 (b)
90。
构型改变
(动画2)
H
CH3 COOH OH
（与(b)不同）
COOH
H OH
CH3 (b)
270。
构型改变
(动画3)
OH
COOH
HOOC
[α]D20=+52.2°（水） “D”代表钠光波长。钠光波长589nm相当 于太阳光谱中的D线。
比旋光度是旋光性物质的一个物理常数。
(四) 具有一个手性中心的对映异构 &分 子的构型
(1) 对映体
(2) (2) 构型表示方法
(1) 对映体&外消旋体
凡是手性分子，必定有一个与之不能完全叠合的镜象。 互为实物与镜象的两个构型异构体称为对映体。
(2) 构型表示方法 （二会）
透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物 两种方法
Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复杂化合物
Fischer投影式的写法：
①碳链竖置，且编号小者置于上端； ②上下朝里，左右朝外(横前竖后）；例如：
COOH H3CH C OH
观察
COOH
H C OH
透视式
(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。
起偏镜
I0
检偏镜
I
观察 I=I0 Cos2a
光源
Nicol棱棱
(十一)不含手性中心化合物的对映异构
(十二)对映异构在研究反应机理中的应用
第六章 对映异构
（一）异构体的分类
分子的结构就包括分子的构造、构型和构象。
碳架异构
构造异构 官能团异构 位置异构
同分异构
立体异构
互变异构
构型异构 顺反异构 对映异构
构象异构
本章主要讨论对映异构。
(二) 手性和对称性
(1) 偏光 (2) (2) 旋光物质与比旋光度 (3) (3) 手性的概念 (4) (4) 对称性
右旋—— (+) ； 左旋 ——(－)
旋光度——旋光性物质使偏振光的振动平面所旋转的角 度，用α表示。
显然，溶液的旋光度与浓度、单位盛液管长度成正比。
比旋光度——单位浓度、单位盛液管长度下测得的旋光 度，用[α]表示。
实际测量时，可用溶液测量其旋光度，再用下式计算其 比旋光度：
[a]tl =
a lC
CH3
COOH
H
OH
COOH
H
OH
CH3
Fischer 投影式
CH3
注意事项：
① Fischer投影式只能在纸面上平移或旋转180°，但不能 旋转90°或270°,也不能将其脱离纸面翻身，否则构型翻 转。如：
COOH
H OH
CH3 (b)
180 。
构型不变
(动画1)
CH3 HO H
COOH (b)
(一) 异构体的分类
(二) 手性和对称性
(三) 手性分子的性质——光学活性
(四) 具有一个手性中心的对映异构&分子的构型
(五) 具有两个手性中心的对映异构
(六) 手性中心的产生
(七) 手性合成(自学)
(八) 外消旋体拆分(自学)
(九) 脂环化合物的立体异构
(十) 构象对映异构和构象非对映异构
(丙) 对称中心（i） 对称中心的对称操作是反演。
COOH i
CH3
H
H
H
H
H3C
CH3
COOH
i CH3
对称因素与分子的手性
• 在绝大多数情况下，分子中没有对称面 和对称中心，与其镜象就不能叠合，分 子就会有手性。
（1）分子中是否存在对称轴对分子是否具有手 性没有决定作用。
（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。
式中：[α] λ t ——比旋光度； λ——测量时所采用的光波波长； t ——测量时的温度； α——由仪器测得的溶液的旋光度； l ——盛液管的长度,单位为dm(1dm=10cm)； C ——溶液的浓度,单位为g.mL-1。
表示比旋光度时，需要标明测量时的温度、 光源的波长以及所使用的溶剂。
例如，在温度为20°C时，用钠光灯为光源 测得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52.2°, 应记为：
(1) 手性的概念
手——左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。 手性——像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。 例如两种不同的乳酸分子都具有手性：
右旋乳酸， 由肌肉运动产生
COOH
左旋乳酸， 由蔗糖发酵得到
COOH
H C OH H3C
实物
镜子
HO C H CH3
镜象
(动画)
其中心碳原子上连有四个不同的原子或原子团，在 空间有两种不同的排列方式，不能完全重合，互为实物 与镜像的关系，是两种不同的化合物。
C2
H H3C C
C
CH3 H
C3
Cl HCH
H
C2
CH3
H3C
H3C
C2 CH3
Cn的对称操作是旋转。
(乙) 对称面（σ）：
H H3C C
C
CH3 H
CH3 H3C
对称面
对称面
CH3
H3C 无对称面
COOH HH C OH 一个s
O HH
二个s
Cl
HCH H
三个s
多个s
对称面的对称操作是反映（即照镜子）。
例如，乳酸是手性分子，就有一对对映体存在：
COOH
H3CH C OH 实物
镜子
COOH
HO C HCH3 镜象
2-溴丁烷也是手性分子，也有一对对映体存在：
CH3
C
wk.baidu.com
CH3CH2
Br
H
CH3
C
Br
CH2CH3
H
实物
镜子
镜象
一般情况下，一对对映体除旋光方向外（数值相等，方
向相反），理化性质基本相同。
外消旋体：左旋体和右旋体的等量混合物（旋光度为0）。 在手性环境中，一对对映体表现出不同的性质。 手性环境——偏振光、手性溶剂、手性试剂等。
手性碳原子——与四个不同的原子或原子团 相连的碳原子，用“ * ”号标出。例如：
CH3-C* H-CH2-CH3 Br
CH3-C* H-CCHH-3CH3 OH
CH3-C* H-COOH OH
(2)分子手性的判别依据—— 对称性(一会）
考察分子的对称性就能判断它是否具有手性。 对称性的判别依据对称因素，它主要包括： (甲) 对称轴（Cn）：
偏振光
Nicol棱棱
强度为I0的偏振光在通过检偏镜后的强度I为：
I＝I0Cos2α
其中α为两Nicol棱镜晶轴的夹角。
可见，当两Nicol晶轴平行时，观察到的光强度最大。
(2) 旋光物质与比旋光度
起偏镜
I0
光源
Nicol棱棱
偏振光
盛液管
检偏镜
I
观察
旋转后的 偏振光
Nicol棱棱
旋光性——某些物质能使偏振光的振动方向旋转一定角 度的性质。
COOH
H OH CH3 (b)
90。
构型改变
(动画2)
H
CH3 COOH OH
（与(b)不同）
COOH
H OH
CH3 (b)
270。
构型改变
(动画3)
OH
COOH
HOOC
[α]D20=+52.2°（水） “D”代表钠光波长。钠光波长589nm相当 于太阳光谱中的D线。
比旋光度是旋光性物质的一个物理常数。
(四) 具有一个手性中心的对映异构 &分 子的构型
(1) 对映体
(2) (2) 构型表示方法
(1) 对映体&外消旋体
凡是手性分子，必定有一个与之不能完全叠合的镜象。 互为实物与镜象的两个构型异构体称为对映体。
(2) 构型表示方法 （二会）
透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物 两种方法
Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复杂化合物
Fischer投影式的写法：
①碳链竖置，且编号小者置于上端； ②上下朝里，左右朝外(横前竖后）；例如：
COOH H3CH C OH
观察
COOH
H C OH
透视式
(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。
起偏镜
I0
检偏镜
I
观察 I=I0 Cos2a
光源
Nicol棱棱
(十一)不含手性中心化合物的对映异构
(十二)对映异构在研究反应机理中的应用
第六章 对映异构
（一）异构体的分类
分子的结构就包括分子的构造、构型和构象。
碳架异构
构造异构 官能团异构 位置异构
同分异构
立体异构
互变异构
构型异构 顺反异构 对映异构
构象异构
本章主要讨论对映异构。
(二) 手性和对称性
(1) 偏光 (2) (2) 旋光物质与比旋光度 (3) (3) 手性的概念 (4) (4) 对称性
右旋—— (+) ； 左旋 ——(－)
旋光度——旋光性物质使偏振光的振动平面所旋转的角 度，用α表示。
显然，溶液的旋光度与浓度、单位盛液管长度成正比。
比旋光度——单位浓度、单位盛液管长度下测得的旋光 度，用[α]表示。
实际测量时，可用溶液测量其旋光度，再用下式计算其 比旋光度：
[a]tl =
a lC
CH3
COOH
H
OH
COOH
H
OH
CH3
Fischer 投影式
CH3
注意事项：
① Fischer投影式只能在纸面上平移或旋转180°，但不能 旋转90°或270°,也不能将其脱离纸面翻身，否则构型翻 转。如：
COOH
H OH
CH3 (b)
180 。
构型不变
(动画1)
CH3 HO H
COOH (b)