有机化学上六立体化学PPT课件
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第六章 对映异构体ppt课件
有机化学
第六章 立体化学(4学时）
本章基本内容：
1.异构体分类 2.手性和对称性(旋光仪的工作原理、应用） *3.具有一个手性中心的对映异构 **4.构型和命名法 *5.具有两个手性中心的对映异构 6.手性中心的产生 7.不含手性中心化合物的对映异构
精选PPT课件
1
• 本章重点：手性和对称性的基本概念，具 有一个或多个手性碳化合物的构型和命名 法。
l：样品管长度，单位dm；
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17
对映体举例
镜面
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18
镜面
CH2CH3
C
H3C
Cl
H
I
CH2CH3
C
Cl
CH3
H
II
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19
6.4 具有一个手性中心的对映异构
• 6.4.1手性分子的表示方法：
CH2CH3
球 棒 CH2CH3 模 型
H
H
CH3
Cl Cl
CH3
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C H 3
COOH
CH2CH2CH2CH3
H C O H H3CH2CH2C C CH2CH3
CH3
CH2CH2CH2CH2CH3
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单 色 光
起偏镜
样品池
检偏镜
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15
旋光仪 The Polarimeter
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16
比旋光度
[t
：旋光度；
cl
（＋）
表示右旋， （－）
表示左旋
[]：比旋光度；
比旋光度：1mL中
t：温度；
含有1g溶质的溶液
：光波长；
放在1dm长的样品
第六章 立体化学(4学时）
本章基本内容：
1.异构体分类 2.手性和对称性(旋光仪的工作原理、应用） *3.具有一个手性中心的对映异构 **4.构型和命名法 *5.具有两个手性中心的对映异构 6.手性中心的产生 7.不含手性中心化合物的对映异构
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1
• 本章重点：手性和对称性的基本概念，具 有一个或多个手性碳化合物的构型和命名 法。
l：样品管长度，单位dm；
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17
对映体举例
镜面
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18
镜面
CH2CH3
C
H3C
Cl
H
I
CH2CH3
C
Cl
CH3
H
II
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19
6.4 具有一个手性中心的对映异构
• 6.4.1手性分子的表示方法：
CH2CH3
球 棒 CH2CH3 模 型
H
H
CH3
Cl Cl
CH3
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C H 3
COOH
CH2CH2CH2CH3
H C O H H3CH2CH2C C CH2CH3
CH3
CH2CH2CH2CH2CH3
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单 色 光
起偏镜
样品池
检偏镜
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15
旋光仪 The Polarimeter
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16
比旋光度
[t
：旋光度；
cl
（＋）
表示右旋， （－）
表示左旋
[]：比旋光度；
比旋光度：1mL中
t：温度；
含有1g溶质的溶液
：光波长；
放在1dm长的样品
有机化学第六章立体化学
*
*
2–溴丁烷
*
*
乳酸
*
*
1,2–环氧丙烷
柠檬油精
编辑ppt
含一个手性中 心的分子具有 一对对映体。
19
乳酸
葡萄糖发酵得到 (＋)–乳酸
(－)–乳酸
mp : 26 ℃
mp : 26 ℃
(±)–乳酸
mp : 18℃ (S)-(+)-Lactic acid is the compound responsible for the burning sensation felt in muscles during anaerobic exercise,and it is also found in sour milk.
Organic Chemistry 有机化学
第六章 立体化学
编辑ppt
1
内容
立体化学(Stereochemistry) —— 以三维空间研究分子结构和性质的科学
异构体的分类
手性和对称性，对映异构，对映异构体，对称因素
手性分子的性质——光学活性：旋光性与比旋光度
具有一个手性中心的对映体，构型的表示法与标记法
编辑ppt
苏阿糖
(2S,3R)
(苏型)
29
赤型与苏型
(赤型)
(苏型)
编辑ppt
30
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
编辑ppt
非对映体
(I)
(III) (II)
31
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?
6立体化学
COOH COOH
H CH3 OH H3C OH
H
-
乳酸的两个异构体的关系象左手和右手一样, 乳酸的两个异构体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, 手性分子. 叠合,但却互为镜象,是手性分子. 分子中连有四个不同基团的碳原子称为手性碳原子， 分子中连有四个不同基团的碳原子称为手性碳原子， 手性碳原子 表示。 用C*表示。
CHO H OH CH 2 OH
O
H
COOH OH CH2OH
H
COOH H OH CH 3
D-(+)-甘油醛 甘油醛 由上可见， 由上可见，构型与旋光方向没有确定的关系
COOH H OH CH2OH D－甘油酸 H COOH OH CH3 D－乳酸 H 2N COOH H CH3 L－丙氨酸
D-(-)-乳酸 乳酸
第六章
COOH
立体化学
COOH
H CH3 OH H3C OH
H
-
立体化学是现代有机化学的重要组成部分 立体化学对生命科学有极端重要的意义
立体化学是研究分子中原子或基团在空间的排列状况， 立体化学是研究分子中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子或基团在空间的排列状况， 以及不同的排列对分子的物理、化学、生理性质所产生的 以及不同的排列对分子的物理、化学、 影响。 影响。 本章侧重介绍： 本章侧重介绍：对映异构
反应停（ 反应停（Thalidomide) ——缓解妇女怀孕初期反应的镇 静剂
H O N H O H O O N O O H N O N O
R
S
反应停是具有手性分子，有两种对映异构体。 反应停是具有手性分子，有两种对映异构体。其中的一种 手性分子 对映异构体 异构体具有中枢镇静作用，不引起致畸作用。 R 异构体具有中枢镇静作用，不引起致畸作用。另一种 S 异构体则会引起致畸作用。 异构体则会引起致畸作用。
H CH3 OH H3C OH
H
-
乳酸的两个异构体的关系象左手和右手一样, 乳酸的两个异构体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, 手性分子. 叠合,但却互为镜象,是手性分子. 分子中连有四个不同基团的碳原子称为手性碳原子， 分子中连有四个不同基团的碳原子称为手性碳原子， 手性碳原子 表示。 用C*表示。
CHO H OH CH 2 OH
O
H
COOH OH CH2OH
H
COOH H OH CH 3
D-(+)-甘油醛 甘油醛 由上可见， 由上可见，构型与旋光方向没有确定的关系
COOH H OH CH2OH D－甘油酸 H COOH OH CH3 D－乳酸 H 2N COOH H CH3 L－丙氨酸
D-(-)-乳酸 乳酸
第六章
COOH
立体化学
COOH
H CH3 OH H3C OH
H
-
立体化学是现代有机化学的重要组成部分 立体化学对生命科学有极端重要的意义
立体化学是研究分子中原子或基团在空间的排列状况， 立体化学是研究分子中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子或基团在空间的排列状况， 以及不同的排列对分子的物理、化学、生理性质所产生的 以及不同的排列对分子的物理、化学、 影响。 影响。 本章侧重介绍： 本章侧重介绍：对映异构
反应停（ 反应停（Thalidomide) ——缓解妇女怀孕初期反应的镇 静剂
H O N H O H O O N O O H N O N O
R
S
反应停是具有手性分子，有两种对映异构体。 反应停是具有手性分子，有两种对映异构体。其中的一种 手性分子 对映异构体 异构体具有中枢镇静作用，不引起致畸作用。 R 异构体具有中枢镇静作用，不引起致畸作用。另一种 S 异构体则会引起致畸作用。 异构体则会引起致畸作用。
第十四讲 第六章 立体化学(2)
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)
《有机化学(第二版)》第6章：立体化学基础
19:21
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
有机化学上第六章-立体化学
(I)与(II)是对映体； (I)与(III) 、(II)与(III)是非对映体；
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：
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：
化学竞赛 第六章 立体化学优秀课件
COOH
COOH
H
OH
COOH
HO
H
OH H
CH3
CH3
乳酸对映体的费歇尔投影式
CH3
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。
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。
个，依次类推。例如：
Br
C
H
CH2F
CH2 Cl
（S—型）
（3）如果集团含有双键或叁键时，则当作两个 或叁个单键处理。即：
CC
看作： C C （C）
例如：
O
CH
O 看作： C H
（O）
CH(CH3)2
C H
CH3
C CH
（S-型）
CHO
C
H
OH（S-型）
CH2OH
在有机化学中立体结构的表达经常采用的是 Fiseher式，式中横线指向纸平面前方，竖线指向纸 平面后方。因此，当原子序优先性最低的基团处于竖 线时，就可直接从式中另三个基团的排列方向读出构 型，以C*①②③④为例，设四个基团的原子序优先 性顺序为①>②>③>④，那么下列式子的构型分别 为：
即：
b
a
C
d
b
c
a→b→c 顺时针为R型
a
a
d
即：
C
d
c
b
c
b
a→b→c逆时针为S型
顺序规则： 比较连接在C*上的第一个原子的原子序数，
按由大到小排列，同位素质量高者优先。
例：C*HFClBr （Br>Cl>F>H）氟氯溴甲烷
第六章 立体化学
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
第六章 立体化学
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)
有机化学《立体化学》课件
Van’t Hoff 认为含有不对称碳的分子具有旋光性。
Stereocenter
优点：使用方便 缺点：很多例外
有些分子中存在不对称碳，但却无手性：
H
H
H
H3C Cl
CH3 Cl
H3C Cl
有些分子中没有不对称碳，但却有手性：
A A
Pc
a
b
5.1.3 Symmetric element
C2
C3
C3
H
4
H
H
H3 2H
H
1H
H
H H
H H
H
H H
H
C2
C3
8
C
对称面
：假如有一个平面可以将分子分割成两部分，而其中一部分正好 是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面。
H
HCH
H
σ
Four planes of symmetric in the molecule
Br H Br H
5.3.1 Molecule with two same asymmetric carbons
5.3.2 Optical activity and conformation 5.3.3 Molecule with two different
充分且必要
1874 Newzealand Van’t Hoff
The carbon atom linking four different groups or atoms is called an “asymmetric carbon”.
不对称碳原子：与四个互不相同 的一价基团相连接的碳原子。
加“ * ”表示
CO OH
Br Cl H
Stereocenter
优点：使用方便 缺点：很多例外
有些分子中存在不对称碳，但却无手性：
H
H
H
H3C Cl
CH3 Cl
H3C Cl
有些分子中没有不对称碳，但却有手性：
A A
Pc
a
b
5.1.3 Symmetric element
C2
C3
C3
H
4
H
H
H3 2H
H
1H
H
H H
H H
H
H H
H
C2
C3
8
C
对称面
：假如有一个平面可以将分子分割成两部分，而其中一部分正好 是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面。
H
HCH
H
σ
Four planes of symmetric in the molecule
Br H Br H
5.3.1 Molecule with two same asymmetric carbons
5.3.2 Optical activity and conformation 5.3.3 Molecule with two different
充分且必要
1874 Newzealand Van’t Hoff
The carbon atom linking four different groups or atoms is called an “asymmetric carbon”.
不对称碳原子：与四个互不相同 的一价基团相连接的碳原子。
加“ * ”表示
CO OH
Br Cl H
有机立体化学(6)
H3C +0.27
CN CN
Hb H5C6
COC6H5 Hc
Ha Hd
H5C6 Hb
Hc COC6H5 Ha
Hd
Ha: +0.2, Hb: -0.03, Hc:-0.01, Hd: +0.28,
Ha: +0.43, Hb: +0.35 Hc: -0.03, Hd: +0.38
4. 13C-化学位移
β-内酰胺的四员环有平面的结构，3J顺 ≈ 6 Hz , 3J反 = 2.5 Hz 。 这个差异对于判断顺式或反式的质子是足够大的。
例如天然产物青霉素类的 β-内酰胺中的两个质子的偶合常 数为 4.5 ～ 5.0 ，可以推断这两个质子有顺式的关系。
HH S
PhCH2CONH
N O
CH3 CH3
COOH
24.0 27.0 +3.2 25.9 26.6 +0.7 21.8 22.1 +0.3 26.1 26.4 +0.3
C-3 顺 反 △δ
14.7 19.7 +5.0 11.4 17.9 +6.5 9.2 16.6 +7.4 10.8 16.9 +6.1
C-苯基 顺 反 △δ
139.0 144.4 +4.9 137.6 140.9 +3.3 139.7 143.9 +4.2 137.5 140.8 +3.3
CH2 F H H H 5.89 2.39
C(CH3)2 COOH H H H 8.0 5.6
2. 化学位移
三员环上引入不同的取代基，对顺式或反式的质子有不 同的影响。当取代基为OR、OC6H5、C6H5、CH3 Br、 OCOCH3、SiR3 时，与取代基成顺式的质子受屏蔽作用较大， 使其化学位移值在较高场；如果取代基为CHO、Cl、CO2H、 CO2R、COR、CN、CONH2、 COAr 时，则与它成顺式的 质子的化学位移值在较低场。
有机化学PPT第五章 立体化学基础课件
凡是连有4个不同的原子或基团的碳原子称为手 性碳原子, 也可称为手性中心。
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
南京医科大学康达学院 博学至精 明德至善
含有一个手性碳原子的化合物，在空间有2种不同构
型, 它们彼此构成一对对映体。
CH3C* HCOOH
COOH
OH
乳酸
HO C H
CH3
COOH H C OH
CH3
有一个手性碳的化合物必定 是手性化合物，只有一对对映体。
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
南京医科大学康达学院 博学至精 明德至善
问题：下列化合物哪些含手性碳原子？
1. CH2Cl2
2. CHCl3 3.CH3CHClCH2CH3
4. CH3-CH-CH2CH3 CH2CH3
H
6.
CH3 7.
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
南京医科大学康达学院 博学至精 明德至善
第一节 手性分子和对映体
一、手 性
观察自己的双手, 左手与右手有什么联系和区别？
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
南京医科大学康达学院 博学至精 明德至善
左右手互为镜像与实物关系(称为对映关 系)，彼此又不能重合的现象称为手性。
H
2 COOH
H3C3 1Cl
H 1OH
2 CH2CH3
3CH3
竖，顺，R南-京型医科大学康达学院化学教横研室，有逆机化，学 R-型
南京医科大学康达学院 博学至精 明德至善
课堂练习：根据Fischer投影式命名。
2
CO2H
H
OH 1
3 CH3 R-(-)-乳酸
HOCH2 3
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
南京医科大学康达学院 博学至精 明德至善
含有一个手性碳原子的化合物，在空间有2种不同构
型, 它们彼此构成一对对映体。
CH3C* HCOOH
COOH
OH
乳酸
HO C H
CH3
COOH H C OH
CH3
有一个手性碳的化合物必定 是手性化合物，只有一对对映体。
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问题：下列化合物哪些含手性碳原子？
1. CH2Cl2
2. CHCl3 3.CH3CHClCH2CH3
4. CH3-CH-CH2CH3 CH2CH3
H
6.
CH3 7.
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
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第一节 手性分子和对映体
一、手 性
观察自己的双手, 左手与右手有什么联系和区别？
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
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左右手互为镜像与实物关系(称为对映关 系)，彼此又不能重合的现象称为手性。
H
2 COOH
H3C3 1Cl
H 1OH
2 CH2CH3
3CH3
竖，顺，R南-京型医科大学康达学院化学教横研室，有逆机化，学 R-型
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课堂练习：根据Fischer投影式命名。
2
CO2H
H
OH 1
3 CH3 R-(-)-乳酸
HOCH2 3
有机立体化学-6
构象最小改变原理在有机反应中，试剂分子趋近于反应物（Ｒ）分子的一个构象的反应中心时，由于向位上的不同，而可能导致两种立体异构的过渡态和相应的两种立体异构的初产物。
根据“构象最小改变原理”，相对于反应物分子进入反应的构象，构象改变较少的那个初产物的过渡态，其能量应当较低，也就是该反应方向要求的活化能较低，因此这个反应方向将是主要的反应方向。
换而言之，即初产物与发生反应的反应物在构象上的改变尽可能少的反应方向是主要的反应方向。
若反应物具有的是刚性构象和反应是不可逆的，则在上述两种情况下，Ｐ１都应当是可被分离的主要产物。
若反应是可逆的和Ｐ1是热力学上较不稳定的，那么根据Ｐ1和Ｐ2的稳定性差别，Ｐ１将逐渐转变为Ｐ2，最后达到一定的平衡比例，于是可被分离的主要产物有可能是热力学控制的产物。
如果反应物具有可变的构象，同时两个构象Ｅ和Ａ（如环己烷衍生物的两种椅式极限构象）又能独立地发生所给予的反应：ＰＥＥＡＰＡ在这种情况下，立体异构的产物ＰＥ和ＰＡ，相应地对于构象Ｅ和Ａ，都应当是符合构象最小改变原理的，并且是动力学控制的产物。
当然，决定一个反应的活化能的因素很多，但是在同一个反应体系中，对于同一种反应物的各个分子，所给予的条件可以认为是基本相同的。
于是反应物自身在发生反应时的构象上的差别，对于同一个反应的两个反应方向便成为决定性的因素了。
因此，构象最小改变原理应当具有比较普遍的意义。
第二节化学反应的立体化学二、立体异构体的活性立体化学与反应活性的关联方式是比较立体异构体的活性，考虑反应中心附近的体积大的或参与基团对立体选择性的影响。
构型与活性对映异构体的相对活性非对映异构体的相对活性构象与活性构型与活性1.对映异构体的相对活性对映体在所有的标量性质上都相同，只能用手性方法来区别。
因为对映体基态能量是简并的(G R o =G S o )，它们与非手性物的配合在标量意义上是一样的，相应的过渡态也是对映的，即能量是简并的。
有机化学第六章 立体化学
CO O H H OH CH 3
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）。
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）。
高等有机六构象PPT课件
O
O
H
既克服了空 间斥力，又 有氢键作用。
9
构象异构体一般难以分离，但不绝对。有文献报道1,2-二金刚烷 基－1,2-二叔丁基乙烷可分离到固体形式存在的构象异构体，因 为取代基太大，旋转受阻。
t-Bu
t-Bu
t-Bu
Ad Ad
H
t-Bu
H
t-Bu
Ad H
H
Ad
H
t-Bu
以上三种异构体可分离
Ad
H
Ad
OH OH
OH
OH OH
OH
O H HO
H O O
H
OH OH
.
1,2-ae
1,2-ee
均为优势构象
1,3-aa
30
由于桥连或氢键使下列化合物的船式构象能稳定存在。
H
O
O HO
樟脑
顺－1,4-环己二醇
CH3
HO
N
Me
Me Me Me
O
Ph
4-羟基－1,2,2,6,6-五甲基－4-苯基哌啶
顺1,2－二叔丁基环己烷由于一个叔丁基必须处于a键，使椅式构象 张力很大，低温NMR表明其以椅式和扭船式的平衡混合物存在。
为稳定构象，常温下占绝大多数。
.
24
H H
R 56o R
H
H
H
H
顺式ea型
R H
R
H H
H
H R
60o R
H
H
反式ee型
顺式ea型和反式ee型5两取代基的二面角差别不大，所以顺式和 反式取代基之间斥力差异不大，但顺式取代中有1,3作用。故总的 来说，反式更稳定。
当1,2-二取代环己烷的取代基为卤素时，情况与二烷基时相反，二 卤素占直立键成为优势构象。且直立键的比例为I>Br>Cl, 因为卤 素有偶极之间的斥力。
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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。
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）：
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)
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
(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。
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）。
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
(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。
(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
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
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。
(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
(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
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
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：
[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。
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。
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）：
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)
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
(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。
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）。
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
(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。
(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
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
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。
(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
(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
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
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：
[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。