第八章立体化学
8 立体化学
CH3 * * C 2H 5
35
OH OH
C2 H 5 * OH
2. 对映异构体构型的命名
(1) D、L命名法
CHO H OH CH2OH D-(+)-甘油醛 HO CHO
D、L与 “+、-” CH2OH 没有必然的联系
H
L-(-)-甘油醛
规定:羟基在右边为右旋,称D型,羟基在左边为 左旋,为L型。
镜像不能重叠,称对映异构现象。
对映异构体(enantiomers):一个化合物的分
子与其镜像不能相互重合,称这两个分子为对映异构体。
13
手性:一个物体若自身与其镜像不能重叠。 手性分子(chiral molecules): 不能与自身镜像重合的分子。 非手性分子(achiral molecules) : 能够与自身镜像重合的分子。 手性分子是不对称分子;非手性分子 是对称分子。
CH3 HO C H
OH >
CH2CH3 >
CH3 > H
• 从次序最小的基团背后看上去
CH3 H OH Et
HO CH3 CH3 HO H CH2CH3
CH2CH3
(–)–2–丁醇
食指
H Et
中指 (R)–2–丁醇 拇指
38
• 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
CH3 CH3CH2 OH
26
手性分子大都含有与四个互不相同的基团相连的碳
原子。
有左旋和右旋两种异构体,如何表示?
1.构型的表示法:
用分子模型可清楚
地表示出手性碳原
子的构型,但不方便。
27
(1)透视式
将手性碳表示在纸面上,用实线表示纸面上的键,用虚
有机化学:第8章-立体化学
H
Cl 旋转 90。
Cl
Cl
HH
Cl
HH
Cl
Cl
H
23
H
-H
Cl
Cl
Cl
Cl
H
-
H
Cl HH
Cl
8.1 手性和对映体
有4重交替对称轴的分子
24
8.1 手性和对映体
❖ 对称性与手性的关系
❖非手性分子——凡具有对称面、对称中心或交替对称轴的 分子,都能与其镜像重合.
❖手性分子——既没有对称面,又没有对称中心,也没有交替 对称轴的分子,都不能与其镜象叠合,都是手性分子.
❖7.1 多环芳烃分类 ❖7.2 联苯及其衍生物 ❖7.3 多苯代脂烃 ❖7.4 稠环芳烃-萘及其衍生物 ❖7.5 稠环芳烃-蒽及其衍生物 ❖7.6 稠环芳烃-菲及其衍生物 ❖7.7 稠环芳烃-其它稠环芳烃 ❖7.8 有机化合物与环境污染 ❖7.9 非苯芳烃
1
回顾
第8章 立体化学
❖8.1 手性和对称性 ❖8.2 旋光性和比旋光度 ❖8.3 分子的手性和手性碳原子 ❖8.4 构型的表示法、构型的确定和标记 ❖8.5 含手性碳原子化合物的旋光异构 ❖8.6 环状化合物的立体异购 ❖8.7 不含手性碳原子化合物的对映异构 ❖8.8 手性分子的获得
碳链异构(如:丁烷/异丁烷) 官能团异构(如:醚/醇) 位置异构(如:辛醇/仲辛醇)
同分异构 isomerism
立体异构 Stereo-
构型异构 configurational
构象异构 conformational
顺反, Z、E异构 对映异构
H
H
H
H
H
H
HH
HH
HH
立体化学
HH
重叠式:
H H
H
H H
能量高,不稳定 ( 因 非键张力大 ) ,一般 含0.5%
交叉式:
H H H
H H
非键张力小,能量低, ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定。一般含99.5%
注意:
室温下不能将乙烷的两种构象分离,因单键旋转能 垒很低(~12.6KJ/mol)
以能量为纵坐标,以单键的旋转角度为横坐标作图, 乙烷的能量变换曲线如下:
乙烷的交叉式构象
H H
H
C
C
H H H H
H
H H
H H
H H
H H
H
H
H H
楔形式
锯架式
纽曼式
乙烷的重叠式构象
能 量 最 高 的 最 不 稳 定 构 象
乙烷的重叠式构象
H H
H HH H H H
C H H
C
H H H H
HH H
H
H H
楔形式
锯架式
纽曼式
介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式构象。
第二章 2.4.3 环己烷的构象
饱和烃:烷烃和环烷烃
椅型 稳定
船型 不稳定
两种构象通过C-C单键的旋转,可相互转变;
室温下,环己烷主要在椅型构象存在(99.9% 以上)。 为什么椅型构象稳定?
Conformational Energy
直立键和平伏键 Axial and Equatorial Positions
H H H H
5 其它碳环的构象
主要是环丙烷和环丁烷(小环)、环戊 烷和环庚烷(普通环)的构象。 小环的特点是角张力和扭转张力很大; 普通环的张力较小(如环己烷),构象多受 扭转因素的影响;在中环(环辛烷到环十一 烷)中,取代基之间的跨环范德华相互作用 对构象有重要影响。
第八章立体化学
i
OH ②对称中心 H
. H
H
OH
CH3 H
08-2 水、氨对称轴
C2 H
O
C3 H H N
③对称轴
CH3
H H 旋转360/n度,分子相同
分子有对映异构的条件——既无对称面,也无对称中心
分子是否含有手性C*是最常用的判定标准。
4、手性碳和对映异构体之间什么关系? 08-3 若含一个C*, 一个手性碳 只有两种空间排列方式。 只有两种结构式, 任换两个基团,变成对映体; 一对对映异构体。 换三个基团,仍是自身。 左旋体和右旋体。两者的等量混合物,称为外消旋体。 5、对映异构体怎么命名? ——R/S命名法(系统) bCOOH COOH ①按次序规则由大到小排列四 m.p. []25 D 个基团a>b>c>d ( – )乳酸 53℃ -2.60 a C C OH I>Br>Cl>F>O>N>C>H HO c H H CH3 CH3 (+)乳酸 53℃ +2.60 (R)-乳酸 (S)-乳酸 ②把最小基团d放在远处, 看 a a (±)乳酸 18℃ —— a→b→c的顺序。顺时针,R; R S C C c 逆时针,S。——方向盘定则 左右旋表示旋光方向, d c d 不是命名。 b b
检偏镜 [ ] +900
C l
l—dm C—g· -1 mL
例如:右旋乳酸 []25=+2.60(水) D
②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 左旋?右旋? 两次,才能确定。
3、什么样的结构会产生对映异构体? 对映异构是由 于分子的不对 称结构引起的
①对称面
因为用平面书写方式表达 立体结构,所以使用菲舍 尔投影式的原则是——
有机化学 第八章 立体化学
C2H5 Cl Cl
19
H
CH3 H Cl Cl H C2H5 Cl H
CH3 H Cl C2H5 Cl Cl
CH3 H H C 2H 5 H H
CH3 Cl Cl C2H5
CH3 Cl H Cl H C2 H5
CH3 H Cl Cl H C2H5
CH3 H Cl Cl H C2H5
CH3 Cl H Cl H C2 H5
20
注意: 注意
D,L是相对构型,与假定的 、 甘油醛相关联而确定的构型 甘油醛相关联而确定的构型。 D,L是相对构型,与假定的D、L甘油醛相关联而确定的构型。R,S 是相对构型 是绝对构型,能真实代表某一光活性化合物的构型( 、 ) 是绝对构型,能真实代表某一光活性化合物的构型(R、S) 。 两种标记法的依据: 两种标记法的依据:R/S法依据与*C相连的四个原子或基团 法依据与* 的大小顺序; 法依据与D 甘油醛的构型是否相同。 的大小顺序;D/L法依据与D-甘油醛的构型是否相同。 无论是D,L还是R,S标记方法, D,L还是R,S标记方法 无论是D,L还是R,S标记方法,都不能通过其标记的构型来判 断旋光方向。因为旋光方向使化合物的固有性质, 断旋光方向。因为旋光方向使化合物的固有性质,而对化合 物的构型标记只是人为的规定 人为的规定。 物的构型标记只是人为的规定。 目前从一个化合物的构型还无法准确地判断其旋光方向, 目前从一个化合物的构型还无法准确地判断其旋光方向,还 是依靠测定。 是依靠测定。
锲形式
COOH H OH CH3
Fischer投影式 投影式
项:
(1)不能离开纸面翻转;可以沿纸面旋转 )不能离开纸面翻转;可以沿纸面旋转180°,但不能旋转 ° ° 但不能旋转90° 或270°。 ° (2) 基团交换次数可以为偶数次,不能为奇数次;亦可以一基团 基团交换次数可以为偶数次 不能为奇数次; 偶数次, 不动,另三基团顺或逆时针轮换(相当于交换两次)。 不动,另三基团顺或逆时针轮换(相当于交换两次)。
第八章 立体化学对映异构
? : 旋光度;c: 溶液浓度 (g/mL);ρ: 纯液体密度(g/mL) ;l: 管长(dm)
? ? 通常要标出测定时的温度和偏振光的波长:
?
t
?
溶剂对比旋光度也有影响,要注明所用溶剂。
例: 在20℃时,以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液的比旋光度为
右旋52.5°,记为:
??
?20 D
?
? 52.5?(水)
返回
26
R-S 标记法
? 根据手性碳原子所连接的四个基团在空间的排列来标记: (1)先把手性碳原子所连接的四个基团设为: a、b、c、d,并
将它们按次序规则排队。 (2)若a,b,c,d 四个基团的顺序是 a(较优基团)>b>c>d ,将该手
性碳原子在空间作如下安排:
? 把排在最后的基团 d放在离观察者 最远的位置,然后按 先后次序观察其他三个基团。 ? 即从最先的a开始看,经过b,再到c。 ? 若方向是 顺时针 的,则该手性碳原子的构型标记为 “R”;若为逆时针,则标记为“S”
-31.3°(乙酸乙酯 )
+31.3°(乙酸乙酯
外消旋体153
)
(III) (2R,3S)-(-) 167
-9.4°(水)
(IV) (2S,3R)- 167
+9.4°(水)
?非对映(+体) 可用一般的物理方法分离.
37
例:酒石酸的立体异构体
COOH
COOH
O HO C
HH *C C* OH OH
COOH
OH
乳酸(2-羟基丙酸)
H3C
C H
COOH
手性分子
乳酸的分子模型图
两个乳酸模型不能叠合
第八章 旋光异构(立体化学)
•普通光是由各种波长的、在垂直于前进方向的各个平面内振 动的光波组成。 •偏振光:只在某一平面上振动的光,叫做“平面偏振光”, 简称“~”。
17
旋光活性和比旋光度 1. 旋光活性
•使偏振光振动平面旋转的物质,称为“旋光活性物 质”.它使偏振光振动平面旋转的角度称为“旋光 度”.(浓度、盛液管长度、温度、光波波长、溶剂
≡
≡
23
(2)Fischer投影式
乳酸的分子模型和投影式
Fischer投影式: 1.两个竖立的键 —向纸面背后伸去的键; 2.两个横在两边的键—向纸面前方伸出的键. 3.碳架竖向排列,编号小的放在上面。
24
思考:指出下列各组结构之间的关系 (对映体或相同化合物)
OH OH H COOH H CH3 COOH
1. 化学分离法
通过与旋光性拆分剂(从自然界生物体中获得)作用,生成 非对映异构体,利用其物理性质上的不同而将其分开(如分馏或 分步结晶),最后除去拆分剂得纯的单旋体。
(+)-酸-(-)-碱
+)-酸+(-)-碱 (_
结晶分离 (-)-酸-(-)-碱
(+)-酸-(-)-碱 (-)-酸-(-)-碱
HCl HCl
•手性碳原子的概念—与四个互不相同 的基团相连的碳
原子。
W C X Z Y
镜面
W Y Z C X
• 有且只有一个手性碳原子的分子一定是手性分子。
21
例:乳酸CH3CHOHCOOH
*
O
* CH 3 CH
C
OH
OH Lactic acid
乳酸
22
构型的表示法,构型的确定和构型的标记 构型的表示法 (1)锲形式——比较直观
有机化学Chapter8(立体化学)
(Ⅰ) 旋转90º 后得(Ⅱ), (Ⅱ)作镜象得(Ⅲ), (Ⅲ)等于(Ⅰ) 有4重交替对称轴的分子
相同,但在空间的排列方式不同。
构象异构 顺反异构
CH3 H C C CH3 H
CH3 H C C H CH3
C异构:本章学习
8.1 手性和对映体 生活中的对映体 (1)-镜象
沙漠胡杨
生活中的 对映体(2) -镜象
左右手互为镜象
桂林风情
镜象与手性Chirality的概念
同分异构现象
碳链异构(如:丁烷/异丁烷) 构造异构 官能团异构(如:醚/醇) constitutional 位臵异构(如:辛醇/仲辛醇)
同分异构 isomerism
立体异构 Stereo-
构型异构 configurational 对映非对映异构 构象异构 conformational
顺反,Z、E异构
[α]λ =
t
α ρ l· B
式中t表示温度,λ表示所用光的波长。 若所测的旋光物质为纯液体,只要把ρB换成液体的密
度ρ即可。
比旋光度只决定于物质的结构。
各种化合物的比旋光度是它们各自特有的物理常数.
乳酸
CH3CHCOOH OH
*
右旋体
α ° [ ] 20 D = + 3.8
α ° ] 20 左旋体 [ D = - 3.8
构造异构,分子中原子互相联接的方式和次序
不同而产生的异构现象。
有机化学ppt课件第八章立体化学
05
立体选择性合成策略与方 法
不对称合成策略简介
不对称合成定义
利用非手性原料合成具有特定构型手性化合物的 方法。
不对称合成意义
获得单一手性化合物,避免消旋体的产生,提高 药物疗效和降低副作用。
不对称合成策略
手性源合成法、手性辅剂诱导合成法、动力学拆 分和热力学拆分方法等。
手性源合成法
手性源概念
农业科学
立体化学在农业科学中也有潜在 的应用价值,例如通过研究农药 和化肥的立体结构来提高其效果 和降低对环境的负面影响。
THANKS
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构型对化合物性质的影响
不同构型的碳原子在化合物中具有不 同的化学和物理性质,如旋光性、反 应活性等。
Fisher
Fisher投影式是一种表示有机化合物立体结构的方法,通过横线
和竖线表示碳原子的键合关系。
Fisher投影式的书写规则
02
在Fisher投影式中,横线代表伸向纸面前方的键,竖线代表伸向
具有手性的起始原料, 可提供手性中心。
手性源合成法原理
以手性源为原料,通过 保留或转化其手性中心 ,合成目标手性化合物 。
手性源合成法应用
天然产物全合成、药物 合成等。
手性辅剂诱导合成法
01
手性辅剂概念
在反应中能与底物形成非对映异构体,从而控制反应立体选择性的添加
剂。
02
手性辅剂诱导合成法原理
手性辅剂与底物形成非对映异构体,利用非对映异构体之间的性质差异
判断手性碳原子构 型
根据旋光度的正负及大小,结合其他信息判断手性碳原子 的构型。
注意事项
旋光法只能判断化合物是否具有旋光性,不能确定其绝对 构型。
X射线衍射法确定绝对构型
大学有机化学第八章 立体化学
l --- 样品池的长度,单位为dm;
c --- 为样品的浓度,单位为g•ml-1。
8.3
含一个手性碳原子的化合物的对映异构
8.3.1手性碳原子(不对称碳原子)
— 与四个不相同的原子或基团相连
的碳原子为不对称碳或手性碳原子或
手性中心,在结构式中用﹡标出。
8.3.2 含一个手性碳原子的化合物的对映异构 例如乳酸:
COOH C HO H3C H
H
COOH C OH CH3
用透视式书写旋光异构体比较直观,原子或原子团在 空间的排列易观察,但对于结构复杂的分子透视式几
乎无法表示。
(2)、费歇尔(Fischer)投影式表示法 1891年Fischer提出了以他姓氏为名称的投影结构 式书写方法。这种投影式是按照碳的四面体结构, 按规定的原则将分子结构投影到平面上,用所得到 的平面投影式来表示分子的立体结构。
S
a HO
b COOH H c CH3
若最小基团在横键:
a→b→c顺时针-S; (逆时针-R)
R
a HO
b COOH
若最小基团在竖键: a→b→c顺时针-R; (逆时针-S)
CH3 c
H
标记下列旋光异构体的构型:
CH3 Cl H
大学有机化学第八章立体化学(对映异构)
3. 楔型式转化为 Fischer 投影式
方法:将纸面上竖直向上的基团和伸向纸面后方的 基团写在 Fischer 投影式的竖线上,上下关系不变;
其余两个基团写在横线上,左右关系不变。
COOH C OH
H3C
COOH
H H 3C
OH
H
COOH C OH
HO
COOH C
H H 3C
H CH3
COOH
COOH COOH
COOH H HO C CH 3
H OH CH3 CH3 OH H
COOH C H3C H OH
-
(2) 二者的关系:互为镜像(实物与镜像关系,或者 说左、右手关系)。二者无论如何也不能完全重叠。
与镜像不能重叠的分子,称为手性分子
对映异构体
分子的构造相同,但构型不同;形成实物与镜象、相 似而不能重合的两种分子,称为对映异构体(对映体) 对映体:成对存在,旋光能力相同,但旋光方向相反 二者能量相同(分子中任何两原子的距离相同)
H Cl H H Cl
Cl H H Cl Cl H H Cl
360° /4
Cl H
Cl
相同
S4
判断分子是否手性的依据:
※ 凡具有对称面、对称中心的分子,都是非手性分子。 ※ 有无对称轴,对分子是否有手性无决定作用。 一般:※ 当分子中只有一个C* ,分子一定有手性。 ※ 当分子中有多个手性中心时,要借助对称因素。无对称 面,又无对称中心的分子,必是手性分子。
实验事实:
CH3 CH COOH
OH α 羟基丙酸 ( 乳酸 ) 来 源 旋光性 。 + 3.82 。 3.82 。 0
从肌肉中得到的肌肉乳酸 葡萄糖发酵得到的乳酸 酸牛奶中得到的乳酸
有机化学第八章立体化学PPT课件
配体设计
手性催化剂的配体设计是关键, 通过选择合适的配体,可以实现
对反应的立体选择性控制。
反应机理
手性催化剂的选择性合成通常涉 及特定的反应机理,如协同反应 或逐步反应,这些机理决定了催
化剂对立体异构体的选择性。
手性拆分技术
手性拆分技术
手性拆分技术是利用化学或物理方法将外消旋混合物分离成各自 的立体异构体的过程。
非对映异构体的性质
非对映异构体的物理性质通常不同,如沸点、熔点和折射率等。它 们的旋光性和比旋光度也可能不同,但通常比对映异构体的差异更 小。
非对映异构体的合成
非对映异构体的合成是有机化学中的重要研究内容,需要采用特定的 合成策略和技巧来制备。
顺反异构体
顺反异构体定义
顺反异构体是指由于双键的存在导致取代基在空间中不能处于同一侧的分子。这种排列方 式使得分子具有不同的物理性质和化学反应特性。
越来越多的手性药物被发现和开发。
手性药物的发展阶段
02
手性药物的研发经历了三个阶段,包括手性源药物、手性拆分
药物和手性合成药物。
手性药物的现状与未来
03
目前,手性药物已经成为药物研发的重要组成部分,未来随着
手性技术的不断进步,将会有更多的手性药物问世。
手性药物的药理作用
手性药物的药效
手性药物的药效与其手性构型密切相关,不同构型的手性药物可 能具有不同的药理作用。
手性药物的作用机制
手性药物的作用机制涉及多个方面,包括与靶点的选择性结合、影 响细胞信号转导等。
手性药物的疗效与副作用
手性药物在临床应用中具有疗效高、副作用小的优势,但也存在一 定的个体差异和不良反应。
手性药物的合成与制备
手性药物的合成方法
有机化学第八章立体化学
6.理解内消旋体和外消旋混合物的区别。
7.掌握异构体的分类。 8.运用立体化学知识解释烯烃亲电加成反应历程。
2019/2/16
4
本章教学内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 物质的旋光性 化合物的旋光性与其结构的关系 对映异构体的构型 含手性碳原子化合物 的对映异构 手性物的制备与外消旋体的拆分 异构体的分类 立体化学在研究反应历程中的应用
21
第二节 化合物的旋光性与其结构的关系
一、镜像、手性及对映异构 二、手性与结构的关系 三、对称元素与手性的关系 四、对映异构体与非对映异构体 自然界中,有的物质有旋光性,有的没有旋光性。 怎样从一个化合物的结构判断其是否具有旋光性呢?
2019/2/16
22
一、 镜像、手性及对映体
如果将物体放在平面镜前,使之成像,并设想把物 体的“像”从镜中取出,有的物体比如均匀的木棒、皮 球或铁钉可与其镜像完全重合;而有的物体如蜗牛壳、 剪刀或螺丝钉与其镜像不能重合,这正如人的左右手一 样:左手和右手互为实物与镜像关系又不能完全重叠。
经实验测定:
右旋圆偏光对右旋乳酸的折射率为1.10011。 左旋圆偏光对右旋乳酸的折射率为1.10017。
折射率的不同说明两个前进圆偏光成分,经过手性分子时所遇 到的阻力不相等,速度减慢的程度也就不一样。这就导致合成光振 动平面不能再维持在原来的方向上,而产生一定的偏转,从而表现 出旋光性,如图(b)。
8
2019/2/16
2.旋光物质
把两个尼科尔棱晶平行放置,使普通的光射在第一 个棱晶上,透出来的光就变成偏光,因为第二个棱晶与 第一个互相争行,所以偏光能完全通过第二个棱晶。
亮
第 八 章 立体化学(1)
在光前进的方向上放一个象栅栏一样的(Nicol)棱镜或人造偏
振片,只允许与棱镜晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱棱 镜,而在其它平面上振动的光线则被挡住。这种只在一个平面上 振动的光称为平面偏振光,简称偏振光或偏光。
如下图所示:
晶轴
普通光
偏振光
若让偏振光透过一些介质(液体或溶液)时,有些介质对偏振光 没有作用,即透过介质的偏振光的振动方向不变。而有些介质(如乳 酸、葡萄糖等),能使偏振光的振动平面旋转一定的角度 (α) 。
饱和的碳原子(SP3杂化)具有四面体结构,每个碳原子的立 体结构可以用透视式或模型清楚表达出来。
如乳酸(CH3C*HOHCOOH)分子,它的立体结构透视式表 达如下:
球棍模型如下图所示:
球棍模型
从以上乳酸分子的透视式或球棍模型中我们可以看到:
①乳分子的空间排列方式有两种,这两种的构造式一样,它们 之间的差异在于立体结构的不同。
2、旋光仪
测定化合物的旋光度是用旋光仪,旋光仪主要部分是 有两个尼可尔棱晶(起偏棱晶和检偏棱晶),一个盛液管 和一个刻度盘组织装而成。
若盛液管中为旋光性物质,当偏光透过该物质时会使 偏光向左或右旋转一定的角度,如要使旋转一定的角度后 的偏光能透过检偏镜光栅,则必须将检偏镜旋转一定的角 度(旋转角度的大小可从附在检偏上的刻度盘读取),目镜 处视野才明亮,测其旋转的角度即为该物质的旋光度α。 如下图所示:
二、旋光性和比旋光度
1、偏振光和物质的旋光性
对映体是互为镜像的立体异构体。它们理化性质的异同点:
物理性质 相同 熔点、沸点、相对密度、
折光率、溶解度、光谱图 不同 对偏振光作用(旋光性)
化学性质 与非手性试剂的作用
与手性试剂的作用
第八章 立体化学
第八章立体化学1. 下列化合物中,有旋光活性的为()。
解答:C。
化合物A和B都有对称中心,化合物D有对称面和对称中心。
2. 命名解答:S-2-溴丁烷。
首先分析构造,为2-溴丁烷。
根据Newman投影式分析构型为S。
3. 考察下面的Fischer投影式,这两种化合物互为()。
(A)同一种化合物? (B)对映体? (C)非对映体??? (D)立体有择解答:A。
将A或B任何一个化合物在纸面上翻转180度后就变成了另一个化合物。
4. 写出化合物(2E,4S)-3-乙基-4-溴-2-戊烯的构型。
解答:。
先写出其结构式:根据双键所连接基团,确定构型为E型,根据手性碳原子,用Fischer投影式或透视式写出其构型。
5.解答:。
此反应为芳烃侧链α-H卤代。
中间体碳自由基为平面结构,产物各占50%。
6.解答:。
中间体碳正离子为平面结构,产物各占50%。
7. 画出S-2-甲基-1-氯丁烷的结构式,其在光激发下与氯气反应,生成的产物中含有2-甲基-1,2-二氯丁烷和2-甲基-1,4-二氯丁烷,写出反应方程式,说明这两个产物有无光学活性,为什么?解答:在光激发下,烷烃与氯气的反应为自由基取代反应,中间体为碳自由基。
碳自由基中间体的平面结构,导致产物可以有两种构型,各占50%。
8. 某芳烃A,分子式为C9H12,在光照下与不足量的Br2作用,生成同分异构体B和C(C9H11Br)。
B无旋光性,不能拆开。
C也无旋光性,但能拆开成一对对映体。
B和C都能够水解,水解产物经过量KMnO4氧化,均得到对苯二甲酸。
试推测A、B、C得构造式,并用Fischer投影式表示C的一对对映体,分别用R/S 标记其构型。
解答:分子的不饱和度为4,含有一个苯环。
由最后生成对苯二甲酸可以判断出苯环对位二取代。
初步确定分子的结构为:。
在较高温度或光照射下,烷基苯与卤素作用,芳烃的侧链卤化。
则C为:。
有机化学第八章 立体化学(stereochemistry)
外消旋体可分离成左旋体与右旋体。
8.4 构型的表示、构型的确定、构型的标记
构型的表示
菲舍尔投影式
H H3C CH2CH3 COOH CH3CH2 H COOH CH3 COOH H CH2CH3 CH3 CH3 H COOH CH2CH3
楔形式
CH3 C HO H CH2CH3 HO CH3 C CH2CH3 H HO CH2CH3 C H CH3
COOH H OH H OH COOH COOH HO H HO H COOH
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
内消旋体(meso):分子内部形成对映两半的化合物。(有平面
对称因数)。 具有两个手性中心的内消旋结构一定是(RS)构型。
COOH H OH H OH
内消旋体无旋光性 (两个相同取代、构型相 反的手性碳原子,处于同一分子中,旋光性
光波振动方向与光束前进方向关系示意图
普通光
平面偏振光
平面偏振光: 通过Nicol棱镜,仅在 一个平面上振动的光。
Nicol prism
普通光
2. 旋光仪、旋光度、比旋光度
a
目镜 单色光源 起偏镜 盛液管 检偏镜
a
旋光性:使偏振光偏振面旋转的能力。
旋光度:使偏振光偏振面旋转的角度。用表示。 旋光方向:右旋(+)、d- ; 左旋(-)、l如何确定一个活性物质是+60o的右旋体还是-300o的左旋体 比旋光度 [] = C(g/ml) l(dm)
COOH C H Cl CH3
H3 C COOH
S
COOH C Cl CH3 H
H
COOH
S
Cl
CH3
H
Cl
动画演示
第8章 立体化学
手(征)性 (Chirality):实物与其镜象不能叠合的现象;
Chiral is derived from the Greek word cheiros, meaning “hand”.
对映(旋光)异构体(enantiomers) 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。因此他们是一对异构体, 互为对映, 称为对映 异构体。
判别手性分子的依据
对称元素
对称操作
判别手性的依据
对称面( ) 反映(射) 有对称面无手性
S1=
对称轴(Cn)
2 n
S2= 对称中心(i)
i
(或反演中心)
旋转 倒反
不能作为区别手性 的依据
有对称中心 无手性
更迭对称轴(Sn)(或 旋转反射轴)
2 n
旋转+反射
有更迭对称轴 无手性
甲烷分子的对称性变化
1. 偏振光和分子的旋光性 只在一个平面上振动的光,称为偏振光, 而偏振光振动的平 面为偏振面
分子的旋光性
在样品池中放入 1)丙酮、乙醇等物质,偏正光完全通过 2)乳酸、丙氨酸、酒石酸等溶液,偏振面发生旋转
能使偏振面发生旋转的物质,称为“旋光活性物质”。使偏振光旋 转的角度,称为旋光度
但旋光度“”受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响
比 旋 光 度 表 示 : 盛 液 管 为 1dm 长 , 被 测 物 浓 度 为 1 g/ml时的旋光度。
例如:乳酸的比旋光度为:
20 D
其旋光方向
顺时针 右旋,以 “ d ” 或 “ + ” 表示。 逆时针 左旋,以“ l ” 或 “ ” 表示。
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H C 2H 5
Br
H
C2H5
C(CH3)3
第八章立体化学
3.透视式与Fischer式间的转化
H 3C * H
Br Br
*
H C 2H 5
H 3C
H
H Br Br
C 2H 5
Br
CH3
H
H
Br
C H 第八章立体化学 2 5
4. Newman式与Fischer式间的转化
第八章立体化学
同分异构现象
碳链异构
构造异构
官能团异构
constitutional
位置异构
同分异构
互变异构
isomerism
构型异构 configurational
顺反异构 对映(旋光)异构
立体异构
Stereo- 构象异构
σ单键旋转异构
conformational 叔胺翻转异构
第八章立体化学
立体异构:(Stereoisomerism)
第八章立体化学
第八章立体化学
对映异构与非对映异构(旋光异构)
H
H
H
H
H
HH
H
H
H HO
CH 2Cl CH 3
Cl2H C H3C
OH
Mirror
Mirror
第八章立体化学
立体异构:(Stereoisomerism)
• 构象异构:
–分子中的原子或基团沿单键旋转造成 重叠式 交叉式
–药物(右旋)香料 氨基酸(左旋)
第八章立体化学
区分对映异构体的重要意义:
O
H2N
OH
O H NH2
苦味
O
H2N
OH
O H2N H
甜味
Asn(天冬酰胺)
第八章立体化学
HO
HO
H2N H
HO
COOH HO
H NH2 COOH
L-多巴
D-多巴
第八章立体化学
H
O
N
O
O
N H
O
镇静剂
H
O
N
O
O
N H
O
强畸胎剂
Thalidomide
(反应停)
分子中 含手性 碳原子
充分性? 必要性?
分子具 有手性
第八章立体化学
一、手性碳原子与手性分子之间的 关系
1.必要性?
——手性分子是否必然含有手性碳原子?
a
aa
a
CC C
C CC
b
bb
b
手性分子不一定含有手性碳原子。
第八章立体化学
2.充分性?
——含有手性碳原子的分子是否一定是手性分子?
* HO
COOH
1、什么是对映异构?
——互为镜像,不能重合的两个结构式。
√
×
第八章立体化学
C2H5
C2H5
OH
* 2-丁醇 CH3–CH–CH2CH3 HO C H CH3
C H OH
CH3
OH
[]2D5=+13.520 []2D5=-13.520
? 异丙醇 CH3–CH–CH3 不是手性碳
乳酸
OH
* CH3–CH–COOH
第八章立体化学
8.2旋光性和比旋光度
(1)什么叫旋光性?
只有一个振动平面的光
——欲知旋光性,先说偏振光
与棱镜晶
Nicol棱镜
轴平行的
(偏振片)
振动平面
偏振光
晶轴
旋光度——
ba c d 普通光
不旋旋光光性物质 光活性物质
有无数个振动平面,振动平面与光的前 进方向相垂直
(2)旋光性怎样测定?
旋光仪工作原理示意图
旋光度不旋旋光光物物质质 —与浓度C有关 —与长度l有关
光源
起偏镜
明确两 个问题
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
盛液管
①能够体现物 质特性的是— —比旋光度[]
刻度盘 观察 目镜
+900
检偏镜
[ ]
C l
l—dm C—g·mL-1
例如:右旋乳酸 []2D5=+2.60(水)
亮暗
+1800
②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
对映异构是由于 分子的不对称结 构引起的
①对称面
.i
OH CH3
C2
C3
O
②对称中心 H H
CH3
H
③对称轴 H
H
H H
N
H
H
OH 旋转360/n度,分子相同
分子有对映异构的条件——既无对称面,也无对称中心
分子是否含有手性C*是第最八章常立体用化学的判定标准。
什么样的分子是手性分子?
一、手性碳原子与手性分子之间的 关系
[]2D5=-2.60 COOH
HO C H CH3
第八章立体化学
[]2D5=+2.60 COOH C
H OH CH3
2、对映异构体之间性质有什么差别? 化学性质、物理性质均相同,只有旋光性不同。旋
光能力相同,方向相反。对映异构也叫旋光异构。具有 旋光性的物质成为光活性物质。
第八章立体化学
3、什么样的结构会产生对映异构体?
怎样表示对映异构体?
1.透视式
COOH
COOH
C H
OH H 3C
C H
HO CH3
对映体
第八章立体化学
2.Fischer 投影式
COOH
HO
H
CH3
规则:
横前竖后
第八章立体化学
COOH
HO
H
COOH
H
OH
CH3
CH3
对映体
第八章立体化学
3.透视式与Fischer式间的转化
H 3C
CH 3
B r CH 3
左旋?右旋? 两次,才能确定。
8.4 构型的表示法、构型的确定和标记
书写方式(Fischer projections)
A
B
D C
sawhorse projection
A
C
D
B
A
C
D
B
Fischer projection
上 --- 碳链头端 下 --- 碳链末端 横线 --- H及取代基
第八章立体化学
H
HOOC
OH
==
.H
H
* HO
COOH
H
HOOC
OH
HO
COOH
H
. HO H
H OH
H
HO
COOH
HOOC
COOH
含有手性碳原子的分子也不一定是手性分子
第八章立体化学
二、产生手性分子的充要条件
实体和镜像不能重合
既无对称面又无对称中心的分子,不能与其镜 像重合 即:其为手性分子,具有对映异构体。
• 构型异物:
–顺反异构(几何异构)(cis-trans) EZ命名 烯烃 环状化合物
–对映异构(光学异构,旋光异构):
• 分子具有手性(R-S构型),具有一个手性碳, 二个与二个以上手性碳的化合物,不具有手性 中心的不对称分子。
第八章立体化学
环状化合物的立体异构,环烷烃环上只要有两个碳原子各连不 同的取代基就有顺反异构
第八章立体化学
第八章 立体化学
8.1 手性和对映体 8.2 旋光性和比旋光度 8.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构 8.4 构型的表示法、构型的确定和标记 8.5含有多个手性碳原子的化合物的对映异构
第八章立体化学
异构现象:
• 构造异构:原子或基团相互连接的方式和 次序不同
• 立体异构:基团相互连接的方式和次序相 同,但在三维空间的排列方式不同
第八章立体化学
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第八章立体化学
8.1 手性和对映体 Some chiral objects in our life
第八章立体化学
含一个手性碳原子的分子
连接四个不同基团——不 对称C原子(手性C*)
第八章立体化学
对映异构体
互为镜像对映关系,相似而不能重合的一对
同分异构体。
2-溴丁烷
第八章立体化学