第三章有机化合物的同分异构现象ppt课件

H H H OH
CC
CC H
O C3H C3H H
C3H OH C3H H H O H H O H
二、构型异构中的顺反异构
Cis–trans isomers result from restricted rotation that can be caused either by a double bond or by a cyclic structure
(Z)- 3-甲基-2-戊烯
(E)- 3-甲基-4-异丙基-3-庚烯
(Z)-3-methyl-2-pentene (E)-4-isopropyl-3-methyl-3-heptene
CH3
1. 化合物 CH3CH2C=CCH2CH3 有无顺反异构？
讨
C2H5
2. 命名化合物: 1) CH3
CH3
CC
Example: (S)-(+)-2-bromobutane [a] = + 23.1º sample [a] = +9.2º
o.p. = 9.2/23.1 = 0.40 or 40% = e.e Means: 70% S, 30% R;
40% is excess S, 60% is racemic
H
Br
论
2) CH3CH2 C=C CH3 Cl H
Cl
CH2CH2CCH3
(3Z)-4-甲基-3,7-二氯-3-辛烯
3)
OH CN H
CN
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H
OH
NN
NN
(Z)-苯甲醛肟
(E)-苯甲醛肟
2. Cis-trans isomers caused by cyclic structure
HH
H C O O H H O O C H
用“a ”表示
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
1. 偏振光、光学活性及旋光度
1.5 比旋光度（specific rotation)
--- 在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为 589 nm）条件下，样品管长度为1dm，样品浓度 为1g•ml-1时测得的旋光度。是一物理常数
aTD

l
a
c
H3C O
OH
C3CHH2CHO O
2.1 构象异构体 Conformational isomers
2. Amine inversion
Nonbonding electron pair is required Inversion energy ~ 25 kJ/mol, can rapidly interconvert at RT
a
o.p. =
× 100%
[a] × c× l
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
6. 手性分子的光学活性
6.2 光学纯度 （Optical Purity) --- optical purity = enantiomeric excess (e.e.)
e.e.= major enantiomer % - minor enantiomer %
2.2 构型异构体 Configurational isomers
---- they can be interconverted only by the breaking and reforming of bonds
---- they can be separated
C3H CH=CHOH H 3C
H
CH3
N
H H
H3C Ⅱ CH3
S4
旋转90°
反映操作
I = IV
H H3C
H
H3C
CH3
N
H H
Ⅲ CH3
H3C
H H
N
H3C Ⅳ
H CH3
H
CH3
II = III
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
3. 手性与手性分子
对称分子 --- 含有对称面、对称中心或四重象转轴（S4) 的分子，其实物与镜影相互重叠。
为轴旋转一定的角度，得到的物体或分子的形象和 原来的形象完全相同，这种轴称为对称轴。n指绕 轴一周，有n个形象与原形象相同。
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
2. 对称性和对称因素
2.4 象转轴 Sn --- Sn = Cn + σ（垂直于Cn）
H3C
H H
N
H3C Ⅰ
H CH3
H
CH3
H H3C
1. Cis-trans isomers caused by double bond
1)
2) 顺反异构体和 Z、E标记法 顺式: 双键碳原子上两个相同的原子或基团处于双键同侧。 反式: 双键碳原子上两个相同的原子或基团处于双键反侧。
CH3
CH2CH3
CC
HH
顺 -2-戊 烯 (cis-2-pentene)
方向相反。 外消旋体 ---- 一对对映异构体的等量混合物。
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
6. 手性分子的光学活性
6.2 光学纯度 （Optical Purity)
--- A mixture of enantiomers in a 75:25 ratio
will have an observed rotation that is 50% of that for a single enantiomer. Such a mixture is said to have an optical purity (o.p.) of 50%.
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
4. 含一个手性碳原子的分子
4.3 Enantiomer --- a nonidentical (nonsuperimposable) mirror image is called an enantiomer of the original molecule.
D --- 钠光源，波长为589nm； T --- 测定温度，单位为℃ a --- 实测的旋光度； l --- 样品池的长度，单位为dm； c --- 为样品的浓度，单位为g•ml-1。
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
2. 分子的对称性和对称因素
2.1 对称面 s --- 某一平面将分子分为两半，就象一面镜子，实 物（一半）与镜象（另一半）彼此可以重叠，则 该平面是对称面。
构型异构
configurational 对映非对映异构
立体异构
Stereo- 构象异构
单键旋转异构
conformational 叔胺翻转异构
1. 构造异构体 Constitutional isomers
C3H6O
CH2=CHOC3H CH2=CHCH2OH
C3HC(OH)=C2H
CH3CH=CHOH CH3COCH3
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
6. 手性分子的光学活性
6.1 外消旋体 (racemic mixture, or racemate) All the physical properties of enantimers
are the same except their optical activity. 一对对映异构体，其比旋光度数值相等，旋光
C3 H
H OHS Cl H S
C2 H CH 3
COOH
C3 H
HO HR
S Br H
R H OH
H2N HS R
CH=2CH
HF CH 2C6H5
A. (2S,3S)-3-chloro-2-pentanol
B. (2R,3S)-3-amino-4-penten-2-ol
C. (2S,3R,4R)-2-bromo-4-floro-3-hydroxy-5phenylpentanoic acid
顺-3-溴环己醇
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
1. 偏振光、光学活性及旋光度
1.1 偏振光 ( plane-polarized light ) --- 能通过起偏镜（尼克尔棱镜）的平面光。
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
1. 偏振光、光学活性及旋光度
1.2 光学活性 ( optical activity ) --- 物质能使偏振光发生偏转的性质。
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
2. 对称性和对称因素
2.2 对称中心 i --- 分子中有一中心点，通过该点 所画的直线都以等
距离达到相同的基团，则该中心点是对称中心。
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
2. 对称性和对称因素
2.3 对称轴 Cn --- 这种轴是通过物体或分子的一条直线，以这条直线
H
CH2CH3
CC
CH3
H
反 -2-戊 烯
(trans-2-pentene)
Z式: 双键碳原子上两个较优基团或原子处于双键同侧。 E式: 双键碳原子上两个较优基团或原子处于双键异侧。
(优 )C H 3 C H 2 C H 3 (优 ) C H 3 C H (C H 3 )2 (优 )
C C
C C
H C H 3 (优 )C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3
旋光仪(polarimeter)
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
1.3 右旋和左旋 ( dextrorotatory and levorotatory ) --- 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，“ - ”
1.4 旋光度（observed rotation) --- 旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，
4. 含一个手性碳原子的分子
4.1 Chirality carbon --- a carbon bonded to four different groups
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
4. 含一个手性碳原子的分子
4.2 书写方式（Fischer projections）
A
B
D C
sawhorse projection
H O O C
C O O H H O O C
顺-1，2环丙基二甲酸
H
H
反-1，2环丙基二甲酸
C O O H
H O
C l
H 3 C
C H 3 C l
C O O H H
OH
H 3 C
H
H
C l H
H
H
C O O H H Br
1-甲基-顺-4-氯r-1-环戊醇
1，顺-4-甲基-r-1-氯环 戊烷
顺-4-氯-r-1，反-2-环己 基二甲酸
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
5. 手性与手性分子
Question：判定下列分子是否具有手性
Cl
H
CC
H
Cl
H
H
CC
Cl
Cl
A
CH 3 CH 3
B
CH 3
CH 3
C
D
Question：判定下列分子是否具有手性
COOH H OH
CH 3 E
COOH
HO
H
CH 3
Cl
CH 3 CH 3 Cl
F
绝对构型的测定 --- X-射线单晶衍射(1950年） --- 化学关联法
（+）和（-）并不对应于（R）和（S）
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
8. 含两个手性碳的分子
8.1 含两个不同手性碳的分子（有4个构型异构体）
Diastereomers --- are configurational isomers that are not enantiomers (1 and 3, 1 and 4, 2 and 3, 2 and 4)
手性 --- 如果分子中不存在对称面、对称中心和四重 象转轴（S4)，则这个分子具有手性。其实物与 镜影不能完全重叠。
手性分子 --- 实物与镜影不能完全重叠的分子。 --- 手性分子都具有光学活性。
Some chiral objects in our life
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
第四章
有机化学中异构现象 Organic Stereochemistry
第四章重点讲授内容
一、同分异构现象 二、构型异构中的顺反异构 三、构型异构中的对映异构和非对映异构 四、环烷烃的构型异构
一、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
顺反异构
isomerism
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
7. 绝对构型与相对构型
绝对构型 (Absolute Configuration) --- the actual three-dimensional structure of a chiral compound
相对构型 (Relative configuration) --- the configuration of a compd relative to the configuration of another compd
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
4. 含一个手性碳原子的分子
4.4 构型的表示方法 (R and S system)
A
A>B>C>D
A
A
A
B
D C
B
D C
D C
D
B
B
C
counterclockwise ---c- lSockwise ---- R
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
4.4 构型的表示方法 (R and S system)