第四章立体化学
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18
四.手征性碳原子（p138 ） sp3杂化的碳原子所连的 4 个基团不相同— — 手征性碳原子：C* 。例如：
CH3C*HCOOH
OH
sp3杂化的手征性碳原子位于正四面体的中心， 所连的 4个不相同的基团指向四面体的 4个顶点，因 而在空间有两种不同的排列方式，得到两种旋光异构 体。
19
第三节 含手性碳原子的链状化合物的 旋光异构现象
二、旋光异构体构型的表示方法和命名
1.构型的表示方法(p141)
21
球棒模型
COOH
H
C CH3 OH
COOH
H3C C HO
H
透视式
22
COOH
COOH
H
OH
HO
H
CH3
CH3
Fischer投影式
Fischer H E
23
费歇尔（Fisher）投影式
投影原则是：把与手性碳原子结合的左右横向的两个 键伸向手性碳原子的前面 ，即伸向观察者；把上下
20
例如，牛奶发酵产生的乳酸就是右旋体（ 肌肉运动产生的乳酸）和左旋体（糖发酵产生 的乳酸）等量混合所得到的外消旋体。 外消旋体表示为：(±)-， [α] = 0，外消旋体不 同于一般的混合物，有固定的物理常数。例如 ，(±)-乳酸，m.p.=16.8℃，(+)-乳酸和(-)-乳酸 m.p.=25.8℃。
（+）-乳酸 （-）-乳酸
15
三、旋光性
手征性分子（不对称分子）
无对称面 无对称因素
无对称中心
1. 对称面
分子所有的原子都在一个平面里，或者一个平面能把一个
分子切成两半，而且这两半彼此有互为镜像关系
Cl
H
Βιβλιοθήκη Baidu
CC
H
Cl
Cl
H C
H
Cl
有对称面→分子为对称分子→无手性→
基团在空间只有一种排列→无旋光异构现象 16
糖发酵： [α]=﹣3.8°，(﹣)或l-， 左旋
牛奶发酵：[α]=0°， (±)或dl-
11
第二节、旋光性和分子结构的关系 一.手征性（手性chirality或不对称性） 手征性 —— 手的特性：实物和镜像不能重 叠的特性。 例1：人的左、右手分别与自己的镜像不能 重叠，且二者具有互为实物和镜像不能重叠的 关系。 例2：可食用蜗牛 的壳，右手性与左手性 的比例为2000∶1
12
13
二. 手征性分子(chiral molecule) 手征性分子——与自己的镜像不能重叠的分子
H
H3C C COOH OH
乳酸 -羟基丙酸
14
COOH
COOH
H
CH3
OH
CH3 H
HO
乳酸的两种构型
互相呈实物与镜像的关系，它们的熔点相同，酸性相同， 一般化学性质相同，比旋光度数也相同，只是旋光方向相 反。这样的异构体叫对映体（enantiomers)。
Optical isomerism
碳链异构
构造异构 官能团异构
同 分
位置异构
异
互变异构
构
立体异构 构象异构
顺反异构（几何异构） 旋光异构（光学异构） 构型
立体异构体的定义：分子中的原子或原子团互相连接 4
的次序相同，但在空 间的排列方向不同而引起的异构体。
第一节 物质的旋光性
一、偏振光和旋光性(p136) 1、普通光
竖立的两个键伸向手性碳原子的后面。 常称为“横前竖后”，即横键朝前，竖键朝后的意思。
24
标准写法是把碳链写在上下竖立的位置，并把氧化态 较高的基团(命名时编号最小的碳原子)放在碳链的上端 ，把其它的原子或基团放在左右横向位置。
费歇尔投影式写法注意点： 1. 投影式不能离开纸面旋转。 2. 投影式在纸面旋转180º和360º，结构保持不变。 3. 投影式在纸面旋转90º和270º，结构变成它的对映体。 4. 固定一个基团，其他三个基团依次旋转，构型不变。
19世纪中叶，巴斯德关于左旋和右旋酒石 酸经典式的研究，导致70年代范霍夫和勒贝尔 碳原子四面体构型学说的建立。它是生命分子 结构不对称性的基础。但是，关于有机分子结 构不对称性的起源及其在生命过程中的意义， 迄今尚无完美的答案。
1
COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
2
3
第五章 旋光异构
2. 对称中心
H
COOH
H H2C
CH2 H
HOOC
对称中心
H
分子中有一点，它与分子中任何原子或基团相邻成
线，在此线的反向延长线上等距离处有相同的原子
或基团。
17
手征性分子：当一个分子不存在对称因素时，该 分子的实物和镜象不能重合。简称不对称分子。
• 练习：
• 下列化合物中，哪些具有对称因素？哪些是手 性分子？
8
牛奶发酵 肌肉运动 糖发酵
乳酸 ：C3H6O3 CH3CHCOOH OH
三种不同来源的乳酸，分子式相同，构造 式相同，但某些性质有差异。例如：使偏振光 振动平面旋转的方向不同。
9
四、 旋光度() 在旋光仪中被测出的使偏振光旋转的角度称为旋光度。
影响旋光度的因素 (a)被测物质; (b) 溶液的浓度; (c) 盛液管长度;
(d) 测定温度; (e) 所用光的波长
10
五、 比旋光度
盛液管为1分米长，被测物浓度为1g/ml时的旋光度。
[]
t D
Lc
o
Na:λ= 5869A
o
Hg : λ= 5461A
[]
25
D
=
+
90.01。
(C 1.15, C2H5OH)
例：三种来源不同的乳酸
肌肉运动：[α]=﹢3.8°，(﹢)或d-，右旋
25
Fescher投影式在纸平面上转动90°或90° 的奇数倍，所得构型相反。例：
COOH
H
OH
CH3
R-
90° CH3
H COOH
OH
S26
Fescher投影式在纸平面上转动90°的偶数 倍，所得构型不变。例：
COOH
CH3
180 °
H
OH
HO
H
CH3
COOH
R-
R-
27
将Fescher投影式的 C*任意两个原子或 基团对调， C*构型改变。例：
2、偏振光
Plane-polarized light
普通光和平面偏振光 示意图
偏振光的振动平面---偏振面
5
二.旋光活性 (1)旋光活性 使偏振光的偏振面发生改 变的性质。 (2)旋光活性物质 葡萄糖、肌肉运动和糖 发酵产生的乳酸等。 (3)无旋光活性物质 水、乙醇和丙酮等。
6
7
三.旋光仪
旋光仪示意图
一、含一个手性碳原子的化合物(p140)
分子式、结构式相同，含一个手性碳原子→旋光异构 体总数 = 2→一对对映体，构型相反→比旋光度大小相等 ，方向相反→一对对映体的等量混合→外消旋体。
等量的光学对映体混合时，左旋体所具有的旋光度， 恰好被其右旋体抵销，因此失去了旋光性。这种特 殊的混合物，称为外消旋体。
四.手征性碳原子（p138 ） sp3杂化的碳原子所连的 4 个基团不相同— — 手征性碳原子：C* 。例如：
CH3C*HCOOH
OH
sp3杂化的手征性碳原子位于正四面体的中心， 所连的 4个不相同的基团指向四面体的 4个顶点，因 而在空间有两种不同的排列方式，得到两种旋光异构 体。
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第三节 含手性碳原子的链状化合物的 旋光异构现象
二、旋光异构体构型的表示方法和命名
1.构型的表示方法(p141)
21
球棒模型
COOH
H
C CH3 OH
COOH
H3C C HO
H
透视式
22
COOH
COOH
H
OH
HO
H
CH3
CH3
Fischer投影式
Fischer H E
23
费歇尔（Fisher）投影式
投影原则是：把与手性碳原子结合的左右横向的两个 键伸向手性碳原子的前面 ，即伸向观察者；把上下
20
例如，牛奶发酵产生的乳酸就是右旋体（ 肌肉运动产生的乳酸）和左旋体（糖发酵产生 的乳酸）等量混合所得到的外消旋体。 外消旋体表示为：(±)-， [α] = 0，外消旋体不 同于一般的混合物，有固定的物理常数。例如 ，(±)-乳酸，m.p.=16.8℃，(+)-乳酸和(-)-乳酸 m.p.=25.8℃。
（+）-乳酸 （-）-乳酸
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三、旋光性
手征性分子（不对称分子）
无对称面 无对称因素
无对称中心
1. 对称面
分子所有的原子都在一个平面里，或者一个平面能把一个
分子切成两半，而且这两半彼此有互为镜像关系
Cl
H
Βιβλιοθήκη Baidu
CC
H
Cl
Cl
H C
H
Cl
有对称面→分子为对称分子→无手性→
基团在空间只有一种排列→无旋光异构现象 16
糖发酵： [α]=﹣3.8°，(﹣)或l-， 左旋
牛奶发酵：[α]=0°， (±)或dl-
11
第二节、旋光性和分子结构的关系 一.手征性（手性chirality或不对称性） 手征性 —— 手的特性：实物和镜像不能重 叠的特性。 例1：人的左、右手分别与自己的镜像不能 重叠，且二者具有互为实物和镜像不能重叠的 关系。 例2：可食用蜗牛 的壳，右手性与左手性 的比例为2000∶1
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二. 手征性分子(chiral molecule) 手征性分子——与自己的镜像不能重叠的分子
H
H3C C COOH OH
乳酸 -羟基丙酸
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COOH
COOH
H
CH3
OH
CH3 H
HO
乳酸的两种构型
互相呈实物与镜像的关系，它们的熔点相同，酸性相同， 一般化学性质相同，比旋光度数也相同，只是旋光方向相 反。这样的异构体叫对映体（enantiomers)。
Optical isomerism
碳链异构
构造异构 官能团异构
同 分
位置异构
异
互变异构
构
立体异构 构象异构
顺反异构（几何异构） 旋光异构（光学异构） 构型
立体异构体的定义：分子中的原子或原子团互相连接 4
的次序相同，但在空 间的排列方向不同而引起的异构体。
第一节 物质的旋光性
一、偏振光和旋光性(p136) 1、普通光
竖立的两个键伸向手性碳原子的后面。 常称为“横前竖后”，即横键朝前，竖键朝后的意思。
24
标准写法是把碳链写在上下竖立的位置，并把氧化态 较高的基团(命名时编号最小的碳原子)放在碳链的上端 ，把其它的原子或基团放在左右横向位置。
费歇尔投影式写法注意点： 1. 投影式不能离开纸面旋转。 2. 投影式在纸面旋转180º和360º，结构保持不变。 3. 投影式在纸面旋转90º和270º，结构变成它的对映体。 4. 固定一个基团，其他三个基团依次旋转，构型不变。
19世纪中叶，巴斯德关于左旋和右旋酒石 酸经典式的研究，导致70年代范霍夫和勒贝尔 碳原子四面体构型学说的建立。它是生命分子 结构不对称性的基础。但是，关于有机分子结 构不对称性的起源及其在生命过程中的意义， 迄今尚无完美的答案。
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COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
2
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第五章 旋光异构
2. 对称中心
H
COOH
H H2C
CH2 H
HOOC
对称中心
H
分子中有一点，它与分子中任何原子或基团相邻成
线，在此线的反向延长线上等距离处有相同的原子
或基团。
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手征性分子：当一个分子不存在对称因素时，该 分子的实物和镜象不能重合。简称不对称分子。
• 练习：
• 下列化合物中，哪些具有对称因素？哪些是手 性分子？
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牛奶发酵 肌肉运动 糖发酵
乳酸 ：C3H6O3 CH3CHCOOH OH
三种不同来源的乳酸，分子式相同，构造 式相同，但某些性质有差异。例如：使偏振光 振动平面旋转的方向不同。
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四、 旋光度() 在旋光仪中被测出的使偏振光旋转的角度称为旋光度。
影响旋光度的因素 (a)被测物质; (b) 溶液的浓度; (c) 盛液管长度;
(d) 测定温度; (e) 所用光的波长
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五、 比旋光度
盛液管为1分米长，被测物浓度为1g/ml时的旋光度。
[]
t D
Lc
o
Na:λ= 5869A
o
Hg : λ= 5461A
[]
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D
=
+
90.01。
(C 1.15, C2H5OH)
例：三种来源不同的乳酸
肌肉运动：[α]=﹢3.8°，(﹢)或d-，右旋
25
Fescher投影式在纸平面上转动90°或90° 的奇数倍，所得构型相反。例：
COOH
H
OH
CH3
R-
90° CH3
H COOH
OH
S26
Fescher投影式在纸平面上转动90°的偶数 倍，所得构型不变。例：
COOH
CH3
180 °
H
OH
HO
H
CH3
COOH
R-
R-
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将Fescher投影式的 C*任意两个原子或 基团对调， C*构型改变。例：
2、偏振光
Plane-polarized light
普通光和平面偏振光 示意图
偏振光的振动平面---偏振面
5
二.旋光活性 (1)旋光活性 使偏振光的偏振面发生改 变的性质。 (2)旋光活性物质 葡萄糖、肌肉运动和糖 发酵产生的乳酸等。 (3)无旋光活性物质 水、乙醇和丙酮等。
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三.旋光仪
旋光仪示意图
一、含一个手性碳原子的化合物(p140)
分子式、结构式相同，含一个手性碳原子→旋光异构 体总数 = 2→一对对映体，构型相反→比旋光度大小相等 ，方向相反→一对对映体的等量混合→外消旋体。
等量的光学对映体混合时，左旋体所具有的旋光度， 恰好被其右旋体抵销，因此失去了旋光性。这种特 殊的混合物，称为外消旋体。