第四章立体化学
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2024版《有机化学》课件立体化学
药物活性
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
优化药物分子的立体构型，以提高其与靶标的结合能力和选择性。
药物代谢
考虑药物在体内的代谢过程，避免产生有害的立体异构体。
生物大分子中立体化学问题
蛋白质折叠
蛋白质的空间构象对其功能至关重要，错误的折 叠可能导致疾病。
DNA结构
DNA的双螺旋结构中的碱基对具有特定的空间排 列，影响遗传信息的传递和表达。
周环反应
羰基化合物的反应
如醛酮的亲核加成反应、缩合反应等，涉及 手性传递和立体选择性。
如电环化反应、环加成反应等，探讨其立体 化学过程和产物构型。
02
01
不对称合成
通过手性辅助剂、手性催化剂等实现不对称 合成，获得单一构型产物。
04
03
生物活性物质中立体化学问题
05
探讨
生物活性物质中手性现象及其意义
命名规则及实例解析
命名规则
在立体化学中，化合物的命名需遵循一定的规则，包括确定手性碳原子的构型、指定取代基的位置和编号 等。例如，对于含有手性碳原子的化合物，需在名称中注明其R或S构型。
实例解析
以乳酸为例，其Fischer投影式中，羧基位于上方，羟基位于下方，手性碳原子上的甲基位于右侧。根据 R/S标记法，该化合物为R构型。因此，其系统命名为（R）-2-羟基丙酸。
解析复杂结构
对于复杂分子或难以通过其他手段解析的结构，X射线晶体衍射技术 可以提供精确的结构信息。
核磁共振波谱法在结构鉴定中作用
1 2
确定分子骨架 通过核磁共振波谱法中的一维和二维谱图，可以 解析出分子的骨架结构，包括碳链的长度、支链 的位置等。
识别官能团 核磁共振波谱法可以识别分子中的官能团，如羟 基、羰基、氨基等，从而推断出分子的可能性质。
《立体化学》课件
化学是研究物质的组成、性质和变化的科 学领域。
了解原子、分子、元素、化合物等基础概 念，以及化学反应和化学方程式的表示方 法。
立体化学的基本原理
1 空间取向
探讨原子和键在空间中 的相互关系，以及分子 空间构型的影响。
2 手性性质
3 立体异构体
认识手性分子和对映体， 以及手性的重要性。
了解不同类型的立体异 构体，如构象异构体和 对映异构体，并研究它 们的性质和特点。
《立体化学》PPT课件
欢迎来到《立体化学》PPT课件！在本课程中，我们将从化学的基础概念开 始，探讨立体化学的基本原理，并深入研究分子结构、手性分子、立体异构 体以及立体对反应机理的影响。最后，我们还将探讨立体化学在药物设计和 天然产物 基础概念
以及它们在化学反应中的影响。
3
构象异构体
分析构象异构体的形成原理和常见示 例，如顺式和反式异构体。
光学异构体
讨论光学异构体的旋光性质，包括D和L-系列化合物。
反应机理中的立体影响
反应路径
探究反应路径中立体构型对反应速率和产物选择 性的影响。
过渡态理论
了解过渡态理论以及过渡态的构象和立体要求。
应用：药物设计和天然产物的活性成分
药物设计
介绍立体化学在药物设计中的重要性，以及 立体异构体对药效的影响。
天然产物
研究天然产物中的活性成分，如碳水化合物 和天然产物的手性性质。
分子结构和键的构型
分子结构
探索分子的结构和形状，以及化学键的构型和键 长。
球棍模型
使用球棍模型来可视化分子结构和化学键的空间 排列。
手性分子和对映体
手性分子
解释什么是手性分子，以及手性分子的定义和性质。
有机化学课件立体化学ppt课件
量子化学计算
基于量子力学原理计算分子的电子结构和性质，可深入揭示有机 物的立体化学本质和反应机理。
人工智能与机器学习
结合大数据和机器学习算法，可加速新有机物的设计和合成，为 立体化学研究提供新的思路和方法。
06
总结与展望：立体化学发展趋势和挑 战
当前存在问题和挑战
01
立体化学合成方法有限
目前立体化学合成方法仍然相对有限，对于复杂分子的合成仍面临较大
05
立体化学分析方法与技术进展
传统分析方法回顾（如：极谱法、色谱法等）
极谱法
利用物质在电解过程中的电极电位与浓度之间的关系进行分析，主要用于无机物和有机物的定性和定量分析。
色谱法
基于物质在固定相和流动相之间的分配平衡，通过流动相的洗脱将不同物质分离，常用于复杂样品的分离和纯化。
现代波谱技术在立体化学中应用（如
立体选择性合成是获得具有特定立体构型药物分子的关键步骤，对于提高药物疗效和降低副 作用具有重要意义。
面临的挑战
立体选择性合成面临着反应条件苛刻、合成步骤繁琐、产物纯度难以控制等挑战。
机遇与发展
随着有机合成化学、计算化学等学科的不断发展，立体选择性合成的方法和技术也在不断改 进和完善，为药物研发提供了更多的机遇和可能性。例如，利用不对称催化、新型手性配体 等策略，可以实现高效、高选择性的立体选择性合成。
对称性与手性判断
对称性判断
通过观察分子是否具有对称轴、对称 面等对称因素来判断。
手性判断
通过判断分子是否具有手性碳原子或其 他不对称因素来判断。具有手性碳原子 的分子一定是手性分子，但手性分子不 一定具有手性碳原子。
立体化学原理ห้องสมุดไป่ตู้应用
立体化学原理
基于量子力学原理计算分子的电子结构和性质，可深入揭示有机 物的立体化学本质和反应机理。
人工智能与机器学习
结合大数据和机器学习算法，可加速新有机物的设计和合成，为 立体化学研究提供新的思路和方法。
06
总结与展望：立体化学发展趋势和挑 战
当前存在问题和挑战
01
立体化学合成方法有限
目前立体化学合成方法仍然相对有限，对于复杂分子的合成仍面临较大
05
立体化学分析方法与技术进展
传统分析方法回顾（如：极谱法、色谱法等）
极谱法
利用物质在电解过程中的电极电位与浓度之间的关系进行分析，主要用于无机物和有机物的定性和定量分析。
色谱法
基于物质在固定相和流动相之间的分配平衡，通过流动相的洗脱将不同物质分离，常用于复杂样品的分离和纯化。
现代波谱技术在立体化学中应用（如
立体选择性合成是获得具有特定立体构型药物分子的关键步骤，对于提高药物疗效和降低副 作用具有重要意义。
面临的挑战
立体选择性合成面临着反应条件苛刻、合成步骤繁琐、产物纯度难以控制等挑战。
机遇与发展
随着有机合成化学、计算化学等学科的不断发展，立体选择性合成的方法和技术也在不断改 进和完善，为药物研发提供了更多的机遇和可能性。例如，利用不对称催化、新型手性配体 等策略，可以实现高效、高选择性的立体选择性合成。
对称性与手性判断
对称性判断
通过观察分子是否具有对称轴、对称 面等对称因素来判断。
手性判断
通过判断分子是否具有手性碳原子或其 他不对称因素来判断。具有手性碳原子 的分子一定是手性分子，但手性分子不 一定具有手性碳原子。
立体化学原理ห้องสมุดไป่ตู้应用
立体化学原理
有机化学 第四章 立体化学
亮丙酸α亮暗乳酸立体化学：研究有机物分子的三度空间结构即立体结构及其对化合物物理性质和化学反应的影响。
同分异构构造异构碳链（碳架）异构官能团位置异构官能团异构互变异构立体异构构型异构构象异构顺反异构光学异构立体异构：分子组成与构造相同，但原子在空间的排列方式不同的化合物称为立体异构。
COOH CH 3OH HH 3C OHCOOHH--对映异构：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。
第一节、旋光性第二节、手性第三节、含一个不对称碳原子化合物第四节、含几个不对称碳原子的开链化合物第五节、环状化合物的立体结构第六节、构象和旋光性一、偏振光光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直。
平面偏振光如果让光通过一个象栅栏一样的Nicol 棱镜(起偏镜)就不是所有方向的光都能通过，而只有与棱镜晶轴方向平行的光才能通过。
这样，透过棱晶的光就只能在一个方向上振动，象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。
把两个Nicol棱镜平行放置，普通的光透过第一个棱镜后变成偏光，偏光能否透过第二个Nicol 棱镜(检偏镜) 取决于两个棱镜的晶轴是否平行，平行则可透过；否则不能通过。
如果在两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质：亮丙酸α亮暗乳酸二、旋光性物质和比旋光度结论：物质有两类(1)旋光性物质: 能使偏振光振动面旋转的性质,叫做旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。
(2)非旋光性物质: 不具有旋光性的物质，叫做非旋光性物质。
旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度，以“ ”表示。
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。
但旋光度“α”受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响，为了便于比较，常用比旋光度[α]来表示：C l α[α] =l t 式中：α为旋光仪测得试样的旋光度；c 为试样的质量浓度，单位g.ml -1;l 为盛液管的长度，单位dm 。
初中化学立体化学ppt课件 (2)
CH
3 3
CH
3
axial (up)
equtorial (up)
CH
3
axial (down)
5. Substituted cyclohexane
1,2-disubstituted cyclohexane -----trans-isomer is more stable (for ee is more stable than ea) How about 1,3- and 1,4- disubstituted cyclohexane? Please try to draw out their chair conformers and answer the question
H 3C O OH
O
of atoms
Isomerism
Stereoisomers
---- with same bonding attachments of atoms but different
H C CH3 C OH CH3
C H 3C H = C H O H
H H C C H OH
H 3C O
三、构型异构 ——对映异构和非对映异构
2、手性分子、手性碳原子和对映异构 Handedness, Chirality, Chiral center, Enantiomer
A A
B
D C
D C B
三、构型异构 ——对映异构和非对映异构
3、绝对构型(Absolute Configuration) 和构型表示方法 (R and S)
H O CH3 CH3 O H
spatial orientations
H H
H
H
Isomerism
3 3
CH
3
axial (up)
equtorial (up)
CH
3
axial (down)
5. Substituted cyclohexane
1,2-disubstituted cyclohexane -----trans-isomer is more stable (for ee is more stable than ea) How about 1,3- and 1,4- disubstituted cyclohexane? Please try to draw out their chair conformers and answer the question
H 3C O OH
O
of atoms
Isomerism
Stereoisomers
---- with same bonding attachments of atoms but different
H C CH3 C OH CH3
C H 3C H = C H O H
H H C C H OH
H 3C O
三、构型异构 ——对映异构和非对映异构
2、手性分子、手性碳原子和对映异构 Handedness, Chirality, Chiral center, Enantiomer
A A
B
D C
D C B
三、构型异构 ——对映异构和非对映异构
3、绝对构型(Absolute Configuration) 和构型表示方法 (R and S)
H O CH3 CH3 O H
spatial orientations
H H
H
H
Isomerism
(推荐)《立体化学》PPT课件
第四章 立体化学
第一节 同分异构分类
碳链异构
同分异构构造异构官位能置团异异构构
立体异构构 构型 象异 异构 构
构型异构
几何异构
旋光异构
对映体
非对映体
第二节 物质的旋光性
一、平面偏振光
振动方向
单色光
传播方向
偏振光 方解石
(Nicol prism)
二、旋光性与比旋光度
物质
右旋
平面偏振光
左旋
比旋光度的定义：
例如：
CHO
HO
H
COOH
HgO
HO
H
COOH
HNO2
HO
H
CH2OH L-（-） -甘油醛
COOH
HO
H
CH2OH L-（+） -甘油酸
COOH
[H]
HO
H
CH2NH2 L-（-） -异丝 氨酸
NOBr
CH3 L-(+)- 乳 酸
CH2Br L-（+)- -溴乳 酸
二、绝对构型（1970）
1、R/S 构型系统命名法：
例：
CH3
H
CH2Cl
C2H5
优 先次序 -CH2Cl>-C2H5>-CH3>-H
排 序：顺时针 （R） 真 实构型：反原向 （S）-2-甲 基-1-氯丁烷
例：
H
C H 2=C H C H 2
C H 2C l
CH3
-C H 2C l> C H 2= C H -C H 2-> -C H 3> -H 逆 时 针 ； "小 "在 上 下 同 原 向 （ S ） -4-甲 基 -5-氯 -1-戊 烯
第一节 同分异构分类
碳链异构
同分异构构造异构官位能置团异异构构
立体异构构 构型 象异 异构 构
构型异构
几何异构
旋光异构
对映体
非对映体
第二节 物质的旋光性
一、平面偏振光
振动方向
单色光
传播方向
偏振光 方解石
(Nicol prism)
二、旋光性与比旋光度
物质
右旋
平面偏振光
左旋
比旋光度的定义：
例如：
CHO
HO
H
COOH
HgO
HO
H
COOH
HNO2
HO
H
CH2OH L-（-） -甘油醛
COOH
HO
H
CH2OH L-（+） -甘油酸
COOH
[H]
HO
H
CH2NH2 L-（-） -异丝 氨酸
NOBr
CH3 L-(+)- 乳 酸
CH2Br L-（+)- -溴乳 酸
二、绝对构型（1970）
1、R/S 构型系统命名法：
例：
CH3
H
CH2Cl
C2H5
优 先次序 -CH2Cl>-C2H5>-CH3>-H
排 序：顺时针 （R） 真 实构型：反原向 （S）-2-甲 基-1-氯丁烷
例：
H
C H 2=C H C H 2
C H 2C l
CH3
-C H 2C l> C H 2= C H -C H 2-> -C H 3> -H 逆 时 针 ； "小 "在 上 下 同 原 向 （ S ） -4-甲 基 -5-氯 -1-戊 烯
配位化学第4章 配合物的立体化学与异构现象
迄今为止, 罕有五配位化合物异构体的实例报道, 无 疑这与TBP←→SP两种构型容易互变有关, 因为互 变将使得配体可以无差别的分布于所有可能出现的 位置.
尽管X-射线衍射和红外光谱结果显示, 在[Fe(CO)5] 和PF5中, 处于轴向(z轴)的配体和处于赤道平面(xy 平面)的配体, 其环境是不等价的, 但NMR研究却证 实, [Fe(CO)5]或PF5中所有五个配位位置的配体都 是完全等价的, 这些结果揭示出这些分子在溶液中 具有流变性(fluxional molecules), 即分子结构在溶 液中的不确定性.
217 pm 187 187
Ni
187 184
199 pm 183
190 Ni
185 191
四方锥
变形三角双锥
图 4–3 在配合物[Cr(en)3][Ni(CN)5]1.5H2O中, 配阴离 子[Ni(CN)5]3–的两种结构
b) 三角双锥结构
五配位的非金属化合物如PF5具有三角双锥结构, 轴向 和赤道平面的P–F键键长是非等价的. 一般说来, 在PX5 分子中, 轴向键长比赤道平面的键长要稍长些. 但在配 合物[CuCl5]3−中赤道平面的键长反而比轴向键长稍微长 一些, 见图 4–2.
欲从四方锥(SP)构型转变成三角双锥(TBP)构型的话, 结构上看, 只需要挪动其中一个配体的位置即可, 反之 亦然.
在图 4–3中列出了[Ni(CN)5]3−既可以采取四方锥结构也 可以采取歪曲的三角双锥结构. 将四方锥底的两个对位 配体向下弯曲可转变成三角双锥结构的两个赤道配体, 在这个扭变的三角双锥结构中, 赤道平面的另一个配体 源于原先的锥顶配体, 赤道平面上的其中一个C–Ni–C 夹角(142°)要明显大于另外两个C–Ni–C的夹角 (107.3°和111
有机化学 第四章 立体异构
和溶液的浓度、样品管的长度、温度、 光的波长都有关系。
（二）、旋光仪和比旋光度
Nicol棱镜
旋光仪的工作原理
WXG-4圆盘旋光仪
t： 比旋光度 [ α ]λ
测定温度
比旋光度
[α] t λ=
波长
α
旋光度（旋光仪上的读数）
l × ρ
溶液的浓度（g/ml） 盛液管长度（dm）
质量浓度ρB = 1g/ml的旋光物质溶液，放在l = 1dm长的盛液管中测得的旋光度为这个物质的比
CHO H OH CH2OH COOH [O] HgO H OH CH2OH
D-（+）-甘油醛
D-（-）-甘油酸
If the —OH or —NH2 which attaches to the
chiral carbon atom lies on the right，the
molecule is called ―D‖；if on the left，i H H Cl F H
有对称中心的分子能和它的镜像重合，没有手性
一般来讲，一种分子不能重叠镜像的条件是这 种分子没有对称面，也没有对称中心。
Plane of Symmetry
对映异构体
对映体的物理性质和化学性质一般 都相同，比旋光度的数值相等，但旋光 方向相反；等量对映体的混合物称为外 消旋体（Racemate） ，用dl或（± ） 表示。 Racemic Mixtures
手性分子
Amino acid possesses a carbon with four different attached groups (R, NH2, H, COOH); there is no such carbon in propanoic acid.
（二）、旋光仪和比旋光度
Nicol棱镜
旋光仪的工作原理
WXG-4圆盘旋光仪
t： 比旋光度 [ α ]λ
测定温度
比旋光度
[α] t λ=
波长
α
旋光度（旋光仪上的读数）
l × ρ
溶液的浓度（g/ml） 盛液管长度（dm）
质量浓度ρB = 1g/ml的旋光物质溶液，放在l = 1dm长的盛液管中测得的旋光度为这个物质的比
CHO H OH CH2OH COOH [O] HgO H OH CH2OH
D-（+）-甘油醛
D-（-）-甘油酸
If the —OH or —NH2 which attaches to the
chiral carbon atom lies on the right，the
molecule is called ―D‖；if on the left，i H H Cl F H
有对称中心的分子能和它的镜像重合，没有手性
一般来讲，一种分子不能重叠镜像的条件是这 种分子没有对称面，也没有对称中心。
Plane of Symmetry
对映异构体
对映体的物理性质和化学性质一般 都相同，比旋光度的数值相等，但旋光 方向相反；等量对映体的混合物称为外 消旋体（Racemate） ，用dl或（± ） 表示。 Racemic Mixtures
手性分子
Amino acid possesses a carbon with four different attached groups (R, NH2, H, COOH); there is no such carbon in propanoic acid.
2019年立体化学03——邢其毅课件.ppt
COOH H3C H
C2H5
D
C2H5
CH3 H
COOH
E
COOH H CH3
C2H5 F
C2H5 H CH3
COOH
G
C2H5 H3C H
COOH
H
• 将投影式在纸平面上旋转90o,则成它的对映体。
CH2CH3 H3C H
COOH
R
转 90o (在纸平面上)
CH3
HOOC
CH2CH3
H
S
• 将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调, 对调一次 （或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。
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。
2. 旋光仪、旋光度、比旋光度
单色光源 起偏镜
a a
目镜
盛液管
检偏镜
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
HOOC NO2
O2N COOH
O2N COOH
HOOC NO2
当一个苯环对称取代时（即邻位两个取代基相同时），
分子无手性。
O2N Cl
HOOC Cl
联萘衍生物：2,2’-联萘二酚是手性分子。
OH
OH
3. 螺旋型分子
末端两苯环不在同平面上。 (-)-六螺駢苯
4. 含其它不对称原子的光活性分子
CH3CH2
sp sp2
A
A'
CCC
B
4第四章 立体化学( Stereochemistry)
L-（-）-甘油醛
4.2.2 R/S绝对构型标记法
R/S标记法规则如下： 1. 将手性碳原子上相连的四个不同原子或基团 （a，b，c，d）按次序规则从大到小排列成序 （假定a＞b＞c＞d） 2. 将最低次序的原子或基团（d）远离观察者 ，其余三个原子或基团面向观察者，观察三个 原子或基团由大到小的顺序，若由 a→b→c为 顺时针方向旋转的为R构型（R为拉丁文Rectus 的缩写，表示右），若是逆时针方向旋转的为S 构型（S为拉丁文Sinister的缩写，表示左）。
*
4.1.2分子的对称性
1.
对称面(σ )： 假设在分子中有一个平面，它 能够把分子分割成互为实物与镜像关系的两部 分，这个平面就叫做这个分子的对称面（ symmetrical plane）。
分子的对称面
2.
对称中心（i） 设想分子中有一点，从分子 的任一原子或基团出发，向该点引一直线并延 长出去，在距该点等距离处，总会遇到相同的 原子或基团，这个点就叫做分子的对称中心（ symmetrical center）。
4.1
对映异构的基本概念
对映异构体和手性分子 分子的对称性 对映体的旋光性 对映体的表示方法
4.1.1对映异构体和手性分子
手性分子：互为实物与镜像关系，但不
能重叠的性质称为手征性或手性，具有 手性的分子称为手性分子。与其镜像重 叠的分子称为非手性分子。
对映异构体：互为实物与镜像关系，但Leabharlann CHO H OH CH2OH HO
CHO H
HOCH2
R-甘油醛
S- 甘油醛
4.3
含有手性碳原子的分子
异构体和外消旋体
CHO H OH CH2OH HO CHO H CH2OH
《立体化学教学》课件
手性来源
手性主要来源于碳原子的四个单键，使得碳 原子在形成有机分子时，可能形成两种不同 的空间排列方式，从而产生手性。
手性判断
判断一个分子是否具有手性，可以通过查看 其是否具有手性碳原子，即连接四个不同基 团的碳原子。
对映体
01
02
03
对映体定义
对映体是指通过镜面对称 的方式无法重合的两个立 体异构体。
02
它涉及到有机化学、无机化学、 物理化学等多个学科领域，是化 学学科的一个重要分支。
立体化学的重要性
立体化学对于理解分子性质、化学反 应机制以及药物设计等方面具有重要 意义。
通过了解分子的三维结构，可以更好 地理解其物理性质和化学性质，预测 其反应行为，为新材料的开发和药物 的设计提供理论支持。
动态立体化学的应用
动态立体化学在药物设计和合成、催 化剂设计等领域有广泛应用，了解分 子构型的变化有助于优化化学反应过 程和开发新的化学技术。
04
立体化学的教学策略与技巧
利用模型进行立体展示
总结词
通过实物模型展示分子结构，帮助学生理解立体化学的概念。
详细描述
利用分子模型展示分子的三维结构，让学生直观地观察分子中原子在空间中的排列方式。通过对比不同结构的分 子模型，解释立体化学中的概念，如顺反异构、手性等。
旋光性测定的教学案例
总结词
演示旋光性测定的实验操作和数据分析
详细描述
介绍旋光性测定的基本原理和实验操作，包 括旋光仪的构造和工作原理、样品的制备和 测量步骤等。通过具体的旋光性测定实验， 演示实验操作过程和数据分析方法，包括旋 光度的测量、图谱解析和误差分析等。同时 ，强调旋光性测定在化学、生物和医学等领 域的重要应用。
第四章对映异构与非对映异构
立体化学Figure 4.1 A Molecule of lactic acidand its mirror imagea bCOOHCOOHCH 3CH 3OHOH4.1.2 手性分子Figure 4.2 The molecule is super imposable on its mirror imageCOOHCOOHCH 3OHOHz 定义：任何一个不能和它的镜象完全重叠的分子，也称不对称分子。
z 凡是手性分子都具有旋光活性。
CHEM TVz平面偏振光：只在同一个平面内振动的光，简称偏振光。
Figure 4.4 The nature of plane-polarized light4.2.2 物质的旋光性Figure 4.5 Ability of a molecule to rotate plane-polarized light图4.6 WXG-4 圆盘旋光仪（手动测量，测量范围：±180o , 准确度：b-起偏镜c-盛液管d-检偏镜e-刻度盘ab cd e4.7 WXG-5半自动旋光仪工作模式: 旋光度、比旋度、溶液浓度和糖度, 自动重复测6次并计算平4.8 WZZ-3数字自动旋光仪练习（2008农学联考）+25°/ (0.1g.mL-1×2.5dm) = +100°对称面：把分子分为实物与镜象关系的平面。
手性碳原子：和四个不相同的原子或基团相连的碳原子。
*CH3CH3*HHCH3 CH3D－乳酸的Fischer 投影式COOH COOH对构型。
(+)-z R－乳酸的Fischer投影式是（）。
（2008农学联考）练习（2009农学联考）H5C6HO HH CH3NHCH312D定义：可以用平面将分子分成实物和镜影关系的两两个不对称原子的旋光性相反, 整个分子没有旋光活性的异构体(meso)。
2001年度诺贝尔化学奖获得者及其主要贡献Willam S. Knowles主要贡献威廉诺尔斯：1942年获美国哥伦比亚大学博士学位，曾就职于孟山都公司，主要开发了不对称氢化反应的手性催化剂。
第四章 立体化学2010
第四章 对映异构与非对映异构
同分异构体的类型
碳架异构体 构造异构体 取代基或官能团位置异构体 官能团异构体 同分异构体 构象异构体 立体异构体 构型异构体 旋光异构体 顺反异构体
立体异构体的定义： 立体异构体的定义： 分子中的原子或原子团互相连接的次序 相同， 相同，但在空 间的排列方向不同而引起 的异构体。 的异构体。 立体化学的任务： 立体化学的任务：研究分子的立体形象及 与立体形象相联系的特殊物理性质和化学 性质的科学。 性质的科学。
The nature of plane-polarized light 1、平面偏振光：只在同一个平面内振动的 、平面偏振光： 光，叫平面偏振光，简称偏振光。 叫平面偏振光，简称偏振光。
物质的旋光性
Ability of a molecule to rotate planepolarized light
——判别单环化合物旋光性的方法 判别单环化合物旋光性的方法
实验证明： 实验证明： 凡是有对称中心和对称平面的单环 化合物无旋光性，反之则有旋光性 。 化合物无旋光性，反之则有旋光性.。
A
A
A A
无旋光（对称面 无旋光（对称面)
有旋光
A A
A A
无旋光（对称中心） 无旋光（对称中心）
A
有旋光
A
A
A
(R)-(-)-乳酸 乳酸 mp 53oC [α]D=-3.82 α pKa=3.83(25oC)
2 化学性质： 化学性质： 对映体在非手征性条件下化学性质相同。 对映体在非手征性条件下化学性质相同。
立体化学的意义
生物体内几乎所有的化学反应都需 要酶催化， 要酶催化，而酶对底物具有极高的立体 结构的要求， 结构的要求，所以不同立体结构的异构 体一般具有极不相同的生理作用。 体一般具有极不相同的生理作用。
同分异构体的类型
碳架异构体 构造异构体 取代基或官能团位置异构体 官能团异构体 同分异构体 构象异构体 立体异构体 构型异构体 旋光异构体 顺反异构体
立体异构体的定义： 立体异构体的定义： 分子中的原子或原子团互相连接的次序 相同， 相同，但在空 间的排列方向不同而引起 的异构体。 的异构体。 立体化学的任务： 立体化学的任务：研究分子的立体形象及 与立体形象相联系的特殊物理性质和化学 性质的科学。 性质的科学。
The nature of plane-polarized light 1、平面偏振光：只在同一个平面内振动的 、平面偏振光： 光，叫平面偏振光，简称偏振光。 叫平面偏振光，简称偏振光。
物质的旋光性
Ability of a molecule to rotate planepolarized light
——判别单环化合物旋光性的方法 判别单环化合物旋光性的方法
实验证明： 实验证明： 凡是有对称中心和对称平面的单环 化合物无旋光性，反之则有旋光性 。 化合物无旋光性，反之则有旋光性.。
A
A
A A
无旋光（对称面 无旋光（对称面)
有旋光
A A
A A
无旋光（对称中心） 无旋光（对称中心）
A
有旋光
A
A
A
(R)-(-)-乳酸 乳酸 mp 53oC [α]D=-3.82 α pKa=3.83(25oC)
2 化学性质： 化学性质： 对映体在非手征性条件下化学性质相同。 对映体在非手征性条件下化学性质相同。
立体化学的意义
生物体内几乎所有的化学反应都需 要酶催化， 要酶催化，而酶对底物具有极高的立体 结构的要求， 结构的要求，所以不同立体结构的异构 体一般具有极不相同的生理作用。 体一般具有极不相同的生理作用。
《立体化学》课件
2023 WORK SUMMARY
《立体化学》课件
REPORTING
目录
• 立体化学简介 • 立体化学基本概念 • 立体化学中的反应 • 立体选择性反应 • 立体化学的应用 • 立体化学的未来发展与挑战
PART 01
立体化学简介
定义与特点
定义
立体化学是研究分子在三维空间中结 构的科学，主要关注分子的几何构型 、构象和旋转轴对称性等。
方式的分子。
顺反异构体的性质
顺反异构体在化学性质上存在差异 ，但在物理性质方面相似。
顺反异构体的合成
顺反异构体的合成是立体化学研究 的重要内容之一，通常采用烯烃的 加成反应进行合成。
PART 03
立体化学中的反应
亲核反应
总结词
亲核反应是试剂向反应物的负电性中心进攻 的反应，通常是由具有孤对电子的中性分子 或负离子进攻正电性较弱的碳原子。
对映异构体
对映异构体的定义
对映异构体是指具有相同 化学组成但旋光方向不同 的分子。
对映异构体的性质
对映异构体在物理性质上 几乎相同，但在旋光性和 生物活性方面存在差异。
对映异构体的分离
对映异构体的分离是立体 化学研究的重要内容之一 ，通常采用化学或物理方 法进行分离。
非对映异构体
非对映异构体的定义
生物学中的立体化学对 于理解生物大分子的结 构和功能至关重要。例 如，蛋白质的结构和折 叠方式决定了其生物活 性，而核酸的结构则与 其遗传信息的传递和表 达密切相关。
生物学中的立体化学有 助于深入了解生物大分 子的相互作用和调控机 制。
通过研究生物大分子的 立体结构和相互作用， 可以揭示其复杂的调控 机制，为疾病诊断和治 疗提供新的思路和方法 。
《立体化学》课件
REPORTING
目录
• 立体化学简介 • 立体化学基本概念 • 立体化学中的反应 • 立体选择性反应 • 立体化学的应用 • 立体化学的未来发展与挑战
PART 01
立体化学简介
定义与特点
定义
立体化学是研究分子在三维空间中结 构的科学，主要关注分子的几何构型 、构象和旋转轴对称性等。
方式的分子。
顺反异构体的性质
顺反异构体在化学性质上存在差异 ，但在物理性质方面相似。
顺反异构体的合成
顺反异构体的合成是立体化学研究 的重要内容之一，通常采用烯烃的 加成反应进行合成。
PART 03
立体化学中的反应
亲核反应
总结词
亲核反应是试剂向反应物的负电性中心进攻 的反应，通常是由具有孤对电子的中性分子 或负离子进攻正电性较弱的碳原子。
对映异构体
对映异构体的定义
对映异构体是指具有相同 化学组成但旋光方向不同 的分子。
对映异构体的性质
对映异构体在物理性质上 几乎相同，但在旋光性和 生物活性方面存在差异。
对映异构体的分离
对映异构体的分离是立体 化学研究的重要内容之一 ，通常采用化学或物理方 法进行分离。
非对映异构体
非对映异构体的定义
生物学中的立体化学对 于理解生物大分子的结 构和功能至关重要。例 如，蛋白质的结构和折 叠方式决定了其生物活 性，而核酸的结构则与 其遗传信息的传递和表 达密切相关。
生物学中的立体化学有 助于深入了解生物大分 子的相互作用和调控机 制。
通过研究生物大分子的 立体结构和相互作用， 可以揭示其复杂的调控 机制，为疾病诊断和治 疗提供新的思路和方法 。
有机化学课件第四章立体化学
3
HO
H
CH3 I
CH3
2
HO
H
3
H
OH
CH3 II
CH3
2
H
OH
3
H
OH
CH3 III
四、含一个手性碳原子的化合物
还以乳酸为例，它含有一个手性碳原子，有手性，具有旋光 性，有一对对映体。
[ ] •发酵得到的乳酸是左旋的，其比旋光度为
20 = 3.8o D
•肌肉运动产生的乳酸是右旋的，其比旋光度为 3.8o 。
平面偏振光
偏振光能否透过第二个Nicol 棱镜 (检偏镜) 取决于两个 棱镜的晶轴是否平行，平行则可透过；否则不能通过。如果在 两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质：
亮
丙酸
α
暗
亮
乳酸
结论： 物质有两类：
（1）旋光性物质——能使偏振光振动面旋转的性质，叫做 旋光性；具有旋光性的物质，叫做旋光性物质。
（2）非旋光性物质——不具有旋光性的物质，叫做非旋光 性物质。
旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度，以“”
表示。
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。
旋光度“”受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响 ，为了便于比较，常用比旋光度[]来表示：
手性分子。
判别手性分子的依据
S1= S2= i
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
对称轴(Cn）
2 n
对称中心(i)
（或反演中心
）
更迭对称轴(Sn)（ 或旋转反射轴）
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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℃。
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;
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？
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)。
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
HHale Waihona Puke CH3CH3Fischer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
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
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。
(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：
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
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
（+）-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
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
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
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
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。
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℃。
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;
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？
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)。
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
HHale Waihona Puke CH3CH3Fischer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
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
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。
(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：
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
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
（+）-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
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
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
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
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。