含有多个手性碳原子的立体异构体中
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有机化学 Organic Chemistry
第八章 立体化学
立体化学是有机化学的重要组成部分 . 它的主 要内容是研究有机化合物分子的三度空间结构(立 体结构),及其对化合物的物理性质和化学反应的影
响.
立体异构体——分子的构造(即分子中原子相互联结
的方式和次序 ) 相同 , 只是立体结构 ( 即分子中原子在
• “ D”代表钠光波长 .因钠光波长 589nm 相当于太
阳光谱中的D线.
8.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构
•手性碳原子的概念— 在有机化合物中，手性分子大
顺反,Z、E异构
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
井冈山风景
桂林风情
镜像与手性的概念
左手和右手不能叠合
左右手互为镜像
• 一个物体若与自身镜像不能叠合,叫具有手性.
•在立体化学中,不能与镜像叠合的分子叫手性分子, 而能叠合的叫非手性分子.
—— 设想分子中有一条直线 , 当分子以此直线为轴 旋转360º /n后,(n=正整数),得到的分子与原来的分子 相同,这条直线就是n重对称轴.
有2重对称轴的分子(2-丁烯)
(2) 对称面(镜面) —— 设想分子中有一平面 , 它可以把分子分成互为 镜象的两半,这个平面就是对称面.如:
有对称面的分子 (氯乙烷)
• 饱和碳原子具有四面体结构. (sp3杂化) 例: 乳酸(2-羟基丙酸CH3-CHOH-COOH) 的立体结构：
乳酸的分子模型图
两个乳酸模型不能叠合
• 乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样,它们
不能相互叠合,但却互为镜像.
(一) 分子的对称性与手性的关系 •考察分子的对称性,要考察的对称因素有以下四种 (1) 对称轴(旋转轴)
空间的排列方式)不同的化合物是立体异构体.
• 本章主要讨论立体化学中的对映异构.
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 位置异构(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
旋光仪(polarimeter)
(2) 比旋光度的测定与换算 用任一浓度的溶液,在任一长度的盛液管中进行 测定 , 然后将实际测得的旋光度 , 按下式换算成比 旋光度[]:
式中: C--溶液浓度 (g/mL); l --管长(dm)
• 若被测得物质是纯液体,则按下式换算:
l C
•对映体是一对相互对映的手性分子 ,它们都有旋光
性,两者的旋光方向相反,但旋光能力是相同的.
8.2.2 比旋光度 • 由旋光仪测得的旋光度 ,甚至旋光方向 ,不仅与物质 的结构有关 , 而且与测定的条件 ( 样品浓度 , 盛放样品 管的长度,偏正光的波长及测定温度等)有关.
(1) 比旋光度--通常把溶液的浓度规定为1g/mL,盛液管 的长度规定为1dm,并把这种条件下测得的旋光度叫比 旋光度.一般用[]表示. • 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.
l
式中:
--液体的密度(g/cm3).
(3) 比旋Fra Baidu bibliotek度的表示方法
•通常将测定时的温度和偏正光的波长标出: • 溶剂对比旋光度也有影响,所以也要注明溶剂. 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:
t
20 D
52.5(水)
(二) 对映异构体 •凡是手性分子 , 必有互为镜像的构型 . 分子的手性是 存在对映体的必要和充分条件. • 互为镜像的两种构型的异构体叫做对映体. • 一对对映体的构造相同 ,只是立体结构不同 , 这种立 体异构就叫 对映异构 .如乳酸是手性分子 , 故有对映 体存在:
乳酸的对映体
8.2 旋光性和比旋光度 8.2.1 旋光性
4
(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
• 对称性与手性的关系: A: 非手性分子 ——凡具有对称面、对称中心或交 替对称轴的分子. B: 手性分子——既没有对称面,又没有对称中心,也 没有4重交替对称轴的分子,都不能与其镜像叠合,都 是手性分子. C:对称轴的有无对分子是否具有手性没有决定作用. • 在有机化学中 , 绝大多数非手性分子都具有对称面或 对称中心,或者同时还具有4重对称轴. • 没有对称面或对称中心,只有4重交替对称轴的非手性 分子是个别的. •手性分子的一般判断:只要一个分子既没有对称面,又 没有对称中心,就可以初步判断它是手性分子.
(3) 对称中心
——设想分子中有一个点,从分子中任何 一个原子出发 , 向这个点作一直线 , 再从 这个点将直线延长出去,则在与该点前一 线段等距离处,可以遇到一个同样的原子, 这个点就是对称中心.如：2,4-二甲基-环 丁烷-1，3-二羧酸和E-1，2-二氯乙烯
有对称中心的分子
(4) 交替对称轴(旋转反映轴) —— 设想分子中有一条直线 , 当分子以此直线为轴 旋转360º /n后,再用一个与此直线垂直的平面进行反 映(即作出镜像),如果得到的镜像与原来的分子完全 相同,这条直线就是交替对称轴.如：2，3，7，8-四 氯螺[4，4]壬烷
• 对映体的一般物理性质(熔点,沸点,相对密度...,以
及光谱)都相同,只有对偏振光的作用不同.
偏正光的形成
偏正光的旋转
旋光性的表示方法: • 旋光性--能旋转偏正光的振动方向的性质叫旋光性 • 旋光性物质(或叫光活性物质)--具有旋光性的物质. • 右旋物质--能使偏正光的振动方向向右旋的物质. 通常用 “d” 或 “+” 表示右旋. • 左旋物质--能使偏正光的振动方向向左旋的物质. 通常用 “ l ” 或 “-” 表示左旋. • 旋光度-- 偏正光振动方向的旋转角度.用“”表 示. •在有机化学中,凡是手性分子都具有旋光性(有些手 性分子旋光度很小);而非手性分子则没有旋光性.
第八章 立体化学
立体化学是有机化学的重要组成部分 . 它的主 要内容是研究有机化合物分子的三度空间结构(立 体结构),及其对化合物的物理性质和化学反应的影
响.
立体异构体——分子的构造(即分子中原子相互联结
的方式和次序 ) 相同 , 只是立体结构 ( 即分子中原子在
• “ D”代表钠光波长 .因钠光波长 589nm 相当于太
阳光谱中的D线.
8.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构
•手性碳原子的概念— 在有机化合物中，手性分子大
顺反,Z、E异构
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
井冈山风景
桂林风情
镜像与手性的概念
左手和右手不能叠合
左右手互为镜像
• 一个物体若与自身镜像不能叠合,叫具有手性.
•在立体化学中,不能与镜像叠合的分子叫手性分子, 而能叠合的叫非手性分子.
—— 设想分子中有一条直线 , 当分子以此直线为轴 旋转360º /n后,(n=正整数),得到的分子与原来的分子 相同,这条直线就是n重对称轴.
有2重对称轴的分子(2-丁烯)
(2) 对称面(镜面) —— 设想分子中有一平面 , 它可以把分子分成互为 镜象的两半,这个平面就是对称面.如:
有对称面的分子 (氯乙烷)
• 饱和碳原子具有四面体结构. (sp3杂化) 例: 乳酸(2-羟基丙酸CH3-CHOH-COOH) 的立体结构：
乳酸的分子模型图
两个乳酸模型不能叠合
• 乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样,它们
不能相互叠合,但却互为镜像.
(一) 分子的对称性与手性的关系 •考察分子的对称性,要考察的对称因素有以下四种 (1) 对称轴(旋转轴)
空间的排列方式)不同的化合物是立体异构体.
• 本章主要讨论立体化学中的对映异构.
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 位置异构(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
旋光仪(polarimeter)
(2) 比旋光度的测定与换算 用任一浓度的溶液,在任一长度的盛液管中进行 测定 , 然后将实际测得的旋光度 , 按下式换算成比 旋光度[]:
式中: C--溶液浓度 (g/mL); l --管长(dm)
• 若被测得物质是纯液体,则按下式换算:
l C
•对映体是一对相互对映的手性分子 ,它们都有旋光
性,两者的旋光方向相反,但旋光能力是相同的.
8.2.2 比旋光度 • 由旋光仪测得的旋光度 ,甚至旋光方向 ,不仅与物质 的结构有关 , 而且与测定的条件 ( 样品浓度 , 盛放样品 管的长度,偏正光的波长及测定温度等)有关.
(1) 比旋光度--通常把溶液的浓度规定为1g/mL,盛液管 的长度规定为1dm,并把这种条件下测得的旋光度叫比 旋光度.一般用[]表示. • 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.
l
式中:
--液体的密度(g/cm3).
(3) 比旋Fra Baidu bibliotek度的表示方法
•通常将测定时的温度和偏正光的波长标出: • 溶剂对比旋光度也有影响,所以也要注明溶剂. 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:
t
20 D
52.5(水)
(二) 对映异构体 •凡是手性分子 , 必有互为镜像的构型 . 分子的手性是 存在对映体的必要和充分条件. • 互为镜像的两种构型的异构体叫做对映体. • 一对对映体的构造相同 ,只是立体结构不同 , 这种立 体异构就叫 对映异构 .如乳酸是手性分子 , 故有对映 体存在:
乳酸的对映体
8.2 旋光性和比旋光度 8.2.1 旋光性
4
(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
• 对称性与手性的关系: A: 非手性分子 ——凡具有对称面、对称中心或交 替对称轴的分子. B: 手性分子——既没有对称面,又没有对称中心,也 没有4重交替对称轴的分子,都不能与其镜像叠合,都 是手性分子. C:对称轴的有无对分子是否具有手性没有决定作用. • 在有机化学中 , 绝大多数非手性分子都具有对称面或 对称中心,或者同时还具有4重对称轴. • 没有对称面或对称中心,只有4重交替对称轴的非手性 分子是个别的. •手性分子的一般判断:只要一个分子既没有对称面,又 没有对称中心,就可以初步判断它是手性分子.
(3) 对称中心
——设想分子中有一个点,从分子中任何 一个原子出发 , 向这个点作一直线 , 再从 这个点将直线延长出去,则在与该点前一 线段等距离处,可以遇到一个同样的原子, 这个点就是对称中心.如：2,4-二甲基-环 丁烷-1，3-二羧酸和E-1，2-二氯乙烯
有对称中心的分子
(4) 交替对称轴(旋转反映轴) —— 设想分子中有一条直线 , 当分子以此直线为轴 旋转360º /n后,再用一个与此直线垂直的平面进行反 映(即作出镜像),如果得到的镜像与原来的分子完全 相同,这条直线就是交替对称轴.如：2，3，7，8-四 氯螺[4，4]壬烷
• 对映体的一般物理性质(熔点,沸点,相对密度...,以
及光谱)都相同,只有对偏振光的作用不同.
偏正光的形成
偏正光的旋转
旋光性的表示方法: • 旋光性--能旋转偏正光的振动方向的性质叫旋光性 • 旋光性物质(或叫光活性物质)--具有旋光性的物质. • 右旋物质--能使偏正光的振动方向向右旋的物质. 通常用 “d” 或 “+” 表示右旋. • 左旋物质--能使偏正光的振动方向向左旋的物质. 通常用 “ l ” 或 “-” 表示左旋. • 旋光度-- 偏正光振动方向的旋转角度.用“”表 示. •在有机化学中,凡是手性分子都具有旋光性(有些手 性分子旋光度很小);而非手性分子则没有旋光性.