05-立体化学基础：手性分子
有机化学基础知识点整理立体化学与手性分子
有机化学基础知识点整理立体化学与手性分子立体化学与手性分子是有机化学中的重要知识点之一。
在有机化学中，分子的立体结构对其物理性质和化学性质具有重要影响。
本文将对立体化学与手性分子的基础知识进行整理和阐述。
一、立体化学的概念和背景立体化学是研究分子空间结构及其对化学性质的影响的一门学科。
与平面化学相对应，立体化学关注的是分子或离子在空间中的排列方式和空间构型对其性质的影响。
它的发展始于19世纪末，随着实验技术和理论研究的不断深入，立体化学的重要性逐渐被人们认识到。
二、手性分子的定义和特点手性分子是指存在镜像异构体，并且两种镜像异构体无法通过旋转等操作重合的分子。
手性分子具有以下特点：1. 镜像对映性：手性分子的两种镜像异构体之间无法重合，如左右手的关系。
2. 光学活性：手性分子会使通过该物质传播的光发生旋光现象，分为左旋和右旋两种。
三、手性分子的表示和命名为了描述和命名手性分子，科学家提出了多种表示方法和命名规则：1. 立体化学表示法：使用三维图形表示手性分子的立体结构，如Haworth投影式、刚体模型等。
2. 众多手性碳原子的命名规则：主要有Cahn-Ingold-Prelog（CIP）规则和D/L体系。
3. 手性分子的命名：根据手性碳原子的配置和官能团的命名来构建手性分子的名称，如（R）-苯乙醇、（S）-丙二酸等。
四、手性分子的合成和分离手性分子的合成和分离是有机化学中的重要课题。
有机化学家发展了多种手性合成和分离的方法，其中主要包括：1. 不对称合成法：通过引入手性试剂、手性催化剂或手性反应条件来实现手性分子的不对称合成。
2. 手性固相法：利用手性衍生剂或手性吸附剂将手性分子在固相介质中进行分离。
3. 气相色谱法：利用手性固定相实现手性分子的分离和鉴定。
五、手性分子在化学和生物中的重要性手性分子在化学和生物学中具有重要的应用价值和研究意义：1. 药物活性和毒性：手性分子和手性药物之间的立体结构差异可以导致不同的药物活性和毒性。
有机化学基础知识点整理立体化学基础概念
有机化学基础知识点整理立体化学基础概念有机化学基础知识点整理——立体化学基础概念引言：有机化学是研究碳元素化合物的构造、性质和变化的一门学科，而立体化学则是有机化学中重要的基础概念之一。
在有机化学中，分子的立体构型对于反应性、性质和生物活性有着重要影响。
本文将着重整理一些有机化学中的立体化学基础概念，以帮助读者更好地理解有机化学中的立体结构，进而对有机化学进行深入学习。
一、手性与手性中心手性是指分子或物体与其镜像体不可重合的性质。
在有机化学中，手性分子是指拥有手性中心或手性轴的分子。
手性中心是指一个碳原子上连接着四个不同基团的碳原子，它使得分子无法与自身的镜像体重合。
手性分子在光学活性、药物作用和化学性质等方面具有独特的特性。
二、立体异构与构象异构1. 立体异构立体异构是指分子的空间排列方式不同而产生的异构体。
常见的立体异构有以下两种类型：(1) 旋转异构：由于单键的自由旋转，骨架构型可以发生一定程度的旋转，产生旋转异构体。
(2) 互变异构：由于键的旋转受到某些限制，使分子无法通过旋转达到立体异构体之间的互变。
2. 构象异构构象异构是指分子在空间中采取不同的构象，但化学键没有发生断裂或形成新的键。
构象异构分为以下几种类型：(1) 键的旋转构象异构：分子在有某些限制的情况下，通过键的旋转而形成的构象异构。
(2) 环的变形构象异构：分子中含有环系统，通过环的弯曲或平面变形产生的构象异构。
(3) 键的翻转构象异构：分子中存在于键的两个端点之间的三个最佳位置，通过在这三个位置间进行翻转形成的构象异构。
三、立体化学的表示方法1. 常用的立体表示方法(1) 空间结构式：通过笛卡尔坐标系中的三维坐标表示分子的立体构型。
(2) 键切式：通过表示分子和化学键之间关系的切面图形来表示立体构型。
(3) 投影式：通过投影方式来表示立体构型，包括斜投影式、哈维利投影式等。
2. 立体异构体的命名方法(1) IUPAC命名法：使用希腊字母（R和S）来表示手性异构体，其中R表示顺时针方向，S表示逆时针方向。
手性分子
纸面上旋转180° 纸面上旋转180° 180
= HO
CH3 H
OH
COOH
COOH
H
纸面上旋转90° 纸面上旋转90° 90
H CH3 OH H3C OH COOH
投影式不能离开纸面进行翻转。 2、 Fischer 投影式不能离开纸面进行翻转。 3、如果使Fischer 投影式中的一个基团保持 如果使Fischer 固定， 固定，而把另外三个基团顺时针或逆时针调换 位置，不会改变原化合物的构型。 位置，不会改变原化合物的构型。
外消旋体：等量左旋体与右旋体的混合物。 外消旋体：等量左旋体与右旋体的混合物。无 混合物 旋光性。 用 (±) 、RS或 (dl)表示。 旋光性。 ± 或 表示。 表示 (±) –乳酸 ± 乳酸
原因：一对映体，旋光度相等，旋光方向相反。 原因：一对映体，旋光度相等，旋光方向相反。 性质： 性质：外消旋体的物理性质与纯的单一对映体 比较有所不同。 比较有所不同。
课堂练习：问题 － 课堂练习：问题5－2
第二节
一、投影方法
费歇尔投影式
COOH
HO
H
CH3
把主链竖 立，编号 最小碳放 在上端
划十字线， 划十字线， 交点代表手性 横键向前， 碳，横键向前，竖键向 。
含有两个手性碳的手性分子的投影
CH3 HO
HO C C OH CH3 H
H OH CH3
H
H H3 C
立体化学基础： 第五章 立体化学基础：手性分子
碳链异构 位置异构 构造异构 同分异构 立体异构 构象异构 官能团异构 互变异构 构型异构 对映异构 顺反异构
构造异构：分子组成相同而原子（ 构造异构：分子组成相同而原子（团）相互连接方 异构 式和顺序不同 空间排列方式不同 立体异构：分子中原子（ 立体异构：分子中原子（团）在空间排列方式不同
手性分子介绍ppt课件
d
c
若a>b>c为“逆”——S型
a R-
HO
H C COOH
CH3
OH.>COOH>CH3>H
R-乳酸（R-2-羟基丙酸）
b
C
d
a
c
S-
18
在菲舍尔投影式
如果：a > b > c > d
a
a
a
a
d
bd
c b
cc
b
c S-
b R-
d在横键上 顺时针：S逆时针：R-
d S-
d R-
d在竖键上 逆时针：S顺时针：R-
6
二、旋光性和比旋光度
一对对映体，它们的一般物理性质（如：熔沸点、密 度、折光率、在非手溶剂中的溶解度以及光谱性质）相同， 但它们对偏振光的作用不同。 1）偏振光
尼克尔 棱镜
普通光线
平面偏振光
7
2）旋光性
介质
能使偏振光发生偏转的性质，称为旋光性；具有这 种性质的物质，称为旋光性物质（光活性物质）； 反之 为非光活性物质。 使偏振光振动方向旋转的角度称为旋光度，用α表示。 使偏振光振动方向向左旋称为左旋体，用“－”表示； 向右旋的称为右旋体，用 “+”表示。
Cl
H
Cl
H
H
H
4
2）对称中心
若分子中有一点，从分子中的任一原子或基团出发，向 该点引一直线，若在距该点等距离处，有一相同的原子 或基团，这点是对称中心，用i表示。
Cl HH i CH3
CH3 HH Cl
5
凡是分子中具有对称面或对称中心的分子一般是 非手性分子；反之分子具有手性。
凡是手性分子必有互为镜像的两种构型，互为镜像 的两种构型的异构体叫做一对对映体。这种立体异构 称为对映异构。 注意：要把一种构型转变成它的对映异构体，必须断 裂分子中的化学键，然后对调两个基团的位置。
有机化学基础知识点整理立体化学中的手性识别
有机化学基础知识点整理立体化学中的手性识别立体化学中的手性识别手性是有机化学中一个非常重要的概念，广泛应用于药物合成、材料科学等领域。
手性识别作为手性合成的前提和基础，是有机化学中的基础知识点之一。
本文将对手性的概念、手性分子的产生原因以及手性识别的方法进行整理和介绍。
一、手性的概念手性是指分子不具备轴对称性或面对称性，不能与其镜像重合的性质。
手性分子由手性中心或手性轴引起，具有两种不同的立体异构体，称为对映异构体或对映体。
对映体之间的相互转化需要打破化学键，因此具有非常高的化学和生物活性差异，尤其在药物研发中具有重要的作用。
二、手性分子的产生原因手性分子的产生主要有两种原因：空间异构和动力学异构。
1. 空间异构空间异构是由于手性分子的分子结构产生的，包括手性中心、手性轴和手性面。
手性中心是指一个分子中有一个碳原子与四种不同的基团连接，或者是一个原子具有两个或两个以上的非环顺式键。
手性中心对称关系下的两个异构体通过对称中心对立，互为镜像。
手性轴是指没有手性中心的分子，但其结构存在旋转轴。
手性轴的旋转将分子转化为其镜像分子。
手性面是指没有手性中心和手性轴的分子，但其结构存在镜面反射形成的平面。
2. 动力学异构动力学异构是指分子在一定条件下，通过化学反应或物理作用发生构象变化而产生的异构体。
这种异构体的转化一般不需要打破化学键，可以通过温度、溶剂等因素来控制。
三、手性识别的方法手性识别的方法主要包括实验方法和理论方法两种。
1. 实验方法实验方法是通过物理性质或化学性质的差异来进行手性的识别。
常用的实验方法包括：（1）旋光法：利用手性分子旋光光线的性质来确定其手性。
（2）质谱法：利用手性分子在质谱仪上的质谱图特征来判断其手性。
（3）核磁共振法：利用手性分子在核磁共振谱仪上的信号差异来区分其手性异构体。
2. 理论方法理论方法是通过计算机模拟和量子化学方法来预测和解释手性分子的性质和行为。
常用的理论方法包括：（1）密度泛函理论：利用电子结构计算方法和密度泛函理论来预测手性分子的光学旋光性质。
大学有机化学立体化学基础手性分子讲义
大学有机化学立体化学基础手性分子讲义一、教学内容1. 手性碳原子：介绍手性碳原子的定义、判断方法以及手性碳原子的性质。
2. 手性分子：介绍手性分子的定义、分类以及手性分子的性质。
3. 手性分子的光谱性质：介绍手性分子在不同光谱范围内的表现形式，如红外光谱、紫外光谱等。
4. 手性分子的化学反应：介绍手性分子在化学反应中的特性，如不对称催化、手性分子的选择性反应等。
5. 手性分子的应用：介绍手性分子在医药、农药、材料科学等领域的应用。
二、教学目标1. 了解手性碳原子的定义和判断方法，掌握手性碳原子的性质。
2. 掌握手性分子的定义和分类，了解手性分子的性质。
3. 了解手性分子的光谱性质，认识手性分子在不同光谱范围内的表现形式。
4. 理解手性分子在化学反应中的特性，如不对称催化、手性分子的选择性反应等。
5. 了解手性分子在医药、农药、材料科学等领域的应用。
三、教学难点与重点重点：手性碳原子的判断方法、手性分子的性质、手性分子的光谱性质、手性分子的化学反应。
难点：手性分子的分类、手性分子在不同光谱范围内的表现形式、手性分子在化学反应中的特性。
四、教具与学具准备教具：PPT、黑板、粉笔。
学具：笔记本、彩色笔、课本。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一些日常生活中常见的的手性分子，如氨基酸、糖类等，引发学生对手性分子的兴趣。
2. 手性碳原子的定义和判断方法：通过PPT讲解手性碳原子的定义和判断方法，让学生掌握手性碳原子的性质。
3. 手性分子的定义和分类：通过PPT讲解手性分子的定义和分类，让学生了解手性分子的性质。
4. 手性分子的光谱性质：通过PPT讲解手性分子在不同光谱范围内的表现形式，让学生认识手性分子的光谱性质。
5. 手性分子的化学反应：通过PPT讲解手性分子在化学反应中的特性，让学生理解手性分子的化学反应。
6. 手性分子的应用：通过PPT讲解手性分子在医药、农药、材料科学等领域的应用，让学生了解手性分子的实际应用价值。
第五章 立体化学基础
第五章立体化学基础：手性分子1．将1.5g的旋光物质溶解在乙醇中，配成50ml溶液：（1）假如该溶液在10 cm 旋光仪管中观察旋光度为+2.79°时，求出20℃时的钠光（D线）下的比旋光度；（2）假如上述溶液在5 cm 旋光管中测定，那么测得的旋光度是多少？（3）若将此溶液由50ml稀释到150ml 且在10cm管中进行测定，旋光度又是多少?2．比旋光度是+40°的某物质，在1分米的旋光管中测得的旋光值为+10°。
试问此物质溶液的百分浓度为多少？3．判断下列分子是否具有对称中心、对称轴或对称面？（1）反1,2-二甲基环丙烷（2）环己烷的船式构象（3）乙烷的交叉式构象（4）丁烷的对位交叉式构象（5）乙烷的重叠式构象4．(S)-(-)-1-氯-2-甲基丁烷二氯代后所得产物的分子式为C5H10Cl12 。
试预测能有几种馏分，画出各馏分化合物的结构，各馏分有无旋光性？5．分别列举一对互为构造异构体，构象异构体和顺反异构体的实例（用结构式表示）。
构象异构体通常能分离吗？6．下列分子哪些是手性分子？7．将（—）、（+）和内消旋酒石酸三者等量的混合物进行分步结晶，可得到两部分均无旋光性的结晶。
哪两部分？8．解释下列概念⑴手性分子；⑵手性碳原子；⑶对映体；⑷非对映体；⑸内消旋化合物；⑹外消旋体；⑺旋光性；⑻旋光性化合物。
9．化合物（+）-丙氨酸和（-）-丙氨酸在下述性质方面有哪些异同？⑴熔点；⑵密度；⑶折光率；⑷旋光性能；⑸水中溶解度。
10．若测得一蔗糖溶液，旋光度为+90°，怎么能确知它的旋光度不是-270°？11．下列化合物，各有几个手性碳原子？12．下列化合物中，哪些存在内消旋化合物？⑵，3-二溴戊烷 2⑶，4-二溴戊烷⑴，3-二溴丁烷 2213．用R/S构型命名法标记下列分子构型14．用R/S构型命名法命名下列各个化合物的构型；并说明哪对是互为对映体？哪对互为非对映体？15．指出下列各组中两个化合物的关系（相同化合物？对映体？非对映体？）16．（S）-2-甲基-1-氯丁烷在光的作用下，与控制量的氯气发生取代反应，生成二氯代产物的混合物，分离得到A：2-甲基-1，4-二氯丁烷和B：2-甲基-1，2-二氯丁烷。
第五章立体化学基础：手性分子
（二）、比旋光度 ）、比旋光度
规定用一分米长的旋光管， 规定用一分米长的旋光管，待测物质 的浓度为1g.ml-1时所测得的旋光度，称 时所测得的旋光度， 的浓度为 为比旋光度， α 表示。 为比旋光度，用[α]Dt表示。
α l:旋光管的长度（分米） 旋光管的长度（分米） 旋光管的长度 C:溶液的浓度（g.ml-1） 溶液的浓度（ 溶液的浓度 l×C × ɑ：实验观察旋光值(度数 实验观察旋光值 度数) t: 测定时温度（℃） 测定时温度（ 公式：[α]Dt== 公式： α
有一个手性碳原子时,则有一对( 有一个手性碳原子时,则有一对(二个 立体异构体)对映体; 立体异构体)对映体;有二个手性碳原 子时,则有二对(四个立体异构体) 子时,则有二对(四个立体异构体)对映 有三个手性碳原子时,则有四对( 体;有三个手性碳原子时,则有四对(八 个立体异构体) 个立体异构体)对映体 …… 可见:含有 个手性碳原子时,有2n个 可见 含有n个手性碳原子时 有 含有 个手性碳原子时 立体异构体. 立体异构体
存在对称面就不存在对映体 ⑵、寻找对称面:存在对称面就不存在对映体 寻找对称面 存在对称面就不存在
⑶、寻找手性碳原子：有一个手性碳原 寻找手性碳原子： 就具有一对对映体。 子，就具有一对对映体。有二个或 二个以上手性碳原子时， 二个以上手性碳原子时，有例外情 。（有对称面则没有对映体 有对称面则没有对映体）。 况。（有对称面则没有对映体）。
CHO OH CH2OH HO
CHO H CH2OH
D-（+）-甘油醛 （ ） 甘油醛
L-（-）-甘油醛 （ ） 甘油醛
（+）;（-）只表示旋光方向 和构型没有一定 ） （ ）只表示旋光方向,和构型没有一定 的关系。 的关系。
05-立体化学基础：手性分子2
Fischer投影式
朝向后方的键
COOH HO CH3 H
COOH H H OH CH3
COOH OH CH3
朝向前方的键
乳酸对映体的费歇尔投影式
31
课堂练习：试根据模型写出Fischer投影式。
(+)-甘油醛
在符合“横前竖后”规则的前提下,亦可得到不同Fischer投影式。
CHO H OH HOCH2 CH2OH
相同？
OH H H Cl CO2H CO2H HO Cl
CO2H H H CO2H
H
C C
CO2H OH H HO
CO2H H Cl CO2H
H
Cl CO2H
(1)
(2)
(3)
(4)
43
第四节
外消旋体
一对对映体的等量混合物称为外消旋体(racemic mixture 或 racemate)。通常用(±) 或 dl 表示。外消 旋体是混合物。
CO2H
CO2H H C CH3 HO
邓健 制作
Cl I C H
吕以仙 审校
Cl
C
H3 C OH
H
Br Br
C H
29
I
(三) 费歇尔投影式
1
1
CO2H
CO H 2
HO H
HO
C2
CH3
3
H
CH3
3
(+)-乳 酸
写Fischer投影式的要点： (1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。 (2) 连于手性碳的横键代表朝向纸平面前方的键。 横前 (3) 连于手性碳的竖键代表朝向纸平面后方的键。 竖后
CO2H H OH CH3
手性分子和对映体
一、手性 产生对映异构现象的结构依据是手性(Chirality)。什么叫手性呢？
这种左右手互为镜像与实物关系，彼此又不能重合的现象称为手性。 自然界中有许多手性物，例如：足球、剪刀、螺丝钉等都是手性物。 微观世界的分子中同样存在着手性现象。有许多化合物分子具有手性。
二、手性分子和对映体
a和b 两个立体结 构式之间有何种关 系？它们代表相同 的分子？还是代表
第二节 费歇尔投影式
★费歇尔投影式 ：是指将一个三维（立体）手性 分子模型作 如下规定:与手性碳横向相连的基团朝向纸平面的前方； 竖向相连的基团朝向纸平面的后方；手性碳处于纸平面上。 将其投影,所得平面投影式称为费歇尔投影式。
★书写费歇尔投影式的注意事项
把一个化合物的透视式写成费歇尔投影式时，必须记住下列要点： (1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。 (2) 连于手性碳的横键代表朝向纸平面前方的键。 (3) 连于手性碳的竖键代表朝向纸平面后方的键。
当平面偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被 旋转了一个角度。这种能使偏振面旋转的性能称为旋光性 (optical activity)。
手性化合物都具有旋光性。
三、旋光度与比旋光度 ㈠ 旋光度
在实际工作中通常用旋光仪测定化合物的旋光性。
★化合物旋光性的测定︰
当平面偏振光通过盛有旋光性化合物的旋光管后，偏振面就会被旋转 (向右或向左)一个角度，这时偏振光就不能通行无阻的穿过与起偏镜 棱轴相平行的检偏镜。只有检偏镜也旋转(向右或向左)相同的角度 (a角度)，旋转了的平面偏振光才能完全通过。观察检偏镜上携带的 刻度盘所旋转的角度，即为该旋光性物质的旋光度。
第五章 立体化学
掌握：手性和手性分子以及手性碳原子的概念。对映体、非对映体、 外消旋体和内消旋体的概念和主要性质；对映异构体命名方 法（R/S）。
手性分子
OH CHO CH2OH
CHO
顺
C
H
OH
CH 2OH
R-甘油醛
OHC
逆
C
HO
H
HO2H C
S-甘油醛
31
简便判断规则：*按Fischer投影式，最小基团（H）在横键。
沿基团大中小旋转 逆时针——R构型；
（平面上）
顺时针——S构型。
如：
CHO
CHO
H
OH
HO
H
CH 2OH
R-甘油醛
CH 2OH
S-甘油醛
在大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳原子 来判断分子是否有手性。
12
对称面：假如有一个平面可以把分子切开成实物和镜
像两部分，这个平面就是分子的对称面。具有对称面 的分子与其镜像能够重合，因而无手性。
丙酸分子 的对称面
13
分子的对称面
具有对称面的分子为非手性分子
14
四、判断对映体的方法
观察分子的实物与其镜像能否重合。 寻找分子中是否存在对称面。 寻找分子中是否存在手性碳原子（手性中心）。
20
3、 Fischer式中*C上所连原子或基团可以两-两交换偶数次。 若交换奇数次，将会使构型变为它的对映体。
4、三基团轮换操作，不改变其构型。
CO2H
NH2
H
CH3
CO2H
CH3
NH2
H
CO2H
H
CH3
NH2
NH2
H
CO2H
CH3
21
Problem : 下列Fischer式是否表示同一化合物？
3.CH3-CHCl-CH2CH3
5. CH3-CH-CH-CH2CH3
第五章立体化学基础（手性分子）
第五章 立体化学基础（手性分子） 一、选择题1．下列化合物具有旋光性的是( )。
CH 2OHHO HCH 2OH3HA ．B ．C ．D ．33COOHH2．3-氯-2,5-二溴己烷可能有的对映体的个数是( )。
A ．3对 B ．1对 C ．4对 D ．2对3．下列羧酸最稳定的构象是( )。
COOHCH 3H 3C H 3CCOOHCH 3A ．B ．C ．D ．4．下列化合物构型为S 型的是( )。
A ．B ．C ．D ．CH 3BrHNH 2CH 3HOH CH 2CH 3CH 2OHClH OHCOOHHOH CH 2OH5．具有手性碳原子，但无旋光活性的是( )。
A.E-1,2-二甲基环丁烷B.Z-1,2-二甲基环丁烷C.1,2-二氯丁烷D.1,3-二氯丁烷E.1,4-二氯丁烷 6．下列化合物的绝对构型为( )。
COOH H OHCH 2CH 3A ．B ．C ．D ．D-L-R-S-型型型型7．下列化合物构型为S 型的是( )。
A ．B ．C ．D ．CH 3BrHNH 2CH 3HOH CH 2CH 3CH 2OHClH OHCOOHHOH CH 2OH8．下列互为对映体的是( )。
H HO COOH H OH COOHH OHOH H COOH HHOOCOH H HO COOH OHH COOH HHOCOOH (1)(3)(4)(2)(1)(3)(4)(2)(1)(3)(2)和和和和(3)A ．B ．C ．D ．9．3R ，4R-3，4-二苯基戊酸的最稳定构象是( )。
A ．B ．C ．D ．3C 6H 56H 5HOOCH 23C 6H6H 53C 6H H C 6H65H 3H C 6H10．下列分子没有手性的是( )。
A ．顺-1-甲基-3-乙基环戊烷B ．反-1-甲基-3-乙基环戊烷C ．顺-1-甲基-2-乙基环丙烷D ．反-1-甲基-3-乙基环丁烷 11．下列化合物的Newman 式对应的费歇尔投影式为( )。
第5章立体化学基础
CH3
CH3
H
OH
异丙醇
H
OH
H CH3
OH
2,32,3-丁二醇
CH3
H
CH3
H
CH3
CH3
H
1,11,1-二氯乙烷
H
顺-1,2-二甲基环丙烷 二甲基环丙烷
四、判断对映体的方法
1. 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 如果两者能重合，说明分子无手性， 如果两者能重合，说明分子无手性，没有对映异构现 象；如果两者不能重合，则为手性分子，有对映异构 如果两者不能重合，则为手性分子， 现象，存在对映体。 现象，存在对映体。 2. 考察分子有无对称面。如果分子有对称面， 考察分子有无对称面 如果分子有对称面， 对称面。 则该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。 则该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。 3. 大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳 大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳 原子(或手性中心 来判断分子是否有手性。 原子 或手性中心) 来判断分子是否有手性。 或手性中心
COOH COO H
CO OH H HO C CH 3
H OH CH 3 CH 3 OH H
COO H C H3 C H OH
-
二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系， 二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系，或 者说左、右手关系）。二者无论如何也不能完全重 者说左、右手关系）。二者无论如何也不能完全重 ）。 叠。这种呈物体与镜像关系，彼此又不能重叠的性 这种呈物体与镜像关系， 呈物体与镜像关系 质称为手性。 质称为手性。
COOH COOH
H OH CH3 CH3 OH
H
有机化学基础知识分子的立体化学
有机化学基础知识分子的立体化学有机化学是研究含碳的化合物的分子结构、性质、合成、反应以及它们在生物体系中的作用的科学。
其中，分子的立体化学是有机化学中至关重要的一部分。
本文将介绍有机化学中分子的立体化学基础知识，包括手性，立体异构体及其命名以及手性分子的光学活性。
一、手性分子的手性是指其镜像不能重合的特性。
由于碳原子可以形成四个互不相同的键，大部分有机化合物都可以具有手性。
手性分子包括两种类型：手性中心和轴手性。
1. 手性中心手性中心是指分子中的一个碳原子，它与四个不同的基团连接。
手性中心的碳原子通常以S（拉丁语 sinister ）和R（拉丁语 rectus）表示，分别代表左旋和右旋的空间构型。
2. 轴手性轴手性是指分子中存在一个对称轴，该对称轴可以将分子分为两个不可重合的镜像体。
轴手性是由于分子的非完全对称所导致的，在立体异构体中较为常见。
二、立体异构体及其命名立体异构体是指分子在空间排列上存在不同的构型，从而导致其化学性质和生物活性的差异。
立体异构体包括构象异构体和对映异构体。
1. 构象异构体构象异构体是指分子在空间上能够互相转换，但又不能通过化学反应相互转化的异构体。
最常见的构象异构体是旋转受限的双键环状化合物，如环烯烃和环烷烃。
2. 对映异构体对映异构体是指分子的镜像体，在化学和物理性质上没有差异，但与其他手性物质的相互作用不同。
对映异构体是由于分子的手性中心或轴手性所引起的。
对映异构体的命名通常使用R/S命名法或者D/L命名法，其中R/S命名法适用于手性中心，而D/L命名法适用于糖类和氨基酸等化合物。
这些方法可以准确地描述分子在空间中的立体排列。
三、手性分子的光学活性手性分子的光学活性是指它们对平面偏振光有选择性地旋转偏振面的性质。
手性分子旋光的方向可以是顺时针旋光（右旋）或逆时针旋光（左旋），分别用(+)和(-)表示。
对于含有手性中心的分子，不对称的环境可以导致光学活性。
手性分子的光学活性在药物、农药、香料等领域具有重要的应用价值。
手性分子和对映体
第四节
一、乳酸的三种不同的旋光现象:
外消旋体
乳酸是人们知道的第一个旋光性化合物，它的旋光性现象有三种不同的情况： 右旋乳酸 从肌肉组织中分离出的乳酸 左旋乳酸 葡萄糖发酵产生的乳酸 无旋光性乳酸 一般化学合成的乳酸 二、外消旋体的定义:
一对对映体的等量混合物称为外消旋体。
外消旋体符号: ±
三、外消旋体的物理性质:
二、手性分子和对映体
a和b 两个立体结 构式之间有何种关 系？它们代表相同 的分子？还是代表 不同的分子？
乳酸分子的两个立体结构式的球棍模型
由球棍模型可知，乳酸分子a和b的关系正如人的 左右手的关系：互为镜像又不能重合。因此a和b 代表不同的分子，均具有手性。 a和b互为对映异 构体，简称对映体（enantiomers).
第二：寻找有无对称面。有对称面，它就不存在对映体，为非手性 分子。
第三：寻找手性碳原子(或手性中心)。只要有一个手性碳原子，就是 手性分子，有一对对映体（两个以上C﹡有例外）。
第二节 费歇尔投影式
★费歇尔投影式 ：是指将一个三维（立体）手性
分子模型作 如下规定:与手性碳横向相连的基团朝向纸平面的前方； 竖向相连的基团朝向纸平面的后方；手性碳处于纸平面上。 将其投影,所得平面投影式称为费歇尔投影式。
光的振动方向与前进方向垂直，普通光是在无数个垂直于前进方向的平 面内振动。当普通光通过一个偏振的透镜或尼科尔棱镜时，一部分光就 被挡住了，只有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。 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。
二、旋光性
偏振光的振动面化学上习惯称为偏振面。
当平面偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被 旋转了一个角度。这种能使偏振面旋转的性能称为旋光性 (optical activity)。 手性化合物都具有旋光性。
有机化学基础知识点立体化学基础概念
有机化学基础知识点立体化学基础概念有机化学中的立体化学是研究有机分子空间构型和立体化学性质的重要分支。
立体化学关注分子中的空间排列方式，包括分子的手性、立体异构体和立体反应等内容。
本文将介绍有机化学中的一些基础立体化学概念。
1. 手性手性是指分子或物体与其镜像光学异构体不重合的性质。
一个手性分子可以分为左旋体和右旋体两种形式。
在化学中，手性分子的存在对于药物合成和酶催化反应等非常重要。
手性分子的手性来源于其分子结构中的手性中心，即一个碳原子上连接着四个不同取代基团。
2. 立体异构体立体异构体是指分子在空间中构型不同而又无法通过旋转单键使其相互转变的异构体。
立体异构体包括构象异构体和对映异构体两种类型。
2.1 构象异构体构象异构体是由于分子内部化学键的旋转而产生的不同构型的异构体。
构象异构体之间的转换是不需要断裂化学键的，只需要旋转共轭化学键即可。
其中最常见的构象异构体是顺反异构体，即环状化合物中取代基团的位置不同。
2.2 对映异构体对映异构体是指分子在空间中有镜像对称性，但不能通过旋转或挪移使其重合的异构体。
对映异构体分为手性对映异构体和平面对映异构体两种形式。
3. 立体反应立体反应是指在反应中发生分子构型的改变或从一个立体异构体转变为另一个立体异构体的反应。
立体反应可以是顺反异构体之间的互变，也可以是对映异构体之间的互变。
在立体反应中，空间位阻是一个关键的因素。
分子中的取代基团会引起空间位阻，从而影响分子的反应性质和选择性。
例如，在烷基化反应中，取代基团的位置对于反应速率和产物构型具有重要影响。
4. 立体化学表示法为了方便描述分子的立体构型，化学家们提出了多种立体表示法。
常见的立体化学表示法包括：4.1 立体式投影图立体式投影图是将分子在平面上投影成线条的方式，用来表示分子的立体构型。
在立体式投影图中，立体中心用一个交叉表示，取代基团则通过水平或垂直线条连接到立体中心。
4.2 锥式投影图锥式投影图是一种三维表示法，将分子在空间中呈锥形展开。
有机化学PPT第五章 立体化学基础课件
南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学
南京医科大学康达学院 博学至精 明德至善
含有一个手性碳原子的化合物，在空间有2种不同构
型, 它们彼此构成一对对映体。
CH3C* HCOOH
COOH
OH
乳酸
HO C H
CH3
COOH H C OH
CH3
有一个手性碳的化合物必定 是手性化合物，只有一对对映体。
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问题：下列化合物哪些含手性碳原子？
1. CH2Cl2
2. CHCl3 3.CH3CHClCH2CH3
4. CH3-CH-CH2CH3 CH2CH3
H
6.
CH3 7.
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第一节 手性分子和对映体
一、手 性
观察自己的双手, 左手与右手有什么联系和区别？
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左右手互为镜像与实物关系(称为对映关 系)，彼此又不能重合的现象称为手性。
H
2 COOH
H3C3 1Cl
H 1OH
2 CH2CH3
3CH3
竖，顺，R南-京型医科大学康达学院化学教横研室，有逆机化，学 R-型
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课堂练习：根据Fischer投影式命名。
2
CO2H
H
OH 1
3 CH3 R-(-)-乳酸
HOCH2 3
有机化学中的立体化学手性分子和立体异构体的概念
有机化学中的立体化学手性分子和立体异构体的概念在有机化学领域，分子的立体化学是一个重要的研究领域。
其中，手性分子和立体异构体是立体化学中的重要概念。
本文将介绍有机化学中的立体化学，以及手性分子和立体异构体的概念。
一、有机化学中的立体化学1. 立体化学的背景立体化学研究的起源可以追溯到19世纪的法尼斯特实验。
通过法尼斯特实验，科学家发现在有机化合物中，存在着多种立体异构体。
这一发现引起了人们对分子结构的兴趣，进一步推动了立体化学的发展。
2. 立体化学的研究对象立体化学主要研究分子的空间构型和空间关系。
研究对象包括分子中的原子、键以及它们之间的排列组合。
3. 立体化学的重要性立体化学的研究对于理解分子的性质和反应机理至关重要。
分子的立体构型会影响其物理性质、化学性质以及与其他分子的相互作用。
因此，研究分子的立体构型有助于预测分子的性质，优化合成方法以及开发新的药物。
二、手性分子的概念手性分子是指不重叠的镜面镶嵌体，也就是说，它们无法通过旋转或平移使其与其镜像重合。
手性分子存在两种形式，一种是左旋性分子（L-型），另一种是右旋性分子（D-型）。
1. 手性分子的特点手性分子具有以下特点：- 不能与其镜像重合- 具有旋光性，即对旋光的天然偏振光产生旋光现象- 在手性催化反应中表现出不对称性2. 手性分子的表示方法手性分子可以通过立体公式进行表示，其中常用的表示方法包括Fisher投影式、锔伦式以及空间轨迹投影式。
三、立体异构体的概念立体异构体是指在化学结构中，分子的立体构型不同而化学式相同的化合物。
在立体异构体中，既包括手性异构体，也包括非手性异构体。
1. 手性异构体手性异构体是指在同一个分子式下，其立体构型与其镜像形式不同。
手性异构体分为两类：对映异构体和非对映异构体。
- 对映异构体：由相同的原子组成，但它们的分子构型与镜像分子构型不完全重合。
对映异构体的名称通常以R和S来表示。
- 非对映异构体：由原子的排列方式不同组成。
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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。
平面偏振光
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。
21
亮
乙 醇
α
暗 亮
乳 酸
22
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。
26
旋光仪(polarimeter)
27
第二节
费歇尔投影式
对映异构体的结构可以用模型、透视式(立 体结构式) 或费歇尔(Fischer)投影式表示。
(一) 三维模型
28
(二) 立体结构式
透视式是书写立体结构式常见的方法之一。 应注意它的书写方法，通常实线 “” 代表位 于纸平面上的键；虚线 “ ” (或 “ ”) 代表 伸向纸平面后方的键，楔形线 “ ” 代表伸 向纸平面前方的键。
一对对映体有相同的物理性质
除了与手性试剂反应外,对映体的化学性质也相同
两者还有十分重要的不同性质：
对偏振光的作用不同; 生理作用上有着显著的不同
13
对映异构体的性质
COOH CH 3 C OH
(S)-(+)-乳酸 mp 53oC []15D = +3.82 pKa=3.76
COOH H HO
COOH H OH HO H CH2OH CHO H HO C C OH H HO H H OH HOH
H OH
CH2OH
CHO CH2OH
OHC CH2OH
Fischer投影式
立体结构式
锯架式
Newman投影式
每一种表示立体结构的方法，都各有千秋。
34
使用 Fischer 投影式时应注意：
Fischer 式中同一个手性碳上所连原子或基团两 两交换偶数次，其构型不变；交换奇数次，构型发 生改变，变为其对映体。
CHO H OH HOCH2
OH CHO HO H
CH2OH H OHC CHO
√
CH2OH
OH
按此方式得到的投影式为最严格的 Fischer 投影式, 用D/L法命名时必须用这种Fischer式。
32
H CH2OH
表示含两个或两个以上手性碳原子的化合 物时， Fischer 投影式显示的立体结构全是重叠 式构象！
t
LC
溶液浓度(g· ml-1)
25
比旋光度
波长(钠光D) 盛液管长度(dm)
当物质溶液的浓度为 1g· mL-1 ，盛液管的长 度为1dm时，所测物质的旋光度即为比旋光度。 若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把 公式中的c换成液体的密度d即可。 最常用的光源是钠光（D），λ=589.3nm。 所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。因此 在不用水为溶剂时，需注明溶剂的名称，例如， 右旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋光度为: 20 [α D ] +3.79 (乙醇，5%)
23
能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右 旋体，能使偏振光振动平面向左旋转的物质称 左旋体。 旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋 光度，以“”表示。
顺时针 右旋，以 “ d ” 或 “ + ” 表示。 其旋光方向
逆时针 左旋，以“ l ” 或 “ ” 表示。
24
比旋光度
为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大 小，一般用比旋光度(specific rotation)来表示。 测定温度 旋光度(旋光仪上的读数)
(R)-(-)-乳酸 mp 53oC []15D = -3.82 pKa=3.76
14
H
C
CH 3
对平面偏振光 的作用不同
一对对映体对平面偏振光的作用不同：
一个可使平面偏振光向右旋，称为 右旋体；另一个可使平面偏振光向左旋， 称为左旋体。二者旋转角度相同。因此
对映异构也叫做旋光异构。
15
问题：下列化合物哪些含手性碳原子？
羧基与H交换位置 羟基与甲基交换位置
36
Fischer 式中同一个手性碳上所连原子或基 团两两交换奇数次，其构型改变为其对映体。
基团互换
37
Fischer 式的平移或纸平面内旋转或 180 的 整数倍，其构型不变。 但Fischer式不能离开 纸面翻转或沿纸面旋转90 (或270)。
CHO HO H CH2OH
3. 大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳
原子(或手性中心) 来判断分子是否有手性。
19
第三节
一、偏振光和旋光性
旋光性
只 在 一 个 平 面 上 振 动 的 光 称 为 平 面 偏 振 光 (planepolarized light)，简称偏振光。偏振光的振动平面习惯称 为偏振面。
化合物能使偏振光的偏振面旋转的性能称为旋光 性(optical activity)。手性化合物都具有旋光性。
旋 转 90。
H CH3 OH CO2H
旋 转 90。
40
若固定 Fischer 式的一个基OH固定， H,CH3,OH顺时针旋转
41
第四节
外消旋体
一对对映体的等量混合物称为外消旋体 (racemic mixture 或 racemate)。通常用(±) 或 dl 表示。外消 旋体是混合物。
在纸平面内旋转 180，构型不变
CH2OH H OH CHO
。 旋转 180
38
Fischer 投影式离开纸面翻转, 构型改变！
COOH H OH CH3
COOH
。 离开纸面翻转
HO
H CH3
三维模型离开纸 面翻转构型不变
39
Fischer 式纸平面内旋转90(或270), 构型改变！
CO2H H OH CH3
11
一个手性碳原子所连的 4 个不同原子或基 团位于四面体的四个顶角，在空间具有 2 种不 同的排列方式(也称两种构型), 它们彼此构成一 对对映体。
* CH3CHCOOH
OH
COOH C CH3 H
COOH H C OH CH3
乳酸
HO
有一个手性碳的化合物必定是手性化合 物，只有一对对映体。
12
CO2H
CO2H H C HO
Cl I C H
吕以仙 审校
Cl
Br Br
C
H3 C OH
H
C H
29
I
CH3
邓健 制作
(三) 费歇尔投影式
1
CO2H
CO H 2
HO H
1
HO H
C2
CH3
3
CH3
3
(+)-乳 酸
写Fischer投影式的要点： (1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。 (2) 连于手性碳的横键代表朝向纸平面前方的键。 横前 (3) 连于手性碳的竖键代表朝向纸平面后方的键。 竖后
名称 D-(+)-乳酸 L-(-)-乳酸 ()-乳酸 熔点C 26 26 18
α
20 D
pKa 3.76 3.76 3.76
溶解度 (g/100 mL H2O)
+3.8° -3.8° 0°
一对对映体具有相同的熔点、沸点、密度、pKa, 两 者的比旋光度大小相等，方向相反。外消旋体的物理性 质与单一对映体有些不同，它不具有旋光性，熔点、密 度和溶解度等常有差异。但沸点与纯对映体相同。
1. CH2Cl2
2. CHCl3
3.CH3CHClCH2CH3
4. CH3-CH-CH2CH3
CH2CH3
5. CH3-CH-CH-CH2CH3 OH OH
H
6.
CH3
7.
CH3
8.
H3C
CH3
CH3
O
CH3
16
三、对称面和非手性分子
对称面 (planes of symmetry) 是指能将分子 结构剖成互为镜像的两半的面。如通过圆球心的 面；将长方形盒子分成各一半的面都是对称面。 有对称面的分子 与它的镜像能重合， 因此没有对映异构现 象，称为非手性分子 (achiral molecule)。 对称面
30
课堂练习：试根据模型写出Fischer投影式。
(+)-甘油醛
在符合“横前竖后”规则的前提下,亦可得到不同Fischer投影式。
CHO H OH HOCH2 CH2OH
OH CHO HO H
CH2OH H OHC CHO
OH
31
H CH2OH
一般将主碳链放在竖直线上，把命名时 编号最小的碳原子放在上端 ( 主链下行) 。
COOH H HO C C OH H H HO
COOH C C OH H
COOH
COOH
酒石酸 projection Fischer projection 重叠式构象Perspective 交叉式构象
Tartaric acid (carboxyl group at top)
33
同一个异构体可以用几种不同的方法表示 其立体结构。如：2R,3S-2,3,4-三羟基丁醛：
COOH COOH H H CH CH 33 若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所 代表的两个分子为同一个分子。
8
所有基团 都重合
H H
C C
丙酸分子 没有手性
但有些分子如乳酸 , 两个互为实物与镜像关系的分 子不能重合。
COOH H C CH3 HOOC H3 C C HO
不能与其镜像重 合 的 分 子 称 为 手 性分 H 子(chiral molecule)。 它们是彼此成镜 像 关 系 ， 又 不 能 重合 的 一 对 立 体 异 构 体， 互称为对映异构体 (enantiomer) 。 镜 像 的 不 重 合 性 是 产 生对 映 异 构 现 象 的 充 分必 要条件。