第八章立体化学

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CH3
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COOH
H
第八章
C
COOH
立体化学
对称因素判断示例： 假如碳原子上连接了两个相同的
原子或原子团，那么，它就一定有对 称面。对左侧这个分子，想象用一个 平面从Cl、H、C组成的平面下切， 将Cl、H、C和分子一切两半，那么 分成的两半就互相成为镜像，这个分 子就具有对称面，所以，没有手性！
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广义的手性
现在发现，只要一个原子可以同时以共 价键形式连接四个不同的原子或原子团，都 具有这种手性，包括N原子、P原子等。
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乳酸
CH3
CH OH
COOH
的立体异构:
COOH OH H HO
COOH
CH3
H3C
H
镜面 乳酸的两个异构体的关系象左手和右手一样, 它们不能相互叠合,互为镜象,是手性分子.
官能团 位置异构
对映 非对映 顺反 异构 异构 异构
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Lesson 1
Chirality and Enantiomers
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一、手性和对映体
镜象与手性的概念
相似而不重合
手——左、右手互为实物与镜像的关系，不能完 全重合。 手性——像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的 2013-7-9 第八章 立体化学 性质。
光学活性或称旋光性，类同于熔沸点，也是集 合名词，是千千万万分子累积出来的宏观数据，对一 个分子而言，光学活性微乎其微。只有具有大量分子 的物质才有光学活性。 具有光学活性的物质，其分子一定是手性分子！ 但手性分子凝聚成的物质未必就有光学活性！ 外消旋体：如果体系内是两种对映体都有，而且 各占50%。那么这个体系就没有光学活性，但其分子 依然是手性的！我们称这种体系为外消旋体，或称外 消旋混合物。
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1. 旋光性
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二、手性与对称因素
判断一个分子是否有手性的标准，称之 为“对称因素”，而使用对称因素对分子 进行的判断过程称之为对称操作。 对称因素有四个：对称轴、对称面、对称中 心和旋转对称轴。 重点讲：对称面和对称中心
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A 对称面（Plane of Symmetry）：假想用 一个虚拟平面从某一个角度将分子一切两 半，如果这两半互为镜像。那么这个分子 就有对称面。 B 对称中心（Center of Symmetry）：假想 分子中有一个虚拟的点，从每一个原子或 原子团出发，经过这个虚拟点画一条直线， 这个直线都可以延伸到另一个相同的原子 或原子团。这个虚拟点就称为对称中心。
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几个名词术语的概念差别
熔点和沸点---集合名词：单独一个分子 没有意义。 固体物质都有熔点和沸点。 但一定要知道这两个物理常数是集合名 词！也就是说，我们如果说某物质的熔 点、沸点，是千千万万个分子集合形成 了这种特征，说一个分子的熔点沸点是 没有任何意义的。
•具有旋光性的物质—旋光性物质（或光学活性物质） •旋光物质使偏振光平面旋转的角度—旋光度，用α表示。 •使平面偏振光向右旋的物质—右旋体，（+） 表示右旋。
•使平面偏振光向左旋的物质—左旋体，（-） 表示左旋。
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2.比旋光度
[α]:比旋光度 T : 测量时的测量温度 D ：钠黄光 α：测量读到的旋光度 l： 测量管或叫盛液管的长度 C：测量液体的浓度
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透视式
连接有四个不同原子或原子团，造成手性 的原子称为手性中心（Chiral Center）,或叫 “不对称中心（Asymmetric Center）.如果是碳 原子，可以称为手性碳（Chiral carbon），或 者不对称碳（Asymmetric Carbon）. 含一个手性中心的结构很好判别是否有手 性，那么对于多手性中心、或者别的特别分子， 该如何判别呢？ 这就需要用专门的判别方法：“对称因素” 来判别。有对称因素，没有手性！没有对称因 素就有手性！
教材中的对称轴和交替对称轴（或称旋转对 称轴），应用很少，有兴趣的可以自学。
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三、旋光性和比旋光度
旋光性（Optical Activity）,又可称为光学活性、 光活性。 将一对对映体中的一种分离出来，配成溶液 或纯液体，放进测旋光的旋光仪中，会发现这种 物质可以使平面偏振光的震动平面发生偏转，我 们就说这种物质具有旋光性或光学活性。这是手 性物质特有的一种物理特性。 平面偏振光（Plane-Polarized Light）： 在一个平面上震动传播的光，称之为平面偏振光
• 表示在温度为20°C时，用钠光灯为光源测得的比旋光度. 钠光波长589nm相当于太阳光谱中的D线。 •比旋光度随温度、溶剂、浓度、波长变化而不同，
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酒石酸的比旋光度
学名“2，3-二羟基丁二酸”。化学式 C4H6O6， 分子量150。分子中含有二个手性碳原子，有三种光 学异构体和一种外消旋体。 （1）L-（+）-酒石酸：即“右旋酒石酸”。无色晶 体。熔点168-170℃，水溶解度为每100毫升水溶解 139克。 （2）D-（-）-酒石酸：即“左旋酒石酸”。无色晶体。 熔点168-170℃。 （3）meso酒石酸：即“内消旋酒石酸”，片状晶体， 熔点140℃。 （4）DL-酒石酸：即“外消旋酒石酸”。通常为含水 物。熔点205-206℃（无水物），水溶解度为每100毫 升溶解20.6克。
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酒石酸的三个立体异构体
COOH H H COOH Meso OH OH COOH H HO COOH OH H HO H COOH COOH H OH
L-（+）-酒石酸
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D-(-)-酒石酸
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四、手性、光学活性、比旋光度
任何手性分子都有对映异构体！对映异构体之 间构造是完全相同的，唯一的差别是空间位置的排 列顺序不同。因此，它们在绝大多数物理性质和化 学性质方面是相同的和一致的。但有两点不同： 1 对偏振光的旋转方向不同，用旋光仪可以明确 检测出，一对对映体，对偏转光的方向恰好相反， 但旋转度数相同。旋光度可以用比旋光度表示。 （+）表示右旋，（-）表示左旋。比旋光度是光学 活性物质常见的物理常数之一。
Chapter 8
Lesson 1 手性与对映体 Lesson 2 含一个手性碳的对映异构 Lesson 3 含多个手性碳的对映异构
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立体化学
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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维空间结构(立体 结构),及其对化合物的物理性质和化学反应的影响.
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手性，就是指和我们的手一样，具有与镜像不能 完全重叠的特征物理性质，这种特性称之为手性。 手性现象在有机结构中非常普遍。当一个饱和碳原 子，连接了四个不同的原子或原子团时，它就具有 了手性！实物与镜像是对映异构体，不能完全重叠。 也就是说，它们互为对映体。单独一个结构说对映 体，没有意义。
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3. 光学纯度（Optical Purity）
光学纯度是在进行将一对对映体分开（拆 分）、和不对称合成（用光学活性环境仅合 成出某一种对映体）的时候十分常用的一个 术语。计算公式如下：就是用观察到计算出 来的比旋光度除以纯一种对映体时的比旋光 度，再乘以100%。光学纯度越高，说明某一 种对映体比例越大。
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.
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同分 异构
构造 异构
构型 异构
构象 异构
互变 异构
骨架 异构
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官能团 异构
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A 对称面(镜面)
——设想分子中有一平面,它可以把分子一分两半， 如果这两半互为镜像，这个平面就是对称面.
H
C
有对称面，就没有手性！
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CH3 Cl
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Cl
关于对称因素
传统讲的四种对称因素：对称面、对称中 心、对称轴、旋转对称轴。对称面最重要，可 以判断90%上的化合物。只有很少的化合物会出 现没有对称面而有其他对称因素的情况。 对称中心的使用几率远次于对称面，从现 在看来，它主要用于环丁烷衍生物一类的四元 环化合物 在使用对称因素操作时，所有的四个基团 无论多大，都要看作是一个球体，平面切的时 候可以从中间一切两半，找对称中心时出发点 是可以从中心穿过。
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1 手性
手性是单体名词，只能说某个分子具有 手性，或者某个结构有手性，但却不能说某 个物质是手性的。因为，众多的手性分子形 成的固体外表是没有手性的。 但现在有时候说手性物质，意思是分子 有手性的物质。