有机化学立体化学ppt

3.3.2 构型的表示方法
H H H C H H H C H
H H H H H H H
交叉式
H H
H H
透视式
楔形式
纽缦式
常用的构型表示方法是费歇尔（Fischer）投影式
费歇尔（Fischer）投影式
使分子中横键的两个基团朝前，竖键的两个基团 朝后，将这样摆放的分子投影到平面上，用“＋” 字交叉线表示，中间的碳原子不要写出，这样的 投影式称为Fischer投影式。
DNA的双螺旋结构也是右旋的，
有些宇宙星云也显示右螺旋结构。
发现-蛋白质螺旋结构
整个生物世界是手性世界
Linus Pauling 荣获1954年诺贝尔化学奖
Nobel Prizes in Chemistry (1954) and Peace (1962)
共同提出宇宙不守恒理论
（生命手性的起源）
3.3.3 构型的命名
1. D/L标记法
甘油醛选定作为构型标准化合物（相对构型）
CHO H C OH HO CHO C H
CH2OH
CH2OH
D-（+）-甘油醛
羟基在右
L-（-）-甘油醛
羟基在左
2.R/S标记法
背景：1951年后，Ｘ－射线衍射技术的发展，人们可 以直接测定对映体结构中的原子或基团的空间排列位 置，这样就可以得到它们的真实构型，因此叫绝对构 型。 绝对构型的标记是英果尔和凯恩确立的，以手性碳 原子所连接的基团在空间不同方向上的排布为特征的 构型标记法。即ＲＳ构型标记法。
普通光 尼柯尔棱镜 平面偏振光
旋光性和旋光性物质（光学活性物质）
当偏振光通过某介质时，有的介质对偏振光没有作用， 即通过介质的偏振光的振动方向没有变化；
而有的介质却能使偏振光的振动方向发生旋转，这种能 使偏振光的振动方向旋转的性质叫旋光性，具有旋光性 的物质叫做旋光性物质或光学活性物质。
普通光光波在 各个方向振动
分子有手性的条件是：分子没有对称面，也没对称中心
3.3 含有一个手性碳原子的化合物
3.3.1 对映体和外消旋体
含有一个手性碳原子的分子一定是手性分子，有一对对映 体，每个对映体都具有旋光性，一个分子是右旋，另一个分子 则是左旋。
COOH OH CH3CHCOOH OH H HO H
15 D
COOH
o o
H CH3 OH COOH CH3
H COOH
HO
横线朝前，竖线朝后

（3）投影式中的四个基团，固定一个基团，其余三个 基团顺时针或逆时针旋转，构型保持不变。
COOH HO CH3 H CH3 H COOH OH H OH COOH CH3
横线朝前，竖线朝后
(4) 投影式中任意两个基团对调一次后变成它的对映体 的投影式。
H3C
CH3 右旋乳酸
左旋乳酸 α
15 D
= -2.6 ° 熔点 = 53℃
α
= + 2.6° 熔点 = 53℃
对映体的性质差别 相同点：熔点，沸点，相对密度，折光率，一般溶剂 中溶解度都相同；非手性条件下化学性质相同。 不相同：对偏振光作用不同,对映体比旋光度数值相等， 但符号相反。
外消旋体 由等量的对映体相混合而形成的混合物叫做外消旋体。 外消旋体没有旋光性，其它物理性质和单纯旋光体不 同。 如：乳酸外消旋体熔点18度，右旋53度
H
H CH3
H
COOH
实例
Cl
Br Cl
Br
Br Cl
Br Cl
Br Cl
Cl Br
Cl Br
turn 180°
Cl Br
含有对称中心的分子，与其镜像能够完全重合， 为非手性分子。
3. 对称轴
如果穿过分子画一根直线，分子以它为轴，旋转一定的角 度后，可以获得与原来分子相同的形象，这一直线即为该分子
互成实物和镜像对映的两个异构体，称为对映异构体 （简称对映体）。
• 对映体能使偏光转向，对映异构体又称为光学活性异
构体。每个对映体的分子又叫光学活性分子。
• 手性是物质具有旋光性的充分必要条件。 • 能叠合的分子叫做非手性分子
COOH
COOH
C
H CH3
H
C
OH
-
OH
CH3
乳酸分子的中心碳原子连有H 、COOH、CH3、OH四个不相 同的基团，将连有四个不同基团的碳原子称为手性碳或 不对称碳原子，用C*表示。
实例
H 对称面 Cl H C H C Cl CH3 Cl 对称面
C
Cl
有对称面的分子与镜像能够完全重合，为非手性分子。
2. 对称中心
设想分子中有一个点，通过该点画任何直线，如果在离该 点等距离的直线两端有相同的原子或基团，这个点就叫做分子 的对称中心。
H CI
H H H
CH3 H CI H H
HOOC
构造异构 (连接次序、 方式)
碳架
CH3CH2CH2CH3
CH3CHCH3 CH3
官能团位置异构 官能团异构
构象异构
CH3CH2CHCH3 Cl
CH3CH2OCH3
CH3CH2CH2CH2Cl
CH3CH2CH2OH
Me H H Me H H
H Me H Me H H Me H H
Me H H H
H
*
CH3CHOHCOOH
Rotate 180 °
Rotate 180 °
3.2.2 对称因素
手性分子的判别
分子的手性和分子的对称性有关
对称因素 （1）对称轴
（2）对称面
（3）对称中心
1. 对称面（镜面）
设想分子中有一个平面，它可以把分子分成互为镜象的两 半，这个平面就是对称面(用σ表示 )
1. 对称面（镜面）
萝藦科杠柳 ( Periploca sepium ) 右旋
北马兜铃 ( Aristolochia sempervirens ) 右旋
蜗 牛 外 壳 的 右 螺 旋 结 构
DNA 的 双 螺 旋 结 构
不 对 称 的 宇 宙 星 云
可爱的小蜗牛身上的罗纹是右旋的，
COOH COOH COOH H OH CH3 HO CH3 COOH H H OH
H
OH
CH3
CH3
横线朝前，竖线朝后
例：2-丁醇三种常用立体结构表达式
CH3 H HO H C2H5 CH3 C OH H CH3 OH C2H5
C2H5
伞形式
CH3 H C OH
透视式
Fischer 投影式
主链放在垂直方向上,伸向后方
的对称轴。 当分子沿轴旋转360o/n，得到的构型与原来的分子相
重合，这个轴即为该分子的n重对称轴，用Cn表示。
CH3 C C H CH3 Cl H
Cl Cl
Cl
二重对称轴C2
四重对称轴C4
C2
H
H
H
H
H
H Cl Cl H
H
Cl H
Cl H
H
H Cl
Cl
有无对称轴不能作为判断分子有无手性的依据。
对称因素与分子的手性 物质分子在结构上具有对称面或对称中心的， 就无手性。 反之，物质分子在结构上即无对称面，也无对 称中心的，与其镜像不能重合的分子, 就具有手 性。
（3）对不饱和基团，可认为与同一原子连接 2 或 3 次
CH CH2 CH CH2 C CH O C C N N C N C N C
如：
CH O O C
O
C O
3
例:
H
CHO CH2OH H
2
CH
CH2OH
1
HO 甘油醛 （构型？）
HO (R)-甘油醛
例: 比较以下基团的优先顺序
第3章 立体化学基础
本章内容
3.1 物质的旋光性和比旋光度 3.2 分子的手性与对称性 3.3 含有一个手性碳原子的化合物 3.4 含两个手性碳原子的化合物 3.5 环状化合物的立体异构 3.6 不含手性碳原子的化合物的立体异构
研究有机分子的立体结构以及立体结构对有 机分子的物理性质和化学反应的影响，称为立体 化学。
光学活性物质使 偏振光的平面 发生偏转
旋转了α 的角度
普通光变成只在 一个平面振动的 光，称为偏振光
右旋物质

左旋物质
旋光度
* 能使偏正光的振动方向向右旋的物质，叫右旋物质， 用“d ”或“+”表示右旋物质。 * 能使偏正光的振动方向向左旋的物质，叫左旋物质， 用“l ”或“-”表示左旋物质。 * 偏正光振动方向的旋转角度，叫做旋光度，用“α” 表示。
荣获1957年诺贝尔物理学奖
吴 健 雄
李政道
杨振宁
发现DNA双螺旋结构
荣获1962年诺贝尔医学奖
罗莎琳德· 富兰克林
James D. 沃森
Francis 克里克
定向不对称还原与氧化
荣获2001年诺贝尔化学奖
The prize is being awarded to
William S. Knowles
C2H5
不是立体结构式
Fischer投影式时要注意以下几点：
(1)投影式不能离开纸面翻转，在纸面上向左 或向右旋转180 o，其构型保持不变。
COOH HO CH3 H H CH3 OH COOH
横线朝前，竖线朝后
(2)投影式在纸面上旋转90 o或270 o后变成它的对映体的 投影式。
COOH H OH H CH3 CH3 对映体 对映体 COOH OH 旋转 90 或270
发现酒石酸的镜面对称
150多年前
手征性的宇宙
丰富多彩的自然界尽管可以发现一些漂亮的对称体，但现代科学 已经揭示出，自然界通常不存在镜像对称，从亚原子水平到宏观水平， 宇宙在所有的水平上都是不对称的。许多类似于这种不对称是如何产 生的，某一水平上的手征性如何引起另一水平上的手征性之类的问题 还远远没有解决。