第6章立体化学详解

CH3
CH3
-
H OH
对映异构
左右手互为镜象
桂林风情
6.2.1 分子的手性、对映异构、对映体
一个物体若与自身镜象不能叠合，叫具有手性。
在立体化学中，不能与自身镜象重合的分子叫手性 分子，而能叠合的叫非手性分子。
-
COOH
COOH
H OH
CH3
CH3
-
H OH
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，但却互为镜象。乳酸分子是手性分子。
互为镜象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。 -
COOH
COOH
H CH3
OH
H H3C
OH
-
具有相同的熔点、沸点、溶解度、密度、折光率，化学性质也 基本相同（与非手性试剂作用时）。很难用一般的物理或化学 方法区分。
如何判断分子是否具有手性 实物与镜像不能重合
CH
H
H
Cl
CH
HO
H
Cl
CH
HO
CH3
与四个互不相同的基团相连的碳原子叫做不对称碳原
子或叫手性碳原子，通常用*标出手性碳原子
“手性碳”与“手性分子”
A. 含有手性碳的分子不一定是手性分子； B. 手性分子不一定要有手性碳。 C. 分子有无手性只取决于分子有没有对称面、对称
中心或交替对称轴
外消旋体 — 由等量的对映体相混合而成的混合物。 （没有旋光性）
立体化学的诞生
碳链（碳架）异构
构造异构
Baidu Nhomakorabea
官能团位置异构 官能团异构
同分异构
互变异构
立体异构
构型异构 构象异构
顺反异构
对映异构 光学异构
非对映异构
立体异构体的定义： 分子中的原子相互连接的次序相同，但在空间的排 列方式不同而引起的异构体。
立体化学的任务： 研究分子的三维空间结构（立体结构）及其对化合 物物理性质和化学性质的影响。
H
Cl
Cl
反 Cl
Cl 映
Cl
操 作
Cl
H
H
Ⅰ
Ⅱ
Cl HH
Cl Ⅲ
Ⅰ旋转90º后得Ⅱ，Ⅱ作镜象得Ⅲ。 Ⅲ等于Ⅰ
具有交替对称轴的分子也不具有手性，为非手性分子。
对称轴
对称面
4重 交 替 对 称 轴
6.2.2 手性和对称性
手性与对称性的关系:
非手性分子——凡具有对称面、对称中心或交替对称 轴的分子；
6.3.1 旋光性 旋光性——能使偏振光的振动方向发生旋转的性质； 旋光性物质(或叫光活性物质) ——具有旋光性的物质。
右旋和左旋 —— 使偏振光振动平面向右旋转称右旋，“ + ” —— 使偏振光振动平面向左旋转称左旋，“ - ”
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。
Cl
Cl
B
CH3 CH3
CH3
C
CH3 D
判定下列分子是否具有手性
H
H
CH3 CH3
H3C Cl
OH CHCH3
CH3 OH
练习6.1 下列化合物有无对称面或对称中心 p205
(1)
(2)
(3)
练习6.2 下列化合物有几个手性碳原子？
6.3 手性分子的性质-光学活性
偏振光与旋光性
6.3 手性分子的性质-光学活性
COOH
C
CH3
H
OH
(+)-乳酸 m.p. 53oC []D= +2.6o pKa=3.79(25 oC)
COOH
C
H
CH3
HO
外消旋乳酸
()-乳酸 m.p. 53oC []D= -2.6o pKa=3.83(25 oC)
H
CH
H
H
H
CH
H
H
H
CH
H
H
6个对称面
H
CH
H
H
(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 镜象)，如果得到的镜象与原来的分子完全相同，这条直线 就是交替对称轴。
H
Cl
Cl
H
H
Cl Cl
HH
旋转90° H H
= α T
α
λ
L·C
特定的物理常数
λ--- 钠光源，波长为589nm； T--- 测定温度，单位为℃ α--- 实测的旋光度； L---样品池的长度，单位为dm； c ---为样品的浓度，单位为g•mL-1。
6.4 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构
6.4.1 对映体和外消旋体的性质
H
CH
H
H
Cl
H3C H
H CH3
具有对称面的分子也不具有手性，为非手性分子。
(3) 对称中心
分子中有一中心点，通过该点所画的直线都有以 等距离达到相同的基团，则该中心点是对称中心。
COOH
CH3
H
H
H
H
H3C H
H CH3
CH3
COOH
具有对称中心的分子也不具有手性，为非手性分子。
请分析甲烷分子的对称因素
4个C3对称轴 3个C2对称轴
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，都不能与其镜象叠合，都 是手性分子；
对称轴的有无对分子是否具有手性没有决定作用。
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。
判定下列分子是否具有手性
Cl
H
CC
H
Cl
A
H
H
CC
6.3 手性分子的性质-光学活性
6.3.2 旋光仪和比旋光度 旋光度 — 旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，用“α” 表示。它与所通过样品的浓度和长度成正比。 比旋光度 —— 在一定温度和波长(通常为钠光灯，波长为589 nm) 条件下，样品管长度为1dm，样品浓度为1g / mL时测得的旋光度。
反应停灾难 O
N
O
N
OO
H
酞胺呱啶酮、沙利度胺
O
O HN
N
OO
有药效
180 o
O
N OO
O N
H
O
N
OO
致畸
O NH
6.2 手性和对称性
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。 互为对映，称为对映异构体。
OH
CH3CHCOOH
-
COOH
COOH
H OH
分子具有手性
分子能否与镜像重合
分子的对称性
6.2.2 对称因素
(1) 对称轴(旋转轴)
设想分子中有一条直线，当分子以此直线为轴旋 转360º/n后 (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。
H3C H
H CH3
具有对称轴的分子和手性无关。
C2轴
(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。
第6章 立体化学
第六章 立体化学
6.1 异构体的分类 6.2 手性和对称性 6.3 手性分子的性质-光学活性 6.4 具有一个手性中心的对映异构 分子的构型 6.5 具有两个中心的对映异构 6.6 脂环化合物的立体异构 6.7 外消旋体的拆分 旋光纯度 6.8 手性中心的产生 6.9 手性合成
6.1 异构体的分类