旋光异构概述PPT精品课件
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19世纪中叶，巴斯德关于左旋和右旋酒石 酸经典式的研究，导致70年代范霍夫和勒贝尔 碳原子四面体构型学说的建立。它是生命分子 结构不对称性的基础。但是，关于有机分子结 构不对称性的起源及其在生命过程中的意义， 迄今尚无完美的答案。
exit
COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
内容提要
[α] 20
D
=
+ 52.7°（水）
例:
肌肉运动产生的乳酸
[α]=﹢3.8° (﹢)，右旋
糖发酵产生的乳酸
[α]=﹣3.8° (﹣)，左旋
牛奶发酵产生的乳酸
[α]=0°
(±)
？
二、旋光活性和分子结构的关系 1.手征性（手性或不对称性 ） 手征性 —— 手的特性：实物和镜像不能重 叠的特性。
例1：人的左、右手分别与自己的镜像不能 重叠，且二者具有互为实物和镜像不能重叠的 关系。
CH3CHCOOH OH
在空间的两种排列
由此得出结论：如果分子在结构上是相 同的，但旋光活性不同，那么这种差别就只可 能是原子或基团在空间的排布不同，而且这两 种空间排列都是不对称的。也就是说，其分子 具有手性。如果这两种不同的排布互为实物和 镜像不能重叠，那么所对应的两种物质彼此间 比旋光度大小相等、方向相反。因而：
手征性分子
充要条件
旋光活性
二维结构相同，原子或基团 在空间排列为不对称
分子有手性
物质有旋光活性
立体异构现象：旋光异构现象
旋光异构体
3.手性分子产生旋光活性的原因 平面偏振光可以看作是由两种圆偏振光 合成的，这两种圆偏振光都以光前进方向为轴 呈螺旋状传播，其中：右手螺旋形——右旋圆 偏振光，左手螺旋形——左旋圆偏振光。二者 互为实物与镜像不能重叠的关系，其光强度和 在真空中的传播速度相等。
1.偏振光 (1)偏振光 光波是一种电磁波，它是依靠 振动前进的，其振动方向垂直于前进方向。普 通光是由不同波长的光波组成的。如下图：
双箭头表示不同波长的光 可能的振动方向。
普通光振动示意图
但如果使普通光通过由方解石片组成的 Nicol棱镜或由人造偏振片制成的透镜，那么只 有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。这 种通过棱镜后只能在一个平面上振动的光称为 平面偏振光（简称偏振光）。
2.旋光活性 (1)旋光活性 使偏振光的偏振面发生改变的性质。 (2)旋光活性物质 具有旋光性质的物质。
葡萄糖、肌肉运动和糖发酵产生的乳酸等。
(3)无旋光活性物质 对偏振光不发生影响的物质。
水、乙醇和丙酮等。
3.旋光度 某种旋光性物质使偏振光的偏振面改变的角
度， 。
4. 右旋体 使偏振光的偏振面向右旋转的物质。
平面偏振光振动示意图
(2)起偏镜 产生偏振光的棱镜 ——起偏镜。
(3)检偏镜 若使偏振光射在第二个Nicol棱 镜上，只有当第二个棱镜的晶轴平行于第一个 棱镜的晶轴时，偏振光才能完全通过，在第二 个棱镜之后才能看到最大亮度的光。也就是说， 第二个棱镜可以检验偏振光的振动方向——检 偏镜。
普通光和偏振光
[α]λt
=
α
—— c×l
或 —α—
d×l
C: g/ml l: dm
[α]λt
=
α
—— c×l
或 —α—
d×l
一般情况下，旋光仪所用的光源是
钠光灯，其波长 =589.3nm ,相当于
太阳光谱中的 D 线，若测定温度为
20℃ ，则比旋光度表示为 [α]20 。
D
例 葡萄糖水溶液，使偏振光向右旋转，在20℃ 如 时用钠光源测其比旋光度为52.7 °，表示为：
Pasteur由晶体的外形联想到酒石酸钠铵 的内部结构，认为物质的旋光活性是由于分子 中原子或基团的排列不对称，即分子有手性的 缘故。并明确指出，结构式相同的两种物质旋 光活性的差异是由于分子中的原子或基团在空 间的排列不同而引起的。
然而对于两种来源不同的乳酸，要想证明 旋光活性的差异是由于分子中的原子或基团在 空间的排列不同而引起的，就必须先证实它们 的结构相同。德国科学家 Wislisennus 利用 10年的时间证实了肌肉运动和糖发酵产生的乳 酸结构式确实相同——2-羟基丙酸。
手性和对映体
不能相互叠合，但互为镜象。 互为镜象的两种构型的分子称为对映异构体。 与其镜象不能叠合的分子称手性分子
2. 手征性分子 手征性分子 ——与自己的镜像不能重叠的 分子，也称为不对称分子。 1848年，法国科学家Pasteur发现无旋光活 性的酒石酸钠铵晶体是两种晶形的混合物，它 们之间的关系类似于两种石英晶体，具有手征 性，且互为实物和镜像不能重叠。用镊子将这 两种晶体分开，分别溶于水，二者均有旋光活 性，测得比旋光度大小相等，方向相反。
当偏振光通过一个分子对称的介质时，两 种圆偏振光受到分子的作用相同，以相同的速 度通过这种介质，偏振光原来的偏振面不变， 即对称分子无旋光活性。如果偏振光通过由手 性分子组成的介质，则右旋圆偏振光从右边接 近分子，左旋圆偏振光从左边接近分子，由于 分子的不对称性，这两种圆偏振光所遇到的基 团不同，不同基团的极化度不相同，所以两种 圆偏振光的折射率不同，即两种圆偏振光经过 手性分子时所遇到的阻力不同，从而使二者传 播的速度不同。
用（+）或（d）表示右旋。
5. 左旋体 使偏振光的偏振面向左旋转的物质。
用（-）或（l）表示左旋。
6.旋光仪 测定旋光物质大小和旋转方向的仪器。
旋光仪示意图
5.比旋光度 某物质的旋光度因溶液浓度、盛液管长度、 测定温度、光源波长及溶剂性质不同而变。为 比较各种旋光活性物质旋光性的大小，必须在 一定温度、一定波长、同种溶剂的条件下，用 单位浓度、单位盛液管长度的旋光度——比旋 光度进行量度。
第五章 旋光异构
Optical isomerism
碳链异构
构造异构 官能团异构
同
位置异构
分
互变异构
异
构
构象异构
立体异构 顺反异构（几何异构） 构型
旋光异构（光学异构）
§5-1 旋光异构现象
一、偏振光和旋光活性
牛奶发酵 肌肉运动 糖发酵
乳酸 ：C3H6O3 CH3CHCOOH OH
三种不同来源的乳酸，分子式相同，结构 式相同，但wenku.baidu.com些性质有差异。例如：使偏振光 振动平面旋转的方向不同。
§5-1 旋光异构现象 一、偏振光和旋光异构 二、分子的手征性和旋光活性 §5-2 含手性碳原子的链状化合物的
旋光异构现象 一、含一个手性碳原子的化合物 二、旋光异构体构型的表示方法和命名
三、含两个不同手性碳原子的化合物 四、含两个相同手性碳原子的化合物 §5-3 环状化合物的旋光异构现象 §5-4 不含手性碳原子的化合物的旋光异构现象 §5-5 旋光异构体的性质 一、对映体的性质 二、非对映体的性质
exit
COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
内容提要
[α] 20
D
=
+ 52.7°（水）
例:
肌肉运动产生的乳酸
[α]=﹢3.8° (﹢)，右旋
糖发酵产生的乳酸
[α]=﹣3.8° (﹣)，左旋
牛奶发酵产生的乳酸
[α]=0°
(±)
？
二、旋光活性和分子结构的关系 1.手征性（手性或不对称性 ） 手征性 —— 手的特性：实物和镜像不能重 叠的特性。
例1：人的左、右手分别与自己的镜像不能 重叠，且二者具有互为实物和镜像不能重叠的 关系。
CH3CHCOOH OH
在空间的两种排列
由此得出结论：如果分子在结构上是相 同的，但旋光活性不同，那么这种差别就只可 能是原子或基团在空间的排布不同，而且这两 种空间排列都是不对称的。也就是说，其分子 具有手性。如果这两种不同的排布互为实物和 镜像不能重叠，那么所对应的两种物质彼此间 比旋光度大小相等、方向相反。因而：
手征性分子
充要条件
旋光活性
二维结构相同，原子或基团 在空间排列为不对称
分子有手性
物质有旋光活性
立体异构现象：旋光异构现象
旋光异构体
3.手性分子产生旋光活性的原因 平面偏振光可以看作是由两种圆偏振光 合成的，这两种圆偏振光都以光前进方向为轴 呈螺旋状传播，其中：右手螺旋形——右旋圆 偏振光，左手螺旋形——左旋圆偏振光。二者 互为实物与镜像不能重叠的关系，其光强度和 在真空中的传播速度相等。
1.偏振光 (1)偏振光 光波是一种电磁波，它是依靠 振动前进的，其振动方向垂直于前进方向。普 通光是由不同波长的光波组成的。如下图：
双箭头表示不同波长的光 可能的振动方向。
普通光振动示意图
但如果使普通光通过由方解石片组成的 Nicol棱镜或由人造偏振片制成的透镜，那么只 有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。这 种通过棱镜后只能在一个平面上振动的光称为 平面偏振光（简称偏振光）。
2.旋光活性 (1)旋光活性 使偏振光的偏振面发生改变的性质。 (2)旋光活性物质 具有旋光性质的物质。
葡萄糖、肌肉运动和糖发酵产生的乳酸等。
(3)无旋光活性物质 对偏振光不发生影响的物质。
水、乙醇和丙酮等。
3.旋光度 某种旋光性物质使偏振光的偏振面改变的角
度， 。
4. 右旋体 使偏振光的偏振面向右旋转的物质。
平面偏振光振动示意图
(2)起偏镜 产生偏振光的棱镜 ——起偏镜。
(3)检偏镜 若使偏振光射在第二个Nicol棱 镜上，只有当第二个棱镜的晶轴平行于第一个 棱镜的晶轴时，偏振光才能完全通过，在第二 个棱镜之后才能看到最大亮度的光。也就是说， 第二个棱镜可以检验偏振光的振动方向——检 偏镜。
普通光和偏振光
[α]λt
=
α
—— c×l
或 —α—
d×l
C: g/ml l: dm
[α]λt
=
α
—— c×l
或 —α—
d×l
一般情况下，旋光仪所用的光源是
钠光灯，其波长 =589.3nm ,相当于
太阳光谱中的 D 线，若测定温度为
20℃ ，则比旋光度表示为 [α]20 。
D
例 葡萄糖水溶液，使偏振光向右旋转，在20℃ 如 时用钠光源测其比旋光度为52.7 °，表示为：
Pasteur由晶体的外形联想到酒石酸钠铵 的内部结构，认为物质的旋光活性是由于分子 中原子或基团的排列不对称，即分子有手性的 缘故。并明确指出，结构式相同的两种物质旋 光活性的差异是由于分子中的原子或基团在空 间的排列不同而引起的。
然而对于两种来源不同的乳酸，要想证明 旋光活性的差异是由于分子中的原子或基团在 空间的排列不同而引起的，就必须先证实它们 的结构相同。德国科学家 Wislisennus 利用 10年的时间证实了肌肉运动和糖发酵产生的乳 酸结构式确实相同——2-羟基丙酸。
手性和对映体
不能相互叠合，但互为镜象。 互为镜象的两种构型的分子称为对映异构体。 与其镜象不能叠合的分子称手性分子
2. 手征性分子 手征性分子 ——与自己的镜像不能重叠的 分子，也称为不对称分子。 1848年，法国科学家Pasteur发现无旋光活 性的酒石酸钠铵晶体是两种晶形的混合物，它 们之间的关系类似于两种石英晶体，具有手征 性，且互为实物和镜像不能重叠。用镊子将这 两种晶体分开，分别溶于水，二者均有旋光活 性，测得比旋光度大小相等，方向相反。
当偏振光通过一个分子对称的介质时，两 种圆偏振光受到分子的作用相同，以相同的速 度通过这种介质，偏振光原来的偏振面不变， 即对称分子无旋光活性。如果偏振光通过由手 性分子组成的介质，则右旋圆偏振光从右边接 近分子，左旋圆偏振光从左边接近分子，由于 分子的不对称性，这两种圆偏振光所遇到的基 团不同，不同基团的极化度不相同，所以两种 圆偏振光的折射率不同，即两种圆偏振光经过 手性分子时所遇到的阻力不同，从而使二者传 播的速度不同。
用（+）或（d）表示右旋。
5. 左旋体 使偏振光的偏振面向左旋转的物质。
用（-）或（l）表示左旋。
6.旋光仪 测定旋光物质大小和旋转方向的仪器。
旋光仪示意图
5.比旋光度 某物质的旋光度因溶液浓度、盛液管长度、 测定温度、光源波长及溶剂性质不同而变。为 比较各种旋光活性物质旋光性的大小，必须在 一定温度、一定波长、同种溶剂的条件下，用 单位浓度、单位盛液管长度的旋光度——比旋 光度进行量度。
第五章 旋光异构
Optical isomerism
碳链异构
构造异构 官能团异构
同
位置异构
分
互变异构
异
构
构象异构
立体异构 顺反异构（几何异构） 构型
旋光异构（光学异构）
§5-1 旋光异构现象
一、偏振光和旋光活性
牛奶发酵 肌肉运动 糖发酵
乳酸 ：C3H6O3 CH3CHCOOH OH
三种不同来源的乳酸，分子式相同，结构 式相同，但wenku.baidu.com些性质有差异。例如：使偏振光 振动平面旋转的方向不同。
§5-1 旋光异构现象 一、偏振光和旋光异构 二、分子的手征性和旋光活性 §5-2 含手性碳原子的链状化合物的
旋光异构现象 一、含一个手性碳原子的化合物 二、旋光异构体构型的表示方法和命名
三、含两个不同手性碳原子的化合物 四、含两个相同手性碳原子的化合物 §5-3 环状化合物的旋光异构现象 §5-4 不含手性碳原子的化合物的旋光异构现象 §5-5 旋光异构体的性质 一、对映体的性质 二、非对映体的性质