第十章 旋光异构

旋光异构

一、化合物的连接方式

二、化合物的手性与分子结构的关系

三、旋光与手性分子

四、旋光的测定

五、旋光异构体构型的表示方法

七、含有两个手性碳原子化合物的旋光异构

八、不含手性碳原子的旋光异构

九、旋光异构的应用

化合物的连接方式

我们来观察下列一组化合物：甲烷、乙酸、α-羟基乙酸、α-羟基丙酸如下：

C C H 3OH H

COOH

C H H H H C COOH H H H C COOH OH H H 我们能否写出每个化合物的另外一种连接方式？甲烷、乙酸、α-羟基乙酸只有一种连接方式，而α-羟基丙酸就能写出另外一种连接方式，如下：这是为生么呢？C

CH 3

OH H COOH

化合物的手性与分子结构的关系

（一）手性与手性分子

（二）手性与对称因素的关系

1、对称面

2、对称中心

3、对称轴

4、总结

手性与手性分子

我们把其中一个α-羟基丙酸来照镜子，可以发现另外一个α-羟基丙酸的结构在镜子里面成像，且它们不能完全重叠，这种实物与镜像不能完全重叠的性质，叫做手性或手征性，就像左手和右手关系一样；两种构型不同的分子，外形相似，互为镜像，但不能重叠的分子称为手性分子。是什么因素是分子具有手性呢？

手性与对称因素的关系

如何从分子结构上来判断一个化合物是否具有手性？一种直观的方法就是做出一对实物和镜象的模型，若两者不能重叠，就是手性分子，但我们很难做到这一点，所以我们必须来讨论手性分子有什么样的结构特点，总体来说，手性是由于分子的不对称性引起的，怎样来判断这一点呢?我们可以从对称因素入手。

对称面

如果分子内有一个假设的平面，能将分子切成互为实物和镜象关系的两半，我们就说此分子存在着对称面。如甲烷、乙酸、α-羟基乙酸

C H H H H C COOH H H H C COOH OH H H

这种具有对称面的分子就不是手性分子。如果分子中所有的原子都在同一平面上，这个平面就是分子的对称面。

对称中心

假设分子内有一个中心点，通过中心点作任意一直线，在直线上距中心点等距离的两端，有相同的原子或原子团，该中心点称为分子的对称中心。如2，4-甲基-1，3-环丁二酸：

H

H

H H

CH

3CH

3

COOH

COOH

具有对称中心的分子不是手性分子。

对称轴

如果分子中存在轴线，绕轴线转动一周，所得的分子构型与原始的构型可以重叠，则说明分子中存在着对称轴，如：

Cl

H H

H C C H H

一氯甲烷乙炔

存在对称轴的分子不具有手性，为非手性分子。

总结

具有对称因素的分子，为非手性分子，换句话说，不具有对称因素的分子为手性分子。对称因素包括对称面、对称中心、对称轴，只要分子中存在其中一种对称因素，则此分子为非手性分子。一个分子中可能含有几个对称因素，如：甲烷

H

H H

H

H

H H

H

对称轴对称面

旋光与手性分子

手性分子具有什么性质呢？它能使偏振光旋转一定的角度。我们把能够使偏振光旋转一定角度的物质称为旋光性物质。每种旋光性物质对偏振光的旋转能力是不同的，也就是说，各种旋光性物质对偏振光的偏转角度不同，所以我们可以通过测定物质的旋光度来测定该物质的浓度。如何测定物质的旋光度呢?

偏振光

光是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直。自然光的光波是在各个不同的方向上振动的。如果让自然光通过一个特制的尼科尔（Nicol）棱镜，此镜只允许与它的晶轴平行的光通过，其他各个方向的光就被阻挡，我们把这种通过尼科尔棱镜后只在一个平面内振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。

自然光单色光（钠光）尼科尔棱镜偏振光旋光性物质对各种波长的偏光能力不同，因此采用单色的黄色钠光作为光源（用D表示）

旋光性物质的旋光能力是用旋光仪来测定的，旋光仪的构造如下：

单色光（钠光）

起偏镜

盛液管

检偏镜

旋光的测定：单色光 （钠光）起偏镜盛液管

检偏镜

溶剂

单色光 （钠光）起偏镜盛液管

检偏镜

旋光物质溶液00

单色光 （钠光）起偏镜盛液管

检偏镜

旋光物质溶液

0α

通过旋光仪我们能够测定旋光性物质的偏转角度α，称为旋光度，旋光度受偏振光的波长、温度、盛液管的长度、溶液的浓度影响，所以在不同条件下，同一旋光物质所测的旋光度不同。为了比较物质的旋光能力，通常规定1毫升含1克旋光物质的溶液，放在1分米长的盛液管测得的旋光度称为该物质的比旋光度。比旋光

度是旋光性物质的物理常数，通常用表示。表示测定时的温度，λ为测定光的波长，一般采

用钠光（波长为589.3nm ），用D 表示。

但在测定旋光物质的旋光度时，往往是配制[]t λα

一定浓度的溶液，我们可以通过以下的公式来进行计算必旋光度：

[]l

C t ⨯=α

αλ式中c 为旋光性物质的浓度（克/毫升），l 为盛液管的长度（分米）。

例如：我们配制0.5毫克/升的葡萄糖水溶液，在250C 钠灯及盛液管为10分米下测得旋光度为向右偏转6.370，则其旋光度为：

[]

00

25274.1105.037.60+=⨯+=⨯=l C C D αα