有机化学习题 第五章立体化学

左手
左手的镜像
右手
左手的镜像
可以完全重合
Some Chiral Objects in our Life
蝴蝶的四翅
长瓣兜兰
（每侧两个） (Paphiopedilum dianthum)
左右对称
两侧长瓣左右对称
卡特兰 (Cattleya labiata)
左右对称
这种像左右手互为镜像与实物关系，彼此又
不能重合的现象称为手性（Chirality）。
一个与分子完全重合的图形，则称该直线为该分子的 n 重旋转对称轴。记为Cn
水分子有 C2 对称轴
氨分子有 C3 对称轴
2 对称面 如果某一分子能被一个平面切成互为实物和镜象关系的两
部分，此平面就是该分子的对称面,用σ表示。
H3C
CH3
H HO C COOH
HO C COOH H
H
对称面
C
CH3
Cl
COOH
第五章 立体化学基础
立体化学(Stereochemistry) —— 以三维空间研究分子结构和性质的科学
立体异构
由原子或基团空间排列或取向不同所产生的异构现象。
同分异构
构造异构
碳位官 互 链置能 变 异异团 异 构构异 构
构
立体异构
构型异构 构象异构
对顺 映反 异异 构构
第一节 概述
一、平面偏振光及比旋光度
普通光光波在 各个方向振动
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，故为偏振光
左旋和右旋
➢右旋(dextrorotatory)：使偏振光向顺时针方向偏转，表示为(+)或“d” ➢左旋(levorotatory) ：使偏振光向逆时针方向偏转，表示为(–)或“l”
转 60o
H
Cl
Cl
Cl
H
Cl
非手性分子
两者 互相 重合
F
H
Cl
Cl
非手性分子：与镜像相重合 （非手性分子不含有手性碳）
非手性分子
Br Cl
Br
Cl
转 180o
Cl Br
Cl Br
两者完 全重合
Br Cl
Cl Br
三、分子结构的对称性与分子的手性关系
1. 对称轴 如果从通过分子中任何一条直线旋转 360°/n,能得到
例：
COOH
H
OH
HO
H
COOH
(R, R)-(+)-酒石酸
COOH
HO
H
左旋
H
OH
COOH
(S, S)-(-)-酒石酸
入射光方向 右旋
aa
旋光性物质或光活性物质
光活性分子旋光能力的表示方式 —— 比旋光度 [a]t
[a]t =
a
t
lc
specific rotation
例：
COOH
H
OH
HO
H
Answer: 把该物质的浓度减小一倍再测，这时旋光仪读 数将变为以前的一半。
二、对映异构和手性
1. 手性现象
同型号锤 1
同型号锤 2
锤 1 & 锤 2 可以完全重合
锤1
锤 1 镜像
锤 2 & 锤 1 镜像可以完全重合
锤 1 与锤 2 之间的关系相当于锤 1 与其镜像之间的关系。
左手
右手
左右手不能完全重合
3. 手性分子和非手性分子
手性分子
镜像
F
H
Br
Br
Cl
F
转 180o
H Cl
手性分子
两者不 能重合
F
Cl
Br
H
手性分子（chiral molecules）： 有手性现象的分子
手性(chirality)：实物和 其镜像不能重叠的现象
Chiral is derived from the Greek word cheiros, meaning “hand”.
手性碳 —— 手性分子的特征
F
H
C Br
Cl
F H C*
Br
连有四个不同基团的碳原子
*
➢ 手性碳(chiral carbon)
➢ 手性中心 (Chiral center)
手性碳标记
Cl
例： CH3C* HC*HCH3 Cl Cl
CH3C* HC* HCH2CH3 Cl Cl
非手性分子
镜像
F
F
没有对称面和对称中心 的分子是手性分子，有旋 光性。
判断分子是否具手性的方法 （1）建造一个模型 （2）寻找有无对称面或对称中心 （3）寻找手性碳原子或手性中心
Question:
HOCH2CHCHCH2OH HO OH
第二节 对映异构和非对映异构
一、含一个手性碳原子的化合物
1. 外消旋体和对映异构体的理化性质
Cl
Cl C
H
H C
Cl
对称面
Propanoic acid 有对称面 非手性
CH3
H
H
C
COOH
Lactic acid 无对称面
手性
CH3
H
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C
COOH
A
B
C
D
E
A. 甲烷分子有四个对称面（只画了其中一个）； B. 一氯甲烷有类似的三个对称面（只画了其中一个）； C. 二氯甲烷只有两个对称面； D. 氯溴取代甲烷只有唯一的一个对称面； E. 氟氯溴取代甲烷没有对称面。
具有对称面的分子是非手性分子，无旋光性。
3 对称中心
Br H
H
Cl H
H
Cl
Br
H
H
H3C
H
H CH3
H
H
如果从分子中的 任一原子或原子团 经中心 P 等距离延 长得到具有相同的 另一原子或原子团， 则称该分子具有对 称中心（i）。 具有对称中心的分 子为非手性分子。
中心P
4 结论：
分子的结构与分子手 性的关系——
2. 对映异构体
乳酸的结构
镜子 COOH
COOH
透视式 OH
C
H
OH
CH 3
（a）
COOH CH 3-
顺时针排列
C
HO
H
H3C
（b）
反时针排列
分子（a）和分子（b）的关系呢？
在空间的排列上，可以看出他们是不相同的:
H COOH
HO C CH3
H HOOC
C OH H3C
可见，这两个分子是互为物体与镜像 关系，但又不能重合，是两个不同的化合 物，故称为对映异构体，简称对映体。
Br2 CH3CH2CH2CH3
hv,
外消旋体性
(racemic mixture)
（旋光性相互抵消——消旋）
➢ 外消旋体表示方式
Br
（） CH3CHCH2CH3
CH3
CH3
H
Br + Br
H
C2H5
C2H5
50%
50%
产物无旋光性
(dl)-2-溴丁烷 ()-2-溴丁烷
光学纯的异构体与外消旋体的物理性质比较
COOH
at : 实验观察到的旋光度 l : 样品管长度（dm, 分米） c : 样品浓度（g / cm3） t : 测试时温度 : 波长
[a]25D = +12o (水,20%)
( 钠光，D线，=589nm)
(R, R)-(+)-酒石酸
Question: 在旋光管为1dm的旋光仪中，化合物的旋光度 读数为 +45°，你如何确定此物质的旋光度是 +45°，-315° ， +405°（360 + 45°），还 是 +765°？