立体异构

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例如
COOH H HO CH3
HOOC H CH3 OH
COOH HO C H CH3
CH3
HOOC C H OH
COOH HO H CH3
Fischer投影式 Fischer投影式
COOH CH3 H OH
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投影式的注意事项： 使用 Fischer 投影式的注意事项：
1 一旦 Fischer 式写定，如果任意改变两个基团的位置 式写定， 奇数次，则变成另外一个立体异构体； 奇数次，则变成另外一个立体异构体； 任意改变两个基团偶数次则为同一化合物； 任意改变两个基团偶数次则为同一化合物； 偶数次则为同一化合物
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一 偏振光,光学活性物质,比旋光度 偏振光,光学活性物质,
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 旋转了 的角度
普通光变成只在 普通光变成只在 一个平面振动的 故为偏振光 光，故为偏振光
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1. 偏振光：只在一个方向振动的光。 偏振光：只在一个方向振动的光。 光学活性物质： 2. 光学活性物质：能使偏振光的平面发生偏转的物质称为 光学活性物质。 光学活性物质。 比旋光度： 3. 比旋光度： [α]D = α/c l 表示化合物旋光性的物理常数,物理意义指在10cm 10cm长 表示化合物旋光性的物理常数,物理意义指在10cm长 的样品池中，浓度为1g/ml化合物的旋光度。 1g/ml化合物的旋光度 的样品池中，浓度为1g/ml化合物的旋光度。化合物不 比旋光度也不同。 同，比旋光度也不同。 c - 样品浓度（ g / ml ） l - 盛液管的长度 ( 10 cm ) 样品浓度（ α- 样品使偏振光的平面偏转的角度 样品使偏振光的平面偏转的角度 比旋光度具有方向性，使偏振光向右旋转， 比旋光度具有方向性，使偏振光向右旋转，用＋表示， 表示， 向左旋转则用－ 表示。 向左旋转则用－ 表示。
CH2CH3 C H3 C Br
(＋)-2-溴丁烷 ＋ 溴丁烷
CH3
H
[α]D = (-)2 3.1
[α]D = (＋)2 3.1
旋光的产生：当光线通过分子， 旋光的产生：当光线通过分子，围绕在原子核周围的 电子云与光波所产生的电场相互作用，如果是手性分子， 电子云与光波所产生的电场相互作用，如果是手性分子， 平面偏振光与不同对映异构体的相互作用不同， 平面偏振光与不同对映异构体的相互作用不同，因而使平 面偏振光旋转的方向也就不同。 面偏振光旋转的方向也就不同。但各种基团与光波相互作 用的强弱还是未知数，其规律还不得而知， 用的强弱还是未知数，其规律还不得而知，你有兴趣研究 吗？ 一对对映异构体，除了旋光方向不同，其它物理性质， 一对对映异构体，除了旋光方向不同，其它物理性质， 如熔点，沸点和在非手性溶剂中的溶解度都相同。 如熔点，沸点和在非手性溶剂中的溶解度都相同。 19
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
7 与其镜像之间的关系。 锤 1 与锤 2 之间的关系相当于锤 1 与其镜像之间的关系。
2.
对映异构体
左手
右手
左右手不能完全重合
左手
左手的镜像
右手
左手的镜像
可以完全重合
如果对映体之间不能完全重合，则互称为对映异构体。其关 如果对映体之间不能完全重合，则互称为对映异构体 其关 对映异构体 系相当于左右手的关系，因此又称其中任一物体是手征性的 手征性的。 系相当于左右手的关系，因此又称其中任一物体是手征性的。 8
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Question: 在旋光管为10cm的旋光仪中，化合物的旋光度 在旋光管为10cm的旋光仪中， 10cm的旋光仪中 +45° 45° 读数为 +45°，你如何确定此物质的旋光度是 +45°， 45°），还是 +765° -315°，+405°（360 + 45°），还是 +765°？ 315° +405°
法国化学家贝尔 （Le Bel） 也在 ） 同年独立发表了 类似文章。 类似文章。
Jacobus Henricus van ‘t Hoff (1852-1911)， ， 第一个Nobel化奖获得者（1901） 第一个 化奖获得者（ ） 化奖获得者
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2.有机分子对映异构的实质（请看动画） 2.有机分子对映异构的实质（请看动画） 有机分子对映异构的实质
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3) 有机分子对映异构现象的实例 （1） 乳酸 人出汗时肌肉分泌出来的乳酸和由牛奶发酵得到 的乳酸是一对对映异构体： 的乳酸是一ห้องสมุดไป่ตู้对映异构体：
CH3 CH OH COOH
出汗时肌肉分泌 [α]D = (+) 3.82
牛奶发酵得到 [α]D = (-) 3.82
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用Newman投影式和透视式表示 Newman投影式和透视式表示
Answer: 把该物质的浓度减小一倍再测，这时旋光仪读 把该物质的浓度减小一倍再测， 数将变为以前的一半。 数将变为以前的一半。
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二、对映体与对映异构体 对映体与对映异构体
1. 对映体 如果两物体之间的关系相当于其中一物体与其镜象的关 对映体。 则这两个物体互称为对映体 系，则这两个物体互称为对映体。
Cl H F Br
mirror
Cl Br F H
CBrClFH
连有四个不同原子或基团的碳原子,可形成一对对映异 连有四个不同原子或基团的碳原子, 构体，因而为手征性分子，其旋光方向不同（相反）， ），但 构体，因而为手征性分子，其旋光方向不同（相反），但 光学异构体。 手性中心， 大小相等，因而又称光学异构体 该碳原子为手性中心 大小相等，因而又称光学异构体。该碳原子为手性中心， 又称不对称碳原子 不对称碳原子， 又称不对称碳原子，记做 C*。 14
课程名称： 课程名称：有 机 化 学 上课内容：对 映 异 构 上课内容： 上 课 人：陈彰评教授
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第四章 对映异构 （enantiomerism） enantiomerism）
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一、偏振光,光学活性物质,比旋光度 偏振光,光学活性物质, 二、对映体与对映异构体 三、有机分子对映异构及其实质 手性中心的平面表示法—— ——Fischer投影式 四、手性中心的平面表示法——Fischer投影式 手性中心的构型—— ——R,S命名法 五、手性中心的构型——R,S命名法 六、分子的手性与对称性 七、含多个手性中心的化合物 八、手性中心的其它表示法 九、手征性的宇宙 十、有机化学反应中的立体化学与不对称合成
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1848年，巴斯德（L. Pasteur ）在显微镜下发现酒石酸盐 年 巴斯德（ 形成两种类型的晶体，并且一种晶体是另一种晶体的镜像， 形成两种类型的晶体，并且一种晶体是另一种晶体的镜像，两 种晶体的水溶液使偏振光向不同方向偏转。 种晶体的水溶液使偏振光向不同方向偏转。
巴斯德推测： 巴斯德推测：构成盐 的分子本身是两种不 同类型， 同类型，分子不同因 而旋光性质不同。 而旋光性质不同。 左旋和右旋酒石酸钠铵晶体
四、手性中心的平面表示法—— 手性中心的平面表示法 Fischer投影式 Fischer投影式
做法：简单的画一个十字架， 做法：简单的画一个十字架，交叉点代表手性中心 （或手性碳原子），在十字架的端点写上与碳 或手性碳原子），在十字架的端点写上与碳 ）， 相连的原子或基团。 相连的原子或基团。 规定：水平方向的两个基团在纸面的上面， 规定：水平方向的两个基团在纸面的上面，垂直方 向的两个基团在纸面的后方,氧化数高的碳一 向的两个基团在纸面的后方 氧化数高的碳一 般放在垂直线的顶端。 般放在垂直线的顶端。
S 离开纸平面翻转 180°得到 R 离开纸平面翻转 ° 结论： 式在纸面平移， 结论：Fischer式在纸面平移，旋转 式在纸面平移 旋转180°，构型不变，但 ° 构型不变， 离开纸平面翻转 ° 离开纸平面翻转180°，或在平面旋转 90°，构型改变 翻转 °
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4 Fischer投影式与 Newman投影式的关系 Fischer 式表 投影式与 投影式的关系: 投影式的关系 示的是化合物不稳定的全重叠构象。 示的是化合物不稳定的全重叠构象。 eg:
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1874年，年仅22岁的荷兰科学家范霍夫（Herr van’t 年 年仅 岁的荷兰科学家范霍夫 岁的荷兰科学家范霍夫（ Hoff）发表了名为“原子的空间排布”（The Arrangements ）发表了名为“原子的空间排布” of Atoms in Space）一文，正式将有机化合物的结构推到了三 ）一文， 维层次——立体化学（stereochemistry），帮助我们解释了有 立体化学（ ），帮助我们解释了有 维层次 立体化学 ）， 机化合物的立体结构不同可以导致它们的性质不同。 机化合物的立体结构不同可以导致它们的性质不同。
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1. 分子式为 分子式为CH3X 的 化合物只有一种
same
2. 分子式为 分子式为CH2X2或 CH2XY的化合物 的化合物 也只有一种 3. 分子式为 分子式为CHXYZ 的化合物有两种
same
different
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手性中心、 1) 手性中心、 不对称碳原子 （chiral center, asymmetric carbon)
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（b）交换一个异构体中任何两个原子或原子团，得到 交换一个异构体中任何两个原子或原子团， 其对映异构体， 其对映异构体，即得到的化合物原子或原子团在空间的排 列顺序与以前相反。 列顺序与以前相反。
上面的例子说明，对映异构现象实质： 上面的例子说明，对映异构现象实质：是基团在空间 实质 的不同排列所引起。 的不同排列所引起。但是原子或基团的不同排列与旋光 性有什么关系？如何确定每种异构体的空间排列？ 性有什么关系？如何确定每种异构体的空间排列？
COOH
HOOC H
运动中肌肉 出汗分泌出
H
牛奶发 酵得到
HO
CH3
CH3
OH
COOH HO C H CH3
HOOC CH3 C H OH
出汗时肌肉分泌 [α]D = (+) 3.82度 度
牛奶发酵得到 [α]D = (-) 3.82度 度
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（2）2－溴丁烷
CH2CH3 C H Br
(-)-2-溴丁烷 溴丁烷
COOH H H OH OH COOH
COOH H H COOH
H
C C OH OH
H
OH OH COOH COOH
COOH H HO OH
H HO
COOH
H
OH COOH
COOH
H
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判别以下两式是为同一化合物，还是对映异构体？ 判别以下两式是为同一化合物，还是对映异构体？
Br Cl H F
F
90˚
Br Cl
H
S
Br
旋转90˚变成 旋转 变成 180 ˚
R
H
Cl H
F
F Br
Cl
S
旋转180 ˚仍为 旋转 仍为
S
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3 离开纸平面翻转 180°则得到另一个异构体。 离开纸平面翻转 180°则得到另一个异构体。
COOH HO H CH3
180° °
CH3
COOH OH H
CH3 Cl Br CH2CH3 CH3 o Br Cl Br CH3CH3CH2 CH2CH3
o
CH2CH3 Br Cl Br CH3
S 两基团交换一次成 R 两基团再交换一次变回 S 关于手性中心的R/S表示见下一节） 表示见下一节） （关于手性中心的 表示见下一节
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投影式在纸面上旋转 90° Fischer 投影式在纸面上旋转 90°则得到另外一个 异构体， 180°则构型不变。 异构体，旋转 180°则构型不变。
举例说明你所知对映体和对映异构体。 举例说明你所知对映体和对映异构体。
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三、 有机分子对映异构及其实质
有机化合物对映异构体的发现 1. 有机化合物对映异构体的发现 （推荐阅读R.A.Hegstrum and D.K.Kondepudi ,宇宙的手 推荐阅读 宇宙的手 征性, 科学中译本， 征性 科学中译本，1990，p31 或 The Handedness of the ， Universe，Sci. Am., 1990, 261, 98~105） ， ）
2) 对映异构现象的实质 原子远离我们的眼睛, （a）以 H 原子远离我们的眼睛,按照与碳相连 的原子的原子序数由大到小顺序进行排列,一个是顺 的原子的原子序数由大到小顺序进行排列,一个是顺 时针方向 一个是逆时针方向。 方向, 逆时针方向 时针方向,一个是逆时针方向。
F H Br Cl
Br
Cl H F