有机化学05第五章旋光异构
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第05章_旋光异构
但是，D/L命名法只适应于和甘油醛结构 类似的其它化合物，如糖和氨基酸类。如果结 构上与甘油醛没有相似之处，用不同的原子或 基团类比，则同一种化合物可能确定为D-或 L-构型，从而引起混乱。
酒石酸钠铵的 两种半面晶体
Pasteur J
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 有手性的缘故。并明确指出， 构造式相同的两物质旋光活性 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，且为非对称排列。
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 们的二维结构相同。德国科学家 Wislisenus 利用10年的时间证实 了肌肉运动和糖发酵产生的乳酸构 造式确实相同——2-羟基丙酸。
与
光性
刻
的样
度
品管
盘
5. 比旋光度 为比较各种旋光活性物质旋光性的大小，规定 每毫升含1g旋光性物质的溶液放在1dm 长的样品管 中测得的旋光度为该物质的比旋光度。
[] t =
c ·L
：旋光仪的读数。 T：测定时的温度 c：样品溶液的浓度。 ：光源的波长 L：盛溶液的管长。
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[] D20。
2. 手征性分子
手征性分子——与自己的镜像不能重叠的分子. 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。
酒石酸钠铵的 两种半面晶体
Pasteur J
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 有手性的缘故。并明确指出， 构造式相同的两物质旋光活性 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，且为非对称排列。
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 们的二维结构相同。德国科学家 Wislisenus 利用10年的时间证实 了肌肉运动和糖发酵产生的乳酸构 造式确实相同——2-羟基丙酸。
与
光性
刻
的样
度
品管
盘
5. 比旋光度 为比较各种旋光活性物质旋光性的大小，规定 每毫升含1g旋光性物质的溶液放在1dm 长的样品管 中测得的旋光度为该物质的比旋光度。
[] t =
c ·L
：旋光仪的读数。 T：测定时的温度 c：样品溶液的浓度。 ：光源的波长 L：盛溶液的管长。
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[] D20。
2. 手征性分子
手征性分子——与自己的镜像不能重叠的分子. 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。
大学有机化学第五章旋光异构
大学有机化学第五章旋光异构
目录
• 引言 • 旋光异构现象 • 旋光异构体的性质 • 旋光异构体的合成与分离 • 旋光异构体的应用 • 结论
01 引言
主题简介
旋光异构
01
是指分子中由于组成原子或基团在空间的相对排列不同而引起
的异构现象。
旋光异构体的性质
02
旋光异构体具有不同的物理和化学性质，如熔点、溶解度、光
谱特征等。
旋光异构体的分类
03
根据旋光方向的不同，旋光异构体可分为左旋和右旋两种类型。
学习目标
掌握旋光异构体的基本概 念和分类。
掌握旋光度的测量和计算 方法。
理解旋光异构体的性质和 光谱特征。
了解旋光异构体在化学反 应中的变化规律。
02 旋光异构现象
旋光异构现象的定义
旋光异构现象
是指物质在偏振光的作用下，表现出旋光性的 现象。
旋光异构体在生物和药物领域具有广泛的应用，如手性药物的开发和 生产，建议了解相关应用实例和发展前景。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
旋光测定法
利用旋光仪测定旋光异构体的旋光度，以确定其纯度。
气相色谱法
通过气相色谱仪检测旋光异构体的组成和纯度。
高效液相色谱法
利用高效液相色谱仪对旋光异构体进行分离和纯度检测。
05 旋光异构体的应用
在药物研发中的应用
旋光异构体对药物的生物活性有显著影响，例如某些旋光异构体可能具有更好的疗 效或更低的不良反应。
手性农药的开发和应用，可以避免或减少对非靶标生物的毒性影响，从而降低对环境的负面 影响。
旋光异构体在植物生长调节剂和除草剂等领域也有广泛应用，例如某些旋光异构体可能具有 更好的促进植物生长或抑制杂草生长的作用。
目录
• 引言 • 旋光异构现象 • 旋光异构体的性质 • 旋光异构体的合成与分离 • 旋光异构体的应用 • 结论
01 引言
主题简介
旋光异构
01
是指分子中由于组成原子或基团在空间的相对排列不同而引起
的异构现象。
旋光异构体的性质
02
旋光异构体具有不同的物理和化学性质，如熔点、溶解度、光
谱特征等。
旋光异构体的分类
03
根据旋光方向的不同，旋光异构体可分为左旋和右旋两种类型。
学习目标
掌握旋光异构体的基本概 念和分类。
掌握旋光度的测量和计算 方法。
理解旋光异构体的性质和 光谱特征。
了解旋光异构体在化学反 应中的变化规律。
02 旋光异构现象
旋光异构现象的定义
旋光异构现象
是指物质在偏振光的作用下，表现出旋光性的 现象。
旋光异构体在生物和药物领域具有广泛的应用，如手性药物的开发和 生产，建议了解相关应用实例和发展前景。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
旋光测定法
利用旋光仪测定旋光异构体的旋光度，以确定其纯度。
气相色谱法
通过气相色谱仪检测旋光异构体的组成和纯度。
高效液相色谱法
利用高效液相色谱仪对旋光异构体进行分离和纯度检测。
05 旋光异构体的应用
在药物研发中的应用
旋光异构体对药物的生物活性有显著影响，例如某些旋光异构体可能具有更好的疗 效或更低的不良反应。
手性农药的开发和应用，可以避免或减少对非靶标生物的毒性影响，从而降低对环境的负面 影响。
旋光异构体在植物生长调节剂和除草剂等领域也有广泛应用，例如某些旋光异构体可能具有 更好的促进植物生长或抑制杂草生长的作用。
有机化学05 第五章 旋光异构
H Cl C2H5 Cl H Cl H C2H5 H Cl CH3 (IV)
(I) CH3
(III) CH3
(2R,3S) (±) (2S,3R)
(2S,3S) (±) (2R,3R)
★ (I) → (IV) 为非对映体，有不同的物理 性质；化学性质相似而不相同。
构像式与构型式之间的关系： 由(III)来看：
★偏光性是由分子的不对称性引起的
5.2.2 手性和手性碳原子 物体与其镜像不能重叠的现象
★手性分子必然存在一种实物与镜像不 能重叠的对映体 ★手性是对映异构存在的充要条件
★手性碳——碳原子上连有四个不同基团
——手性碳原子
有一个手碳的C就是一对对映异构体
b c d a
a d b c
如：
CH3
H C C OH
纯液
[α]λt=
α —— d.l
通常 λ 用钠光 D = 5893Å t 常为20℃
表征一个旋光物质旋光 能力和方向的特征常数
如： 肌肉乳酸 [α]D20 = +3.8 （右旋3.8度）
葡萄糖
[α]D20 = +52.5（水）
（水液中右旋52.5度）
5.2 对映异构现象和 分子结构之间的关系 5.2.1对映异构现象的发现 ★偏光——19世纪初——比奥特发现— —后发现——石英晶体有两种不同的晶 型，象人的左右手 ★巴斯特（巴黎化学家）——1848年— —无旋光性的酒石酸分开后发生偏转— —即分子也有旋光性
对称中心 酒石酸
5.4.3 n 阶对称轴
H Cl C C Cl H
360/2=180
二阶对称轴
二阶
分子中有一直线，分子以其转2π/n或其倍 数，所得型与原相同，为 n 阶对称轴。
(I) CH3
(III) CH3
(2R,3S) (±) (2S,3R)
(2S,3S) (±) (2R,3R)
★ (I) → (IV) 为非对映体，有不同的物理 性质；化学性质相似而不相同。
构像式与构型式之间的关系： 由(III)来看：
★偏光性是由分子的不对称性引起的
5.2.2 手性和手性碳原子 物体与其镜像不能重叠的现象
★手性分子必然存在一种实物与镜像不 能重叠的对映体 ★手性是对映异构存在的充要条件
★手性碳——碳原子上连有四个不同基团
——手性碳原子
有一个手碳的C就是一对对映异构体
b c d a
a d b c
如：
CH3
H C C OH
纯液
[α]λt=
α —— d.l
通常 λ 用钠光 D = 5893Å t 常为20℃
表征一个旋光物质旋光 能力和方向的特征常数
如： 肌肉乳酸 [α]D20 = +3.8 （右旋3.8度）
葡萄糖
[α]D20 = +52.5（水）
（水液中右旋52.5度）
5.2 对映异构现象和 分子结构之间的关系 5.2.1对映异构现象的发现 ★偏光——19世纪初——比奥特发现— —后发现——石英晶体有两种不同的晶 型，象人的左右手 ★巴斯特（巴黎化学家）——1848年— —无旋光性的酒石酸分开后发生偏转— —即分子也有旋光性
对称中心 酒石酸
5.4.3 n 阶对称轴
H Cl C C Cl H
360/2=180
二阶对称轴
二阶
分子中有一直线，分子以其转2π/n或其倍 数，所得型与原相同，为 n 阶对称轴。
《有机化学》第5章 旋光异构
22
第四节 含两个手性碳原子化合物的对映异构
一、含两个不同手性碳原子的化合物 这类化合物中两个手性碳原子所连的四个基团不完全相同。例如：
1. 对映异构体的数目
乳酸含有一个手性碳原子，有一对对映体。一般地说，分子中含手性碳原
子的数目越多，旋光异构体也越多。如分子中含有两个不相同的手性碳原子时 ，与它们相连的原子或基团，可有四种不同的空间排列形式，即存在四个旋光 异构体。例如，三羟基丁醛（赤藓糖）是一种含有四个碳原子的糖类，分子中 有两个不相同的手性碳原子。
第五章 旋光异构
【知识目标】
⒈ 熟悉立体（光学）异构、对称因素、手性碳原子、对映体、内（外） 消旋体等基本概念；
⒉ 了解物质产生旋光性的原因，对映异构与分子结构的关系； ⒊ 掌握构型的表示方法（D、L和R、S标记法）；掌握书写费歇尔投影 式的方法。
【能力目标】
⒈ 能利用投影法和透视式表示分子构型； ⒉ 能利用R－S构型标记法标记化合物构型； ⒊ 能分析不同构型的同一化合物的性质区别。
许多旋光物质是从自然界生物体内分离出来的，但由合成方法得到的旋光物质， 通常多是外消旋体。而具有光学活性的药物，常常只有一种旋光异构体有显著疗效， 如氯霉素有四个旋光异构体，但只有左旋氯霉素（1R，2R）具有抗菌作用，其它对 映体无作用。因此，需要进行外消旋体的拆分。外消旋体拆分的方法有多种，如化学 拆分法、诱导结晶法、生化拆分法等。
个平面，通过正六边形对角与分子平面垂直的三个平面，另一个是六个 碳原子六个氢原子所在的分子平面。
图5－12 苯分子和顺－1,3－二甲基环丁烷分子的对称面
顺1,3－二甲基环丁烷有两个对称面，即通过四边形对角与四边形 平面垂直的两个平面。
2023/6/13
有机化学理论课 第五章 旋光异构
第五章旋光异构(Optical Isomerism)一、教学目的和要求同分异构是有机化合物的普遍现象，因此同分异构化学即立体化学的一个重要部分，它是研究组成分子的各个原子在空间的不同排布方式所引起的异构现象,以及因这些异构现象而引起的分子的物理和化学性质的差异的影响.所以讨论立体化学时,总是先从立体异构现象谈起.前面我们已在第二章、第三章、第四章讨论了某些立体异构现象，例如，烷烃构像、脂环烃构像、含双键和脂环化合物顺反异构。
本章在对上述内容作简要小结后，重点讨论立体异构现象中最重要，也是不易掌握的对映异构现象，为进一步学习碳水化合物、蛋白质，以及各类反应中的立体化学现象打好基础本章学习的具体要求1、掌握有机化合物异构的分类2、掌握对映异构、手性、手性分子、非手性分子、旋光活性、旋光活性物质、旋光度和比旋光度等有关概念3、掌握对映异构体数目的计算方法和对映、非对映、外消旋体和内消旋体的概念。
4、掌握费歇尔投影式和投影规则5、了解外消旋化。
二、教学重点与难点重点是旋光异构，旋光与分子结构的关系；含不对称碳原子化合物的旋光异构；难点是旋光异构的表示方法；R、S命名法。
三、教学内容1、偏振光和旋光性2、分子的对称性，手性，旋光活性3、构型表示方法D/L，R/S4、含有多于一个手性碳原子的立体异构5、取代丙二烯类和取代联苯类的旋光异构6、立体专一反应和立体有择反应7、外消旋体的拆分四、教学方法和教学学时（1）教学方法：以讲授为主；教具、多媒体为辅助手段，配合适量的课外作业（2）教学学时：4学时五、总结、布置作业5.1 各种异构现象的归纳旋光异构又称对映异构或光学异构，是指两个分子或多个分子间，由于构型的差异而表现出不同的旋光性能的现象，这些分子互为旋光异构体。
5.2 物质的旋光性Optical Activities of Substances偏振光（plane-polarized light ）使偏振光的振动平面发生偏转的特性叫旋光性。
第05章 旋光异构
• 肌肉运动可以产生 • 糖经乳杆菌发酵
这三种途径所得乳酸均可以用上述结构 表示。但它们表现出的性质不尽相同。 显然乳酸应该存在异构体。
• 牛奶变酸也能产生
但是，对于具有相同结构式：CH3CH（OH）COOH 的前提下 讨论异构体，在二维平面似乎有些不可能，但如果我们将其放
入三维空间讨论，那就能理解了，——这就是本章将要讨论的 另一种异构现象：旋光异构。
分子对称因素：对称面、对称中心、对称轴。
1.对称面：若有一个平面能将分子切成两部分，其中
() 一部分正好是另一部分的镜像，这个平面
就是这个分子的对称面。
塔里木大学 有机化学精品课程 Organic Chemistry, Tarim University
例如：对称面
1,1-二氯乙烷
反-1,2-二氯乙烯
5.3 含手性碳原子的链状化合物旋光异构体
5.3.1 含一个手性碳原子的化合物
若分子中只含一个手性碳原子，则这个化合物具有手性。 且只有两种旋光异构体，二者之间互为实物—镜像不能重 叠的关系，为一对对映异构体。
例如： 乳酸 CH3C＊H（OH）COOH 含一个手性碳原子，存在一对对映异构体，一个为左旋体，
D、L命名法只适应于和甘油醛类似结构化合物，如：糖和 氨基酸类。 对于其它一些旋光异构体命名常使用—R、S命名法
2. R、S命名法
规则：①先将与手性C原子相连的4个不同基团按次序规 则排列。
塔里木大学 有机化学精品课程 Organic Chemistry, Tarim University
② 找出最小取代基放在对面最远处，再由前面观察 另外三个取代基由大（较优基团）到小顺序，若为顺时 针方向排列，则构型为R；若为反时针，则为S构型。
有机化学 第5章 旋光异构
称，例如，由肌肉中取得的乳酸的比旋光度为：[α ]2D0 = +3.8°
(ρ=0.1gmL-1，H2O)，表示测定该乳酸的旋光度时，是在20。C， 钠光灯源，所用溶液的浓度为10%，是右旋物质，通过公式计
算出比旋光度是3.8°。
上面公式即可用来计算物质的比旋光度，也可用以测定物质 的浓度或鉴定物质的纯度。
H
OH 最小基团（H）
H
Cl 最小基团（H）
位于横线 CH2OH R- 构型
位于横线 CH3 S- 构型
H
最小基团（ H）
CH3
最小基团 CH3
H2N COOH 位于竖线
ClCH2
Cl 位于竖线
CH3
R- 构型
CH(CH3)2 S- 构型
七、含两个不相同手性碳原子的化合物
以2,3,4-三羟基丁酸为例：
存在对称面的分子不能与其镜像重叠， 为非手性分子，无旋光性，无对映体。
σ
H Cl
C
H C Cl
因此，上述分子都是对称分子，它们没有手性， 也没旋光性。
有机物分子具有手性的最普遍的因素是手性碳原 子，连有四个各不相同基团的碳原子——手性碳 原子，用C* 表示。
凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具 有手性，是手性分子。
COOH
H
OH
CH3
在纸平面
CH3
180°
HO
H
COOH
（2）对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型 不变，对调奇数次则为原构型的对映体。例如：
CHO
HO
H
CH2OH
CH2OH
OH与H对调一次
H
OH
CHO
CHO与CH2OH 对调一次
(ρ=0.1gmL-1，H2O)，表示测定该乳酸的旋光度时，是在20。C， 钠光灯源，所用溶液的浓度为10%，是右旋物质，通过公式计
算出比旋光度是3.8°。
上面公式即可用来计算物质的比旋光度，也可用以测定物质 的浓度或鉴定物质的纯度。
H
OH 最小基团（H）
H
Cl 最小基团（H）
位于横线 CH2OH R- 构型
位于横线 CH3 S- 构型
H
最小基团（ H）
CH3
最小基团 CH3
H2N COOH 位于竖线
ClCH2
Cl 位于竖线
CH3
R- 构型
CH(CH3)2 S- 构型
七、含两个不相同手性碳原子的化合物
以2,3,4-三羟基丁酸为例：
存在对称面的分子不能与其镜像重叠， 为非手性分子，无旋光性，无对映体。
σ
H Cl
C
H C Cl
因此，上述分子都是对称分子，它们没有手性， 也没旋光性。
有机物分子具有手性的最普遍的因素是手性碳原 子，连有四个各不相同基团的碳原子——手性碳 原子，用C* 表示。
凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具 有手性，是手性分子。
COOH
H
OH
CH3
在纸平面
CH3
180°
HO
H
COOH
（2）对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型 不变，对调奇数次则为原构型的对映体。例如：
CHO
HO
H
CH2OH
CH2OH
OH与H对调一次
H
OH
CHO
CHO与CH2OH 对调一次
有机化学第05章旋光异构
甲烷、乙烯、乙炔它们分子的二维图象和三维图象可以看出这些分子是对称的。 如果把分子中的氢互换位置，分子没有变化 生活中有许多对称的现象，也有不对称的现象。 2、 手性碳原子 与四个不同原子或基团相连的碳原子称为手性碳原子，并用“*”标出。
3. 手性分子：若分子与其镜像不能重叠，则此分子为手性分子。 判断一个分子是否为手性分子，主要看它是否具有对称因素，即对称面、 对称面 对称面 对称轴和对称中心。
二、分子的对称性，手性（chirality)及旋光活性
1、分子的立体形象 分子的形象是分子结构体现的一种表现现象。少数简单的分子具有二维形象， 大多数有机分子都具有三维形象，也就是呈现立体的形象。碳原子是一个三维的 正四面体结构，当它和四个相同的原子结合时，四个键的键长以及它们之间的夹 角都是均等的，为109.5°单当它结合的原子不同时，键角就偏离了这一正常角 度。键长、键角的变化可以影响分子的其他性质。
S
反时针
（R）-乳酸
（S）-乳酸
特点：R、S构型法，能表示分子的绝对的空间关系，即：看见一个光活异构体 的名字，就可写出它的空间构型表达式。
COOH
HOOC
HOOC C H
HCOOH
H
C
OH
HO
C
H
H
HO
CH3
C CH3 H
HO H H H
H R S R R 注意：R、S构型与旋光性无内在联系，即R不代表旋光性中的右旋，S构型不代 表旋光性中的左旋。
[O ] CH3 CH CH C H 3 + K M nO 4 + H 2O CH3 CH OH CH OH CH3
两个邻二醇都是无旋光的。将熔点为19 0C的进行拆分,可以达到两个旋光度绝
有机化学第五章旋光异构演示课件
2020/10/10
3
1 尼科尔（Nicol）棱镜(偏振片)：只允许与棱镜镜轴平行的 平面上振动的光线透过棱晶。
2 平面偏振光：只在一个平面上振动的光称为平面偏振光(或解称 偏振光)。plane polarized light
2020/10/10
4
旋光物质和不旋光物质
2020/10/10
5
旋光物质和不旋光物质（续）
6
旋光度和比旋光度
1 旋光度：旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度。 与所用溶液的浓度、盛液管的长度、温度、光波的波长、 溶剂的性质有关。右旋为“+”(d)，左旋为“-”(l)
2020/10/10
7
旋光度和比旋光度（续）
2 比旋光度
定义：1 ml含1 g旋光性物质浓度的溶液，放在1 dm（10cm）长的盛液管中测得的旋光度称为该物 质的比旋光度。通常用[]t表示。
1 物质的旋光性：能使偏振光振动平面转动一个角度的性
质称为物质的旋光性或叫光学活性。
2 旋光物质（光学活性物质）：具有旋光性的物质。
3 旋光度：旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度
4 右旋体：使偏振光振动平面向右旋转的旋光物质。
(+,D)
5 左旋体：使偏振光振动平面向左旋转的旋光物质。(-,L)
26020旋/10/1光0 仪: 测定物质旋光度的仪器(结构如上图所示)
2020/10/10
14
三、对称性----对称面和对称中心 1、对称面 ：假如有一个平面可以把分子分割成两部分。而 一部分正好是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面 （用表示）。如
对称面
Cl
H
H
Cl
对称面
H Cl
有机化学旋光异构
2）把与手性碳原子相连的四个基团画上去。一般将含碳的基团画在垂直线两头。
3）注意：费歇尔投影式看起来象平面结构，实际它表示的是立体结构。与手性碳原子结合的横向的两个键是水平朝前的，与手性碳原子结合的竖向的两个键是垂直向后的。
构型的R、S命名规则
1970年IUPAC建议对对映异构体采用R、S命名，规则如下：
对于二取代的环烷烃化合物
七、其它不含手性碳原子的化合物的旋光异构
1）联苯类
2）丙二烯类
3）螺环烃
这些化合物有无旋光异构体？
下列化合物中有三个旋光异构体的是哪些？
喜树碱 抗癌活性与C－20构型有关。 C－20为S－构型(天然得到的化合物)有活性， 为R－构型时完全没有活性。
天冬酰胺
R型是甜味剂，甜度约为蔗醣的200倍，S型却是苦的。
4、构型的表示方法 费歇尔投影式
1）画一个十字形。十字形的交点代表手性碳原子。
2、对称性与旋光性(手性)
对称性：对称面，对称中心，对称轴
1）、具有对称面的分子没有手性。
2）、具有对称中心的分子没有手性。
3）、具有对称轴的分子不一定没有手性。
具有二重对称轴，有对称面，没有旋光性
只具有二重对称轴，有旋光性
很多有旋光性的化合物结构中有手性碳原子(与四个不同的原子 或基团相连的碳原子)。
含有两个相同手性碳原子的有机物有三个旋光异构体。
3、含有多个手性碳原子的有机物的旋光异构
含有n个不相同的手性碳原子的化合物有2n个旋光异构体，可组成2n-1个外消旋体。而如果含有相同的手性碳原子，则旋光异构体的数目就会少得多，会有内消旋体。
六、环状化合物的旋光异构：
环丙烷衍生物
有对称面，没有旋光性
1）
3）注意：费歇尔投影式看起来象平面结构，实际它表示的是立体结构。与手性碳原子结合的横向的两个键是水平朝前的，与手性碳原子结合的竖向的两个键是垂直向后的。
构型的R、S命名规则
1970年IUPAC建议对对映异构体采用R、S命名，规则如下：
对于二取代的环烷烃化合物
七、其它不含手性碳原子的化合物的旋光异构
1）联苯类
2）丙二烯类
3）螺环烃
这些化合物有无旋光异构体？
下列化合物中有三个旋光异构体的是哪些？
喜树碱 抗癌活性与C－20构型有关。 C－20为S－构型(天然得到的化合物)有活性， 为R－构型时完全没有活性。
天冬酰胺
R型是甜味剂，甜度约为蔗醣的200倍，S型却是苦的。
4、构型的表示方法 费歇尔投影式
1）画一个十字形。十字形的交点代表手性碳原子。
2、对称性与旋光性(手性)
对称性：对称面，对称中心，对称轴
1）、具有对称面的分子没有手性。
2）、具有对称中心的分子没有手性。
3）、具有对称轴的分子不一定没有手性。
具有二重对称轴，有对称面，没有旋光性
只具有二重对称轴，有旋光性
很多有旋光性的化合物结构中有手性碳原子(与四个不同的原子 或基团相连的碳原子)。
含有两个相同手性碳原子的有机物有三个旋光异构体。
3、含有多个手性碳原子的有机物的旋光异构
含有n个不相同的手性碳原子的化合物有2n个旋光异构体，可组成2n-1个外消旋体。而如果含有相同的手性碳原子，则旋光异构体的数目就会少得多，会有内消旋体。
六、环状化合物的旋光异构：
环丙烷衍生物
有对称面，没有旋光性
1）
第五章 旋光异构
* CH3-CH-COOH OH 乳酸
CH3-CH-COOH NH2 α-氨基丙酸
2.含一个手性碳原子的化合物 (1)Fischer(费歇尔)投影式 乳酸就是含一个手性碳原子的化合物,手性碳原子分别与 H、OH、CH3、COOH相连，四个基团在空间有两种排 列方式，用楔形表示有（a）和（b）两种构型,具有镜 像和实物的关系,(c)和(a)彼此可以重合,是相同的分子.
第五章 旋光异构 具有相同分子式,但结构不同的化合物称为同分异构体.具体归纳如下:
有机化合物的异构情况归纳如下：
碳链异构
CH3
CH3CH2CH2CH3与CH3CHCH3
OH
构造异构
位置异构CH3CH2CH2OH与 CH3CHCH3 官能团异构CH3CH2OH与CH3-O-CH3 互变异构CH2=CH-OH与CH3CHO
1
HOOC-CH-CH-COOH
OH OH
2*
3*
4
酒石酸分子有两个相同的手性碳原子C2、C3，它们分别 连有相同的四个不同基团。C2、C3各有两个构型 ，用 A+与A-表示。此分子有下面的构型 :
COOH H OH
2
COOH
COOH OH H
2 3
COOH HO HO
2
OH
H H
2
OH OH
H H
同分异构 构象异构 立体异构
CH3
与
顺反异构 构型异构 旋光异构
CH3
CH3
H
C H
C
H
C H
C
CH3
一.旋光性 1.平面偏振光 只在一个平面内振动的光叫做平面偏振光,简称 偏振光.偏振光振动的平面叫做偏振面. 由冰晶石制的Nicol棱镜(尼可尔棱镜)具有一种特 殊性质,只有和棱镜的晶轴保持平行振动的光线 才能全部通过.如果在偏振光后面再放一个晶轴 和第一棱晶轴互相垂直的棱镜,则在第二个棱镜 后看不到光. 2.旋光仪 旋光物质 旋光度 检查旋光性的仪器叫做旋光仪.旋光仪的主要部 分包括两个棱镜,一个光源,一个盛样管,一个刻度 盘.
5有机化学旋光异构
① 将C*上原子或原子团按照次序规则，确定大小次序a＞b＞c＞d ；
② 将最小的原子或原子团置于距观察者最远处； ③ 观察其余三个原子或原子团由大到小的排列方式。 顺时针—— R； 逆时针—— S。
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
注意：
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
② 只能在纸面上平移或旋转180°；
Organic Chemistry
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
③ 但不能旋转90°或270°。
Organic Chemistry
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
七、构型标记法 1）D、L 标记法
-NR2 > -NHCOR > -NHR > -NH2 > -CCl3 > -CHCl2 > -COCl > -CH2Cl > -COOR >-COOH > -CONH2 > -COR > -CHO > -CR2OH > -CH2Cl > -COOR >-COOH > -CONH2 > -COR > -CHO > -CR2OH > -CHROH > -CH2OH > -CN > -C6H5 > -C≡CH >-CHR2 ( R≠ -CH3 ) > CH＝CH2 > -CH2R > -CH3> D > H > 未共用电子对
具有旋光活性。
Organic Chemistry
Chapter 5 旋光异构
第五章 旋光异构
寻找对称面
• 对称面—穿过分子或物体的平面，该平面把分子或物体切 成两部分，一部分是另一部分的镜像。
※
如果分子有一个对称面，则不是手性的
第三节
1. 2. 3.
含手性碳原子的手性分子
含一个手性碳原子的化合物 含两个不相同手性碳原子的化合物 含两个相同手性碳原子的化合物
3.1 含一个手性碳原子的化合物
均无旋光性
第四节 不含手性碳原子化合物的旋光异构
（1）取代丙二烯型旋光异构体
a b C
C
C
a b
或
a b
C
C
c
C d
（2）单键旋转受阻碍的联苯型旋光异构体
X1 X2
X3 X4
4.1 取代丙二烯型旋光异构体
a C b
sp
C
2
a C
sp
sp
2
b
手性轴 H C H3
H
C C C
C H3
2，3-戊二烯
4.2 单键旋转受阻碍的联苯型旋光异构体
平转 180°
平转 90°或 270°
3.1 含一个手性碳原子的化合物
3 、手性碳原子的构型标记法： R / S标记法
方法：将C* 上原子或原子团设为 a, b, c, d，且 a＞b＞ c ＞ d（优先次序）， 最小基团 d 放离眼睛最远处
按顺时针排列为R（右旋）
按逆时针排列为S（左旋）
用于确定构型的次序规则：
第五章
旋光异构
云杉的球果 （松节油的气味）源自S- (-) - 宁烯 镜子
R- (-) - 宁烯
橙子 （芳香气味）
1-甲基-4-（2-丙烯基）-1-环己烯
本章提纲
第一节 立体化学、立体异构体的定义和分类 第二节 旋光性和手性★ 第三节 含手性碳原子的手性分子★
有机化学-第五章旋光异构
构造异构：分子中原子互相联接的方式和次序不同而产
生的异构现象。
碳链异构
CH3
CH2
CH2
CH3
CH3
CH CH3
CH3
位置异构 CH3
CH2
CH
CH2 CH3
CH
CH
CH 3
官能团异构 CH2
CH
CH
CH2 CH3
CH2 C CH
互变异构
[ RC OH
CH ]
R
C O
CH3
立体异构：分子中原子互相连接的方式和次序相同， 但在空间的排列方式不同而出现的异构现象。 构象异构 构型异构 顺反异构 对映异构
2° 横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示
指向纸平面的后面。 3° 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写在 竖线上端。
使用Fischer投影式注意：
Fischer投影式不能离开纸面翻转过来；
COOH H OH CH3
翻转
COOH H HO CH3
COOH
OH
C
H
CH3
COOH H OH CH3
CH3 H HO COOH
②对调两个基团，对调偶数次构型不变，对调奇数次
为原构型的对映体。
CHO HO CH2OH
COOH H H CH OH OH 2 CH3
CHO
1次 H
COOHOH与H对调一次 H CHO与CH OH调一次 HO 2 对 CHO CH3
OH CHO 2次
CH2
>
H C C
CH2CH3 H
C C H
CH2 看作
C
CH
C
看作
C C C C
生的异构现象。
碳链异构
CH3
CH2
CH2
CH3
CH3
CH CH3
CH3
位置异构 CH3
CH2
CH
CH2 CH3
CH
CH
CH 3
官能团异构 CH2
CH
CH
CH2 CH3
CH2 C CH
互变异构
[ RC OH
CH ]
R
C O
CH3
立体异构：分子中原子互相连接的方式和次序相同， 但在空间的排列方式不同而出现的异构现象。 构象异构 构型异构 顺反异构 对映异构
2° 横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示
指向纸平面的后面。 3° 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写在 竖线上端。
使用Fischer投影式注意：
Fischer投影式不能离开纸面翻转过来；
COOH H OH CH3
翻转
COOH H HO CH3
COOH
OH
C
H
CH3
COOH H OH CH3
CH3 H HO COOH
②对调两个基团，对调偶数次构型不变，对调奇数次
为原构型的对映体。
CHO HO CH2OH
COOH H H CH OH OH 2 CH3
CHO
1次 H
COOHOH与H对调一次 H CHO与CH OH调一次 HO 2 对 CHO CH3
OH CHO 2次
CH2
>
H C C
CH2CH3 H
C C H
CH2 看作
C
CH
C
看作
C C C C
有机化学 第五章 旋光异构
碳干异构 位置异构 构造异构 同分异构 构型异构 立体异构 构象异构 官能团异构 互变异构 顺反异构 旋光异构
立体异构：构造相同,分子中原子或基团在空 间的排列方式不同。
几何异构
因共价键旋转受阻而产生的立体异构。
构象异构
因单键“ 自由” 旋转而产生的立体异构。
H H CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H H H CH3 CH3
旋光异构
因分子中手性因素而产生的立体异构。
Br CH3 C C2H5 Cl Br H5C2 CH3 C Cl Cl CH3 C Br C2H5
偏振光和旋光活性 （polarized light and optical activity ）
平面偏振光：
光束先进方向
通过Nicol棱镜，仅在
光源
一个平面上振动的光。
R S
CH3
H 在纸平面上 COOH
R
旋转180o
COOH H OH CH3
R
费歇尔投影式构型的确定： 当次序规则中最小的原子或基团位于竖向键时，其它 三个原子或基团按优先次序从大到小排列顺序为顺时针方 向，是R构型，反时针方向是S构型。若最小的原子或基团 在横向键上，则恰相反。
CHO H OH CH2OH H2N
将下列化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。
COOH C H Cl CH3
H3C COOH
S
COOH C Cl CH3 H
H
COOH
S
Cl
CH3
H
Cl
如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置， 则分子构型不变。
H H3C CH2CH3 COOH CH3CH2 H COOH CH3 COOH H CH2CH3 CH3 CH3 H COOH CH2CH3
立体异构：构造相同,分子中原子或基团在空 间的排列方式不同。
几何异构
因共价键旋转受阻而产生的立体异构。
构象异构
因单键“ 自由” 旋转而产生的立体异构。
H H CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H H H CH3 CH3
旋光异构
因分子中手性因素而产生的立体异构。
Br CH3 C C2H5 Cl Br H5C2 CH3 C Cl Cl CH3 C Br C2H5
偏振光和旋光活性 （polarized light and optical activity ）
平面偏振光：
光束先进方向
通过Nicol棱镜，仅在
光源
一个平面上振动的光。
R S
CH3
H 在纸平面上 COOH
R
旋转180o
COOH H OH CH3
R
费歇尔投影式构型的确定： 当次序规则中最小的原子或基团位于竖向键时，其它 三个原子或基团按优先次序从大到小排列顺序为顺时针方 向，是R构型，反时针方向是S构型。若最小的原子或基团 在横向键上，则恰相反。
CHO H OH CH2OH H2N
将下列化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。
COOH C H Cl CH3
H3C COOH
S
COOH C Cl CH3 H
H
COOH
S
Cl
CH3
H
Cl
如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置， 则分子构型不变。
H H3C CH2CH3 COOH CH3CH2 H COOH CH3 COOH H CH2CH3 CH3 CH3 H COOH CH2CH3
第五章旋光异构
CHO H OH CH 2 OH
COOH
O
H
OH CH2OH
H
COOH H OH CH 3
D-(+)-甘油醛 甘油醛 应用： 应用：糖类及氨基酸类化合物中
D-(-)-乳酸 乳酸
L-(+)-丙氨酸 (+)-
D-(-)-赤藓糖
D-(-)-苏阿糖
缺点：许多化合物难以通过化学反应与甘油醛相关联，如 CHFClBr ，对含有多个不对称碳原子的化合物构型表述不清。 对含有多个不对称碳原子的化合物构型表述不清。 多个不对称碳原子的化合物构型表述不清
对称中心：分子中有一中心点， 对称中心：分子中有一中心点，通过该点所画的直线都以 等距离到达相同的基团，则该中心点是对称中心 。 等距离到达相同的基团，则该中心点是对称中心i。
H H3C H H H H H CH3
CH3
CH3
C
Cl C H A C
H Cl
既无对称面也没有对称中心，一般可判定为手性分子。 既无对称面也没有对称中心，一般可判定为手性分子。
Fishcher投影式具有严格的投影原则。 投影式具有严格的投影原则。 投影式具有严格的投影原则
注意事项： 注意事项：
*1. 不能随意改变 *2. 不能离开纸面翻转 不能离开纸面翻转180o *3. 不能在纸面上旋转 o，可以在纸面上旋转 ×180o 不能在纸面上旋转90 ，可以在纸面上旋转n× 在纸面上旋转
三、不对称碳原子
分析甲烷分子的对称因素
Cl H F Br
Cl C HO H CH3
H C H H H
H Cl C H H
HO Cl C H H
连有四个不同原子或基团的碳原子， 连有四个不同原子或基团的碳原子，称为不对称碳 原子或手性碳原子。 原子或手性碳原子。
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20
最小在横向
CH3
H
Cl
C 2H 5
(R) →S
最小在竖向
H
H O C O O H (R) →R
CH3
小上下，顺 I 向 小左右，反 I 向
H
S—型 教学ppt
CH3
Cl CH3
H
21
H
5.4 含两个手性碳化合物
5.4.1含两个不相同手性碳的化合物
C 2H 5
H A Cl H B Cl
CH3
CH3C*HCl*CHClC2H5 A-B 型
第五章 旋光异构（立体化学）
定义 — 分子中的原子在空间的排 列所产生的异构现象，以及异构现 象对物理性质及化学性质的影响
— 叫异构现象
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1
[目的要求]：
1.了解平面偏振光的产生及旋光仪的构造； ２.掌握对映异构与分子结构的关系； ３.掌握对映体、非对映体、外消旋体、手性、对称因 素等立体化学中的基本概念； ４.掌握构型的表示及标定； ５.了解环状化合物及不含手性碳原子化合物的对映异 构； ６.了解外消旋体的柝分原理及方法。
：偶数次互变，构型不变
竖向后，横向前，含碳基团上下边；
转半圈，不教能学pp翻t ，奇数次互调构型17 变
伞架式： （飞锲式）
COOH H
H3C O H
镜像与构型无 特定对映关系
5.3.5 对映体的命名
R、S 标记，——绝对构型
a
b c
d
a > b > c > d 定序规则：
a
a→b →c
a
a→b→c
+57.56 -57.56
化学性质在手性条件或手性试剂性质下，表现不同 化学性质在手性环境表现的性质不同，反之相同
偏光为一种手性条件，生理作用也不同
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13
5.3.2 外消旋体 ——右旋、左旋对映体的等量混合体叫 外消旋体，与单个的性质不一样。
有些性质改变，有些性质不变。
5.3.3 旋光纯度 ——单一的旋光物叫旋光纯物质
互为实物与镜像关系的叫一对映异构体
如：
CH3
CH3 CH2 CH CH2OH 2-甲基-1-丁醇
*
C H2O H
H
C 2H5
OH
HOCH2
C 2H5
H
HO
(+)-2-甲基-1-丁醇 (-)-2-甲基-1-丁醇
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12
物理性质相同： 偏光不同：
bp: 128℃ d: 0.8193 nD20 : 1.4102
如： (+) –2-丁酸：[α]D20= +13.52
(-) –2-丁酸：[α]D20= -13.52
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14
如：测得（+）6.70º
旋光纯度 =
样品所测得比旋光度 纯对映体的比旋光度
= —6—.76— ×100% 13.52
= 50%
×100%
50% 纯的对映体 50%外消旋体
纯（+）-丁酸 75% 纯（-）-丁酸 25%
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7
纯液
α
[α]λt=
—— d.l
通常 λ 用钠光 D = 5893Å t 常为20℃
表征一个旋光物质旋光 能力和方向的特征常数
如： 肌肉乳酸 [α]D20 = +3.8 （右旋3.8度）
葡萄糖 [α]D20 = +52.5（水）
（水液中右旋52.5度）
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8
5.2 对映异构现象和 分子结构之间的关系 5.2.1对映异构现象的发现
如： 乳酸
H
O
CH3
C
C OH
OH
mp = 52℃
物理性质相同，但：偏振光的作用不一样
肌肉乳酸（右旋） 发酵乳酸（左旋）
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4
5.1 物质旋光性 5.1.1 偏振光（偏光）
光波——电磁波
普通光
偏振光
起偏镜
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检偏镜 旋
α
5
能把偏光的平面发生偏转的物质— 叫旋光物质，使偏光右旋转的叫右旋 (+)；左旋转的叫左旋(-)。 α—叫旋光 度，一个旋光物质在旋光仪里使偏光 旋转的角度。
右旋（+）
左旋（-）
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6
5.1.2 物质的比旋光度 ——度量物质的旋光能力
旋光度与浓度（分子数有关）— 故用比旋光度来度量
规定： 旋光管长 10cm=1分米； 在一定的温
浓度 1克/ml
度波长下
溶液
α
[α]λt=
—— c.l
l —— 分米
c —— 1克/ml
纯溶液（纯物质） 可用 d（1克/cm3）
★偏光——19世纪初——比奥特发现— —后发现——石英晶体有两种不同的晶 型，象人的左右手
★巴斯特（巴黎化学家）——1848年— —无旋光性的酒石酸分开后发生偏转— —即分子也有旋光性
★偏光性是由分子的不对称性引起的
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9
5.2.2 手性和手性碳原子 物体与其镜像不能重叠的现象
★手性分子必然存在一种实物与镜像不 能重叠的对映体 ★手性是对映异构存在的充要条件
d
c
b
顺时针， R构型
d
逆时针， b c S构型
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18
a b
c
a→b →c
顺时针， R构型
d
a
c
a→b→c
b
逆时针， S构型
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19
d
OH
H CH3 COOH
顺时针，R构型 R—乳酸
OH H
HOOC CH3
对映体，S—乳酸
3C H 3 后
H
Cl 前
C 2 H 51后
2
S—型
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+A -A +A -A
构型 +B +B -B -B
(±)
(±) 构成外消旋体
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22
两对对映体：
C 2H 5
H
Cl
H
Cl
(I) C H 3
C 2H 5 Cl H
C 2H 5
H
Cl
Cl H Cl
★手性碳——碳原子上连有四个不同基团 ——手性碳原子
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10
有一个手碳的C就是一对对映异构体
b
b
c
a
a
c
d
d
如：
CH3
HO CC OH OH
手碳—手性分子 一对对映体
CH3
CH3
H
OH
HO
OH
HOOC
COOH
手性教学p碳pt 原子 — 不是充要条11 件
5.3 含有一个手性碳原子的对映异构 5.3.1 对映体
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2
构构 造 异
象异 构 现 构立 体 异
碳骼异构 官能团位置异构 官能团异构 HC C H CH2 CH CH CH2
顺反异构 双键、环烷烃 构型异构
对映异构 特点：不可逆（化学键—破裂）
构象异构 — 单键自由旋转引起
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特点：可逆 3
对映异构：
两种异构体是 一对映的关系
实物与镜像 之间的关系
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15
5.3.4 构型的表示方式
费塞尔投影式 ——立体投影到平面上
如：
COOH
HO
H
CH3
COOH
HO
H
CH3
COOH
COOH
HO
H
HO
H
CH3
CH3
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16
规定：
1. 上下在后，横在前，交叉点在平面上。 2. 含碳基团在竖直上，编号小的在上。 注意： ★不能离开纸平面翻转，在平面上不能转90º， 可转180º（或转180º的倍数）。 ★基团之间进行 ：奇数次互变，改变构型