旋光异构
旋光异构现象
（二）外消旋体
名称
（+）-乳酸 （-）-乳酸 （+-）-乳酸
外消旋体用（±）表达
乳酸的一些物理常数
熔点
26 26 18
[α ]tD +3.8o -3.8o 0o
pKa 3.76 3.76 3.76
在气相或稀溶液中,与左旋体、右旋体性质相同(除旋光性), 在固态和浓溶液中有所不同。
（2）非旋光性物质——不具有旋光性旳物质，叫做非 旋光性物质。如水、乙醇
旋光仪
Na灯
平面偏振光 样品管
观察旳旋光度
aa
00000
起偏镜
平面被旋转
操作者
三 旋光度与比旋光度
1、旋光度：旋光性物质使偏振光旋转旳角度，称为旋
光度，以“α”表达。
右旋：物质使偏振光振动面对右（顺时针）旋转 左旋：物质使偏振光振动面对左（逆时针）旋转
分子中只有一种手性碳原子，分子存在对映体。
CH3 H C* Br
CH2CH3
CH3 Br C* H
CH2CH3
手性碳原子≠手性分子
旋光性
手性（分子旳构造）
分子旳不对称性 （无对称中心和对称面）
手性分子旳分类
含手性碳原子旳手性分子 不含手性碳原子旳手性分子
§4−3 含一种不对称碳原子旳化合物
以乳酸为例：
COOH
H C OH H OH
CH3
CH3
R
COOH HO H
CH3 S
标明构型练习
COOH
CHO
H
H
OH
CH3
OH＞COOH＞CH3＞H
S－（－）－乳酸
H
H
OH
5旋光异构
构型标定实例
OH>COOH>CH3
COOH
COOH
HO
H
HO
CH3
CH3
"H"在横向 OH/COOH/CH3顺时针 变"S": (S)-2-羟基丙酸 （S）-(+)-乳酸
H
"H"在纵向 OH/COOH/CH3逆时针 不变"R": (R)-2-羟基丙酸 （R）-(－)-乳酸
简便措施：
① 手型规则：最小基团在那一侧，就用那只手。食指代表
H
OH
CH3
R－乳酸
－OH → －COOH → －CH3为顺 时针排列
从左后方观察
COOH
HO
H
－OH → －COOH → －CH3为逆时 针排列
CH3
S－乳酸
用费歇尔投影式拟定构型时，在纸面上观察：
Fischer投影式中最小基团在上下者，另外三个基团按顺序规
则由大到小旳顺序排列，顺时针构型为R，逆时针构型为S。
或Ⅳ不是实物和镜影旳关系。这种不为实物和镜影关系旳异
构体叫做非对映体。
由上可知：
含n个不同手性碳原子旳化合物有2n个 旋光异构体，可构成2n-1个外消旋体。
2．含两个相同手性碳原子化合物旳旋光异构
CH3
H
Cl
Cl
H
CH3
（2S,3S） Ⅰ
CH3
当一般光经过一种由方解石制成旳尼可尔（Nicol）棱 镜时，只有振动方向和棱镜晶轴平行旳振动面上旳光才干 经过，所得到旳光仅在一种平面上振动。这种仅在某一平 面上振动旳光叫做平面偏振光，简称偏振光。
使偏振光振动平面逆时针方向旋转旳物质叫做左
第五章旋光异构
2、 含有一个手性碳原子化合物的 旋光异构
CH3 HO C H
CH2CH3
CH3
HO H
CH2CH3
在使用投影式时，要注意投影式中基团的前后关系， 不能离开纸面翻转，也不能旋转90°，只能旋转180°及其 整数倍。
费歇尔投影式的原则口诀
1.碳原子跃然纸上，四价键交叉成碳 2.“横前竖后”是关键 3.主碳链竖排最常见，编号最小者位链
COOH
Ⅰ (2R,3R)-(－) Ⅱ (2S,3S)-(+) Ⅲ m-酒石酸
酒石酸
酒石酸
Ⅳ m-酒石酸
对映体
Ⅲ与Ⅳ粗看之下似乎也是对映体，但如果将Ⅲ沿纸面 旋转变180°，即可与Ⅳ重合，所以Ⅲ和Ⅳ实际是完全相 同的。
象Ⅲ这样，虽然有手性碳原子，但同时存在对称因素， 因而无旋光活性的化合物称为内消旋体。常用m-或meso-表 示。
3.含两个手性碳的化合物
（1）含两个不相同手性碳的化合物
※※
含两个不相同手性碳的化合 CH2－CH－CH－CHO
物应该有四种不同的空间构型。 OH OH OH 例：2,3,4-三羟基丁醛
CHO
CHO
H OH HO H H OH HO H
CH2OH （2R,3R）
CH2 OH (2S,3S)
D-(－)-赤鲜糖 L-(+)-赤鲜糖
二、旋光性与分子结构的关系
(b) 组成分子的所有原子在一个平面上，如:(E)–1,2–二氯乙烯
图5-6 分子中的对称面的示意图 (II)
二、旋光性与分子结构的关系
具有对称面的分子能与其镜像叠合，故不是手性分子， 因而没有旋光性。
图5-7 1–氟–1–氯甲烷分子模型示意图
二、旋光性与分子结构的关系
旋光异构专题知识课件
a
sp
a
CCC
b sp2
sp2 b
H
H
CCC
CH3
CH3
H
H
CCC
CH3
CH3
H
H
CCC
CH3
CH3
H
H
CCC
CH3
CH3
❖若用两个环来替代两个双键，则所得到旳螺环化合物也 应该有对映异构。
H
H
H
H
CCC
CCC
CH3
COOH
苹果酸
注意：具有手性碳原子旳分子不一定是手性分子，没有 手性碳原子旳分子不一定不是手性分子。
下面构型旳酒石酸分子没有手性。
COOH H C * OH H C * OH
COOH
酒石酸(meso)
3 手性分子旳判断
❖判断一种分子是不是手性分子，最直接旳方法就是，看 这个分子能否和它旳镜像重叠。
COOH H OH
CH3
COOH
HO
H
CH3
1 对映体和外消旋体
❖互为镜像旳异构体称为旋光异构体或对映异构体，简
称对映体。 ❖具有一种手性碳旳化合物没有对称面和对称中心，是手
性分子，存在两个旋光旳对映异构体。
CH3CH2C*HCH2OH CH3
2-甲基-1-丁醇
❖对映体旳性质，在非手性环境中完全相同，在手性条件 下可能不同。
构象异构：
构型异构： CH3 C C
CH3 CH3 CC
H
H
HH
CH3
顺反异构
旋光异构
旋光异构：是分子式、构造式相同，构型不同，互呈镜 像对映关系旳立体异构现象。 旋光异构体之间旳物理性质和化学性质基本相同，只 是对平面偏振光旳旋转方向(旋光性能)不同。 研究旋光异构旳原因： 天然有机化合物大多有旋光现象。 旋光异构体旳生物活性差别很大，如左旋维生素C可治 疗坏血病，而右旋旳没有作用。 在反应机理研究中有主要旳应用价值。
旋光异构名词解释
旋光异构名词解释旋光异构体(chiral isomer)指的是某些化合物由于电子的波函数与原来的不同，因此所呈现出来的光学性质也跟着改变，这种性质可以藉由对旋光仪器的观测而被得知。
通常情况下，异构体之间具有如下特征：(1)化学上呈现碱性或者酸性;(2)在有机化学的历程中，其分子骨架一定会使它带有正电荷;(3)在外界条件改变时，异构体都会保持异构体之间固有的形态。
旋光异构体有很多，但大多数都是碳链的异构体，例如正碳离子、碳烯、卡宾、卡拜。
基于这个概念，可以使用下列的定义来分类化合物的旋光异构体。
1.按原子中所含的电子个数不同，分为三类：(1)不等性碳正离子(含有四个电子);(2)等性碳负离子(含有三个电子);(3)四聚性碳正离子(含有两个电子)下面几个主要反应会影响到旋光性的产生。
1.水解反应。
当一个四聚体结合一个单体成为四聚体时，键结强度减弱，键长增加，从而引起了正电荷。
在正电荷和水分子的共同作用下，碳离子被拉长。
碳正离子的旋光率随着核电荷数的增加而增加，这就是旋光异构体的最初由来。
2.消去反应。
相同碳正离子的化合物在分子内形成碳正离子的过程中会发生消去反应。
由于所涉及的碳原子不能稳定地和两个水分子相连接，导致了水解反应的发生，消去反应形成两个新的正碳离子，并使碳正离子重新回到平衡状态，于是结合了一个水分子的碳离子又变成了碳正离子。
通过以上的实验，可以发现碳正离子中的每一个碳离子是以与水分子结合的碳氧双键的方式进行稳定结合的。
3.加成反应。
这种反应将会导致产生碳负离子。
由于在和四个水分子连接的碳上有一个孤对电子，可以使得碳正离子和四个水分子之间发生作用，碳负离子的存在就意味着消除了一个单体。
然后碳正离子和其他碳正离子进行结合。
4.氧化还原反应。
有些化合物可以被氧化，这样就会减弱碳正离子的作用。
同时，它们可以被还原，这样会增强碳正离子的作用。
于是结果是可以得到不同的产物。
旋光异构体有很多，但大多数都是碳链的异构体，例如正碳离子、碳烯、卡宾、卡拜。
第7章旋光异构
[a
]
t
a B l
α─ 旋光仪上测得的旋光度 ρB ─质量浓度（g·mL-1） l ─盛液管的长度（dm） t ─测定时的温度 λ─所用光源的波长
例如，在10mL 水中，加入某旋光物质1g， 在1dm 长的盛液管内，用钠灯做光源，温度为 20℃时测得它的旋光度α为-4.64o，则该物质的 比旋光度为：
手性不仅是某些宏观物体的特征， 某些微观的分子同样也具有“手性”， 我们称这类分子为“手性分子”。大量 的天然有机物，如脂类、糖类、氨基酸、 生物碱以及在生物体内起重要作用的酶 等，大多是手性分子。
手性分子
非手性分子
手性的判断
判断一个分子是否有手性，可用做一对实物 与镜像的分子模型，观察它们是否能够完全重合， 如果不能重合就是手性分子。但是要判断判断一 个分子是否有手性，并非一定要用模型。一个分 子是否能否与其镜像重合，与分子的对称因素有 关，对称因素主要有对称面、对称中心、对称轴 等。
CH3 C*H COOH OH
乳酸
HOOC
C* H
* CH
COOHOH OH酒 Nhomakorabea酸思考题：指出下列化合物中的手性碳原子。
NHCOCHCl2
HOCH2*CH *CHOH
NO2
氯霉素
Ph COCH2CH3
Ph C CH2*CHN(CH3)2
CH3
美散痛(Methadone)
1．对映体和外消旋体
最早发现的含一个手性碳的化合物是乳酸， 手性碳上四个不同的基团在空间有两种不同的 排列方式，也就是有两种不同的构型：
第七章 旋光异构
Enantiomerism
碳链异构
官能团异构
构造异构 位置异构
《旋光异构》课件
化学实验方法还可以通过拆分旋光异构 体来研究它们的性质。拆分过程可以通 过结晶、色谱技术或化学转化等方法实 现，以分离出具有不同旋光性的异构体
。
物理实验方法
物理实验方法主要涉及使用物理手段来研究旋光异构体。这些方法通常 用于分析已经存在的旋光异构体，并可以提供关于它们结构和性质的信 息。
光学实验是研究旋光异构体的常用方法之一。通过测量旋光异构体的折 射率、吸收光谱和荧光光谱等光学性质，可以了解其分子结构和旋光性
旋光异构体的分类
左旋和右旋
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。
外消旋体
当左旋和右旋两种异构体以等量混合 时，称为外消旋体，其旋光性相互抵 消。
旋光异构现象的应用
01
02
03
生物化学研究
旋光异构现象在生物化学 领域中具有重要应用，如 手性药物的合成与分离。
光学仪器制造
旋光异构现象可用于制造 光学仪器，如偏振片、反 射镜等。
新技术的应用
总结词
新技术的应用将为旋光异构领域带来革命性的变革，通过引入新技术，可以提升旋光异构的测量精度 、降低成本和提高生产效率。
详细描述
随着科技的不断发展，新技术不断涌现。将这些新技术应用于旋光异构领域，如光学干涉技术、计算 机视觉技术、人工智能等，可以大大提升旋光异构的测量精度和可靠性。同时，新技术的应用还可以 降低生产成本和提高生产效率，进一步推动旋光异构领域的发展。
食品添加剂
某些食品添加剂具有旋光 性，可影响食品的口感和 外观。
02
旋光异构的产生
物质的旋光性
物质对偏振光的影响
物质能够使偏振光发生旋转，即物质 的旋光性。
左旋和右旋
《旋光异构BEI》课件
计算方法
旋光度的大小取决于物质 的结构和浓度，可以通过 实验测量得到。
影响因素
物质的旋光度受到温度、 压力、溶剂等因素的影响 。
旋光方向
定义
旋光方向是指旋光物质使 偏振光旋转的方向。
分类
旋光方向分为左旋和右旋 两种，分别用“-”和 “+”表示。
规律
同一种旋光物质在不同条 件下可能表现出不同的旋 光方向。
特性
旋光异构体具有旋光性，使得物 质在偏振光下呈现出左旋或右旋 的偏振光。
旋光异构体的分类
手性碳原子
分子中存在手性碳原子，使得分子成 为手性分子，具有旋光性。
轴对称性
某些分子虽然不含手性碳原子，但由 于其空间结构具有轴对称性，也具有 旋光性。
旋光异构体的应用
生物医药领域
许多生物体内的生物活性物质都具有 旋光性，如氨基酸、糖类等，旋光异 构体的差异可能导致不同的生物活性 或药理作用。
有手性特征。
旋光异构体对生物活性的影响
01
02
03
04
旋光异构体对生物活性的影响 表现在多个方面，如药理活性
、毒性和生理活性等。
在药理活性方面，某些旋光异 构体可能具有显著的治疗效果 ，而另一些则可能没有或效果
较弱。
在毒性方面，不同旋光异构体 的毒性也可能存在差异，这与 其在生物体内的代谢和排泄有
旋光异构体的光学活性
定义
光学活性是指物质对偏振光的旋 转能力。具有光学活性的物质称
为光学活性物质。
特点
旋光异构体具有不同的光学活性， 因为它们的分子结构存在对称性的 差异。
应用
光学活性在化学、生物学和医学等 领域有广泛应用，如手性药物的合 成和分离、生物大分子的结构和功 能研究等。
有机化学旋光异构
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）
第四章 旋光异构
能使偏振光的振动方向向右的物质 ----称为右旋光性物质 ● 能使偏振光的振动方向向左的物质 ----称为左旋光性物质 顺时针 右旋，以 “ d ” 或 “ + ” 表示。 其旋光方向 逆时针 左旋，以“ l ” 或 “ ” 表示。
●
4.旋光仪 polarmeter：
定量测量液体或溶液的
旋光程度的仪器
产生旋光异构现象的结构原因是手性。
如把左手放到 镜子前面，其 镜像恰与右手 相同，左右手 的关系是实物 与镜像的关系
外貌极为相似 (即互相对映) 但又不能重合
左手和右手不能叠合
左右手互为镜象
井冈山风景
桂林风情
物质的这种相对映---互为镜象关系， 但不能重合的特征称为物质的手性 (chirality)或手征性。 手性是三维物体的基本属性，如果一个物体 不能与其镜像重合，该物体就称为手性物体。
一面垂直于该直线的镜子将分子反映, 反映后的镜像与原来 的分子重合 , 该直线称为该分子的 n重交(更)替对称轴。用Sn表示。
S4
H Cl Cl H Cl H H Cl 。 旋转 90 Cl Cl H H H Cl Cl H
-
H Cl Cl
Cl H H Cl
-
H
Cl H3C H H H Cl H CH3
正n边形有n重对称轴
H C6: C2: H Cl
H Cl Cl H H
H
H H Cl
对称轴不能作为分子有无光学活性的判据。
H CH3
H CH3 HO H
COOH H OH COOH （有）
N
H H H CH3 （有）
CH3
C2
C2
C3
（无）
H
旋光异构
S
R
R
顺序最小的原子(或基团 在竖线上, 顺时针排列为R构型 或基团)在竖线上 构型, • 顺序最小的原子 或基团 在竖线上 顺时针排列为 构型 逆时 针排列为S构型。 针排列为 构型。 构型 • 顺序最小的原子(或基团 在横线上, 顺时针排列为S构型 逆时 顺序最小的原子 或基团)在横线上 顺时针排列为 构型, 或基团 在横线上 构型 针排列为R构型。 针排列为 构型。 构型 如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置， • 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。 构型不变。
R S R R
试判断下列Fischer投影式中与 投影式中与(S)-2-甲基丁酸成对 试判断下列 投影式中与 甲基丁酸成对 映关系的有哪几个？ 映关系的有哪几个？
H H3C CH3CH2 Cs COOH H3C H C2H5 COOH A COOH H H3C C2H5 D CH3 C2H5 H COOH E H COOH CH3 C2H5 F H C2H5 H COOH CH3 B C2H5 CH3 COOH G H COOH C2H5 CH3 C C2H5 H3C H COOH H
3）Fischer投影式 ） 投影式
COOH C H3C H OH HO COOH C CH3 H
交叉点 手性碳（位于纸平面上） （后）
COOH HO （前） CH3
（后）
H （前）
[规定 ] 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个 规定 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前， 键向后，交叉点为手性碳。 键向后，交叉点为手性碳。 将下列化合物改写成Fischer投影式。 投影式。 将下列化合物改写成 投影式
H H3C CH2CH3 COOH COOH CH3CH2 COOH H CH2CH3 CH3 CH3 H CH3 H COOH CH2CH3
第三章旋光异构
COOH NO2
NO2 COOH
COOH NO2
COOH NO2
dl
联苯类旋光 异构体转变 成对映体的 过程
10
NO2
NO2
NO2
COOH NO2
COOH 无旋光
该分子有对称因素存在，其镜像与实物可以重合，是 一个对称分子，没有光学活性异构体存在。
NO2 COOH
有旋光
N COOH
OH HO
HO *
* OH
COOH
2R4R
dl
COOH 2S4S
COOH
* OH OH
* OH
假不对称碳 COOOH
COOH 2R4S
meso
9
5 环状化合物的旋光异构
环己六醇与六氯环己烷（俗名666）有九种顺反异构 体。其中有一对对映体。其它的分子结构中均有对称 面。
H
手征性碳原子
CH3 C* COOH
OH
一个手征性碳原子周围所连四个基团 在空间的排列顺序只有两种情况。
COOH
OH * H
CH3
S
反时针
COOH H * OH
CH3
R
顺时针
无旋光的根本条件是： 结构与其镜像可以重合, 结构具有对称性。
有旋光的条件是： 分子结构与其镜像不能重合， 结构不具有对称性。
H3HC C=C
CH3 H3C
H
H
C= C
H CH3
旋光异构：分子内手性碳所连四个不同基团
在空间排列的顺序不同
COOH
COOH
C
H
OH
CH3
HO
H
CH3
构象异构：分子内单键旋转位置不同而产生
旋光异构
旋光异构两个或多个分子由于构型上的差异而表现出不同旋光性能的现象。
这些分子互为旋光异构体，也称对映异构体。
导致旋光异构现象的原因有两种：①分子中含有一个或多个手性原子（见手征性）。
含有一个手性碳原子时，有两个旋光异构体，它们具有互为实物和镜像的关系，故也称对映体。
对映异构体具有相等的旋光能力，但旋转方向相反，其物理和化学性质极为相似，如甘油醛（如对图片说明中“菲舍尔投影式”有疑问，见菲舍尔投影式）：甘油醛菲舍尔投影式含有两个相同手性碳原子的分子，有3个旋光异构体，如酒石酸：酒石酸菲舍尔投影式其中a和b为对映异构体，c与d也好像是对映体。
但实际上c与d是同一种分子，因为它们可以互相叠合。
只要把c以通过C(2)-C(3)键中点，与读者的显示器荧屏（设荧屏竖直）垂直的线为轴旋转180°，就可以看出来它是可以与d叠合的。
也就是说，c和d是相同的。
c的旋光能力由于分子内的两个结构相同但构型（见分子构型）相反的手性原子的存在而互相抵消，称为内消旋体。
它与a或b在分子中既有构型相同的部分，又有构型相互对映的部分，这种关系称为非对映异构。
非对映异构体不仅旋光性不同，物理和化学性质也不尽相同。
环状化合物中含有手性原子时，也可出现以上旋光异构现象。
分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2n，n为不同手性原子的个数。
旋光异构体可用D-、L-法标记其构型（见单糖），也可用R-、S-法标记其分子中每个原子的构型（见顺序规则）。
②某些分子虽然不含手性原子，但由于分子中的内旋转受阻碍，也可以引起旋光异构现象，例如丙二烯型或联苯型旋光化合物是通过分子中的一个轴来区别左右手征性；又如旋光性提篮型化合物分子是就一个平面来区别手征性的等。
等量互为对映异构体的旋光性物质均匀混合，所得混合物没有旋光性。
这种混合物叫做外消旋体。
旋光异构体定义
旋光异构体定义在化学的广阔领域中，旋光异构体是一个颇为重要的概念。
简单来说，旋光异构体指的是那些具有相同分子式和原子连接顺序，但由于分子中的原子在空间排列方式不同，从而导致它们使平面偏振光的振动平面发生不同方向旋转的同分异构体。
为了更深入地理解旋光异构体，我们首先需要了解一下什么是平面偏振光。
想象一下，一束普通的光就像一群没有组织、四处乱跑的孩子，它们的振动方向是杂乱无章的。
而平面偏振光则像是经过训练的整齐队列，所有的“成员”（光波）都在同一个平面内振动。
当平面偏振光通过某些物质时，这些物质可能会使光的振动平面发生旋转。
如果一种物质能使平面偏振光的振动平面向右旋转，我们就称其为右旋体，通常用“＋”表示；相反，如果使平面偏振光的振动平面向左旋转，那就是左旋体，用“”表示。
那么，旋光异构体是如何产生的呢？这主要归因于分子的手性。
手性就像是人的左右手，虽然看起来相似，但却不能完全重合。
在分子中，如果一个碳原子连接了四个不同的原子或基团，那么这个分子就具有手性，可能存在旋光异构体。
比如说，乳酸分子就有两种旋光异构体。
一种是从肌肉中提取出来的，能使平面偏振光向右旋转，称为右旋乳酸；另一种是通过化学合成得到的，使平面偏振光向左旋转，称为左旋乳酸。
旋光异构体在生物体内往往具有不同的生理活性和药理作用。
例如，某些药物的一种旋光异构体可能具有很好的疗效，而另一种则可能效果不佳甚至产生副作用。
这是因为生物体内的酶和受体通常具有手性识别能力，只能与特定的旋光异构体相互作用。
在化学研究和工业生产中，旋光异构体的分离和分析也是非常重要的。
常用的方法包括手性色谱法、化学拆分法等。
通过这些方法，可以得到纯净的旋光异构体，从而更好地研究它们的性质和应用。
此外，旋光异构体在农业、食品等领域也有着广泛的应用。
比如，某些农药的旋光异构体可能对害虫的杀灭效果更好，同时对环境的危害更小；在食品添加剂中，特定的旋光异构体可能具有更理想的口感和稳定性。
旋光异构
第五章：旋光异构引言有机化合物异构现象根据产生原因分类如下：碳链异构结构异构：官能团位置异构官能团互变异构同分异构：构象立体异构：顺反异构旋光异构“旋光异构”目录一．偏振光和旋光活性。
二．旋光度和比旋光度。
三．分子的对称性、手性和旋光活性。
四．含一个C*的化合物。
五．含两个不同C*的化合物。
六．含两个相同C*的化合物。
七．不含手性碳原子的化合物。
八．旋光异构体的性质。
九．练习题。
1.偏振光：通过尼可尔棱镜后只在一个平面上振动的光谓之偏振光。
镜轴镜轴偏振光普通光2.旋光活性与光学活性物质：●旋光活性：物质能够使偏振光偏离原来的振动平面振动的特性。
●光学活性物质：具有旋光活性的物质。
3.旋光方向和旋光度：①方向：②旋光度：左旋：使偏振光振动平面逆时针旋转。
用“-”表示。
右旋：使偏振光振动平面顺时针旋转。
用“+”表示。
物质使偏振光振动平面旋转的角度。
用“α”表示。
4.旋光仪：测定物质旋光度的仪器。
cba旋光仪结构示意1.影响旋光度的因素：●溶液浓度、盛液管长度、温度、光波波长、溶液的性质等。
2.比旋光度：●浓度为1g/ml的旋光活性物质的溶液放在1分米长的盛液管中所测得的旋光度,以[α]表示。
●被测物为固体：[α]λ=αC×lt C：溶液浓度，单位：g/mll：液体柱长度，单位：dm(分米)●被测物为液体：●常以钠灯为光源，波长λ=589.3nm ，记为D 。
3.表示法：•[α]D = +3.8（乳酸、H 2O 、C =0.1g /ml ）•[α]D = +3.79（酒石酸、CH 3CH 2OH 、5%）•必须注明光波波长、温度、溶剂和溶液浓度。
[α]λ=αd ×ltd ：液体密度，单位：g/ml20201.手性：•实物与它的镜象不能完全重合的特性。
•不能和自己的镜象完全重叠的分子谓之为手性分子。
•物质分子具有手性表现为物质具有旋光活性。
COOH COOHH HOHCH3OHCH3乳酸与其镜像模型2.手性与分子的对称性。
旋光异构
第6章 旋光异构 有机化学2012
CHO
CHO
H C OH
HO C H
CH2OH
CH2OH
D-(+)-甘油醛
L-(-)-甘油醛
CHO
COOH
H C OH
[O]
[H] H C OH
CH2OH D-(+)-甘油醛
CH2OH D-(-)-甘油酸
COOH
H C OH
CH3 D-(-)-乳酸
Ｄ构型不一定是右旋，也不一定是左旋。
第6章 旋光异构 有机化学2012
H
a Hb
※
※
H
H
有顺反异构； 有旋光异构体；
H
H
H
a Hb
*
*
HH
bHa
*
*
H
H
a HH
*
*
H
b
（Ⅲ）
（Ⅴ）
（Ⅳ）
（Ⅲ）与（Ⅴ）对映体；（Ⅳ）与（Ⅵ） 对映体；
H
HHa
*
*
b
H
（Ⅵ）
（Ⅲ）与（Ⅳ）；（Ⅴ）与（Ⅵ） 顺反异构体
应用化学系
第6章 旋光异构 有机化学2012
CH
H
H3C
OH
CH3
OH
-
【外消旋体】
等量的光学对映体混合时，左旋体所具有的旋光度，恰好被 其右旋体抵销，因此失去了旋光性。这种特殊的混合物，称为外 消旋体。
（±）表示外消旋体。
应用化学系
第6章 旋光异构 有机化学2012
二、费歇尔（Fischer）投影式
书写方便，用平面来表示立体结构； 投影原则： “横前竖后”。
第二节 旋光性和分子结构的关系
5-旋光异构概述
sp3杂化的手征性碳原子位于正四周体的 中心，所连的 4个不一样的基团指向四周体的 4 个顶点，因而在空间有两种不同的排列方式， 得到两种旋光异构体。
这两种排列方式彼此间的关系是实物和镜
像不能重叠的关系，即右旋体〔肌肉运动产生 的乳酸〕和左旋体〔糖发酵产生的乳酸〕。假 设 4个基团在同一平面上，则不行能产生不同 的空间排列，也就不会有旋光异构现象。所以 四周体学说对于立体化学的进展有着极为重要 的奉献。
思考:
怎样推断一个分子为手性分子?即： 怎样推断一个化合物是否存在旋光异构?
充分必要条件：分子为不对称分子。 〔怎样推断不对称？只要理解对称就可以了〕 分子对称因素：对称中心、对称面、对称轴。
1.对称中心： 分子中有一点 p ，若在离 p
（i）
等距离的两端有相同的原子， 则 p 点为该分子的对称中心。
用〔+〕或〔d〕表示右旋。 5. 左旋体 使偏振光的偏振面对左旋转的物质。
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，必需在 肯定温度、肯定波长、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 光度进展量度。
19世纪中叶，巴斯德关于左旋和右旋酒石 酸经典式的争论，导致70年月范霍夫和勒贝尔 碳原子四周体构型学说的建立。它是生命分子 构造不对称性的根底。但是，关于有机分子构 造不对称性的起源及其在生命过程中的意义， 迄今尚无完善的答案。
exit
COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
内容提要
5.对映体 假设两个旋光异构体互为实物和镜像不能 重叠的关系——一对对映体。例如，肌肉运动 产生的乳酸和糖发酵产生的乳酸就是一对对映 体。一对对映体比旋光度相等，方向相反。
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第五章 旋光异构Ⅰ 学习要求1. 掌握旋光性、旋光度、比旋光度、手性、手性碳原子、手性分子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体等基本概念。
2. 掌握物质的旋光性与其分子构形的关系，能够正确判断一个化合物是否具有旋光性。
3. 掌握含有一个和两个手性碳原子化合物的旋光异构体Fischer 投影式的书写及相互关系的确定。
4. 熟练掌握含有一个和两个手性碳原子化合物的旋光异构体构型（D 、L 或R 、S ）的标记、命名及书写。
5. 了解外消旋体拆分的一般方法。
6. 了解亲电加成反应的立体化学。
Ⅱ 内容提要一. 旋光性物质和比旋光度1. 旋光性物质：在偏振光通过某物质时，能使偏振光的振动平面发生旋转的性质称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性物质。
2. 比旋光度：旋光能力的大小用旋光度α和比旋光度[]tλα表示。
旋光度是指旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度；比旋光度则是规定在一定温度下，使用一定波长的光源，物质的浓度为g ·mL —1，盛液管的长度为1dm ，温度为常温时测得的旋光度。
比旋光度与旋光度的关系为：比旋光度是旋光物质的一个物理常数。
比旋光度按右旋（顺时针旋转）和左旋（反时针旋转）分别用（+）和（﹣）表示。
二. 分子的手性与旋光异构1. 手性分子：物质的分子与其镜象不能完全重叠，它们之间相当于左手和右手的关系，把这种特征称为物质的手性。
具有手性的分子称为手性分子，手性分子具有旋光性，具有旋光性的分子一定是手性分子。
2. 对称面：能将分子分成互为镜象两部分的平面称为分子的对称面。
3. 对称中心：从分子中任何一原子或原子团向分子的中心做连线，延长此连线至等距离处，若出现相同的原子或原子团，该点称为分子的对称中心。
对称面和对称中心统称对称因素。
不具有对称因素的分子是手性分子，或者说手性分子不具有对称因素。
4. 手性碳原子：连有四个不同原子或原子团的碳原子有不对称性，称为手性碳原子或不对称碳原子，用“C*”表示，是分子的不对称中心或手性中心。
手性是指整个物质的性质，手性中心是指其中某一原子的性质。
[]lC t⋅α=αλ三. 含一个手性碳原子化合物的旋光异构1. 对映体：彼此呈实物与镜象的对映关系，但又不能完全重叠的一对旋光异构体称为对映异构体，简称对映体。
分子有手性，就存在对映异构体。
对映异构体的物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度相等，但旋光方向相反。
2. 外消旋体：等量对映体的混合物称为外消旋体，通常用“±”表示。
外消旋体无旋光性，外消旋体与其左、右旋体的物理性质有差异，但化学性质基本相同。
含有一个手性碳原子的化合物，由于不具有对称因素，所以一定具有旋光性。
有两个旋光异构体，一个左旋体，一个右旋体，为一对对映异构体。
等量混合组成一个外消旋体。
四. 旋光异构体构型的表示方法——费歇尔(E.Fischer)投影式费歇尔投影式的书写方法（略）五. 旋光异构体构型的标记方法1. D/L标记：（略）2. R/S标记：（略）D/L、R/S与（+）、（﹣）无关。
D/L、R/S是构型的标记方法，而（+）、（﹣）表示旋光方向，是通过旋光仪测出来的。
构型与旋光方向无必然联系。
六. 含两个手性碳原子化合物的旋光异构手性碳原子旋光异构体数目外消旋体数目内消旋体数目二个不相同C*2n（n=C*的数目）2n-1（n=C*的数目）二个相同C* 3 1 1 内消旋体：如果分子有二个或二个以上手性中心（手性碳原子），并有一个内在的对称面，这个分子称为内消旋体，它不具有旋光性。
同一化合物的内消旋体与其左旋体和右旋体都呈非对映体关系，它们的物理性质不同，化学性质基本相似。
七. 其他化合物的旋光异构1. 环状化合物的旋光异构：环烷烃分子中不同碳原子上的氢原子被其他原子或原子团取代后，同时又有手性碳原子存在时，就会产生顺反异构和旋光异构。
2. 丙二烯化合物的旋光异构：在丙二烯分子中，如果两端碳原子上连有不同原子或原子团时，虽然分子中不含手性碳原子，但由于整个分子没有对称因素，属于手性分子，具有旋光性。
一旦一端连有相同原子或原子团，就存在对称面，就不是手性分子，就不具有旋光性。
3. 联苯型化合物的旋光异构：在联苯分子中，两个苯环直接相连，如果两个苯环的邻位上连有较大的基团时，由于空间位阻效应使两个苯环的旋转受阻，两个苯环不能处在同一平面上。
如果每个苯环的邻位连有的两个基团都不相同，与丙二烯分子相似，虽然分子中不含手性碳原子，由于整个分子没有对称因素，属于手性分子，具有旋光性。
一旦一个苯环的邻位上连有两个相同基团，分子就有对称面，整个分子就不是手性分子，就没有旋光性。
可见，具有旋光性的物质不一定含有手性碳原子（如丙二烯和联苯型化合物）；含有手性碳原子的化合物不一定具有旋光性（如内消旋酒石酸）。
所以，判定一个物质有无旋光性主要是去判断整个分子有无对称因素，整个分子有无手性，是不是手性分子。
Ⅲ例题解析例1. 命名下列化合物，并标出R、S构型。
3COOH2SHH NH23(4)(5)(6)解：（1）3R﹣2 , 3﹣二甲基﹣3﹣戊醇（2）2R﹣2﹣氨基丙酸（3）2R , 3S﹣2 , 3﹣二羟基丙醛（4）3R﹣3﹣甲基环戊烯（5）2S﹣2﹣氨基﹣3﹣巯基丙酸（6）2R﹣2﹣氯丁醇例2. 下列化合物各有多少个旋光异构体？为什么？(1) CH3CH2CH(OH)CHClCH3(2) (CH3)2CHCH2CH(CH3)COOH(3) C6H5CHBrCH2CH(OH)CH2CH(NH2)COOH(4) CH2(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)CHO(5) CH3CH2CHClCHClCH2CH3解：（1）有两个不相同的手性碳原子，有4个旋光异构体（22 = 4）。
（2）有一个手性碳原子，有2个旋光异构体（21 = 2）。
（3）有三个不相同的手性碳原子，有8个旋光异构体（23 = 8）。
（4）有四个不相同的手性碳原子，有16个旋光异构体（24 = 16）。
（5）有两个完全相同的手性碳原子，有3个旋光异构体，其中一个左旋体，一个右旋体和一个内消旋体。
例3. 下列化合物是否具有旋光性？为什么？解：（1）、（2）、（4）有旋光性，因为无对称因素；（3）、（5）无旋光性，因为有对称面。
CH32H5HO CH(CH3)2COOHCH3H NH2CHOH OHHHO CH3(1)(2)(3)CH2OHH ClCH3H ClCOOHHO HH OHCOOHH OHHO HCOOHH OHCH2OHH OHHO HH OHHO HCH2OHCH3C2H5C C CCH3CH3(1)(2)(3)(4)(5)例4. 标记出下列化合物的构型是R 还是S ，并指出B ～E 的表示方法及它们与化合物A 的关系。
解：A 、C 、E 为S 构型，B 、D 为R 构型。
B 为费歇尔投影式，C 、D 为纽曼投影式，E 为一般投影式（或称锯架式）。
B 、D 是A 的对映体，C 、E 与A 的构型相同。
例5. 下列各对化合物哪些是相同的，哪些是对映体，哪些是非对映体，哪些是内消旋体？解：(1)为同一构型，(2)为对映体，(3)为同一构型，且为内消旋体，(4)为非对映体。
例6. 写出下列化合物所有的旋光异构体，并注明其相互关系（对映体，非对映体，内消旋体和外消旋体）。
(1) 1 , 3﹣二氯环戊烷 (2) 3 , 4﹣二甲基﹣3 , 4﹣二溴己烷 (3) 2﹣氯﹣3﹣溴丁烷 解：（Ⅰ）为内消旋体（有对称面），（Ⅱ）与（Ⅲ）互为对映体，等量混合组成外消旋体，（Ⅰ）与（Ⅱ），（Ⅰ）与（Ⅲ）互为非对映体。
（Ⅰ）与（Ⅱ）互为对映体，等量混合组成外消旋体，（Ⅲ）为内消旋体，（Ⅰ）与（Ⅲ），（Ⅱ）与（Ⅲ）互为非对映体。
CH 32H 5H Cl H H 3C C 2H 53H 3H 3H CH 3H H CH 3Cl A B CDE CH 32H 5BrH CH 3BrH C 2H 5COOH H Br H Br COOH Br H Br H CHO2OH H OH CHO HCH 2OH 22与与与与(1)(2)(3)(4)( )Ⅰ( )Ⅱ( )Ⅲ(1)CH 2CH 3Br CH 3CH 2CH 3H 3C BrCH 2CH 3H 3CBr 2CH 3Br CH 3CH 2CH 3H 3C Br 2CH 3H 3C Br( )Ⅰ( )Ⅱ( )Ⅲ(2)（Ⅰ）与（Ⅱ），（Ⅲ）与（Ⅳ）分别为对映体，分别等量混合组成两个外消旋体，（Ⅰ）与（Ⅲ），（Ⅰ）与（Ⅳ），（Ⅱ）与（Ⅲ），（Ⅱ）与（Ⅳ）互为非对映体。
例7. 化合物A 分子式为C 6H 11Cl ，具有旋光性，能使溴水褪色，与氢氧化钠的乙醇溶液加热反应生成B ，B 无旋光性，B 经臭氧氧化后还原水解生成的产物之一是2﹣甲基丙二醛，试推测A 、B 的构造式并写出各步反应。
解：Ⅳ 练习题一. 标出下列化合物中的手性碳原子：1. CH 3CHClCH 2CH 32. CH 3CH(NH 2)COOH3. C 6H 5CH(OH)COOH4. CH 3CHClCH(OH)CH 3二. 下列化合物哪些存在旋光异构体？1. 1﹣溴﹣2﹣丙醇2. 2﹣甲基﹣2﹣丁醇3. 3﹣甲基﹣2﹣丁醇4. 1﹣苯基﹣1﹣氯乙烷5. 1﹣苯基﹣2﹣氯乙烷6. 2﹣氨基﹣1﹣丙醇三. 用R / S 标记法，标明下列化合物中手性碳原子的构型：四. 画出2 , 3﹣二氯戊烷所有旋光异构体的Fischer 投影式，并指出它们之间的关系。
ⅣCH 3H Cl 3H Br CH 3Cl H CH 3Br HCH 3H Cl 3Br HCH 3Cl H CH 3H Br ( )( )Ⅲ( )Ⅱ( )Ⅰ(3)CH 2CHCHCH 2CH 2CH 3CH 2CHCHCH 2CH 2Cl Br 32CHCHCH CH 3CH 1) O 32OHC CH CHOCH 3(A)(B)含有C*，具有旋光性。
2C 2OCH 3H 3CH CH 3OCH3HBr 3Cl H C 2COOH H OH 2CH 3H OH3)2H 21. 2.3.4. 5.6.五. 根据R / S 标记法写出下列化合物的Fischer 投影式：1. CHClBrF (S)2. C 6H 5CHClCH 3 (S)3. CH 3CHClCHClCH 3 (2R , 3R)4. C 6H 5CH(CH 3)CH(OH)CH 3 (2S , 3R)5. HOOCCH(OH)CH(OH)COOH (2R , 3S)六. 写出3﹣甲基戊烷进行一氯代反应的可能产物，并指出哪些是对映体，哪些是非对映体，哪些不具有手性？七. 指出下列各对化合物的相互关系（相同构型，对映体，非对映体，内消旋体）：八. 化合物A ，分子式为C 6H 10，具有旋光性。