第五章-分子的手性与旋光异构古练权讲解
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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。
第五章-分子的手性与旋光异构古练权
F
H
Cl
Cl Br
Br H
H
凡是有对称面的分子，都没有手性。内消旋的酒石酸分 子有一个对称面，所以是非手性的。有些分子的对称面 不止一个，如甲烷。
2. 对称中心
分子中心有一点，分子的任何部分通过它都会得到相 对应的结构，这个点称为对称中心（i），如：
对称中心
H Cl H CH3 (I) Cl H CH3 H Cl H (II) CH3 H H CH3 H Cl
(c 1.15, C2H5OH)
旋光仪中测不出旋光度的化合物不一定是没 有旋光性的化合物，也可能是等量右旋体和左旋 体的混合物。
5.2 对映异构现象与分子结构的关系
19世纪初，发现两种石 英晶体，分别使得偏光
发生左旋和右旋。
1848年巴斯德 分离得到两种酒石
酸钠铵的晶体，两
种晶体互为左手与 右手的关系。
(H3C)2HC H3C
N
CH2CH3
N CH3CH2
CH(CH3)2 CH3
ON+ C6H5 H3C CH2CH=CH2
C6H5 H2C=HCH2C
ON+ CH3
(2) 含硫原子的手性分子
versatile synthon
(3) 含磷原子的手性分子
5.4 构型的表示方法和标记
1. Fischer投影式
手性分子是多种多样的，要判断一个分子 是否具有手性，最可靠的方法是做模型，最简 便的方法是考虑分子的对称因素，而不是看有 无不对称碳原子。
如：取代环丙烷有否旋光性可以通过其对称 性来判别：
A A
A A
无旋光（对称面）
有旋光（C2）
A A
无旋光（对称中心）
H
Cl
Cl Br
Br H
H
凡是有对称面的分子，都没有手性。内消旋的酒石酸分 子有一个对称面，所以是非手性的。有些分子的对称面 不止一个，如甲烷。
2. 对称中心
分子中心有一点，分子的任何部分通过它都会得到相 对应的结构，这个点称为对称中心（i），如：
对称中心
H Cl H CH3 (I) Cl H CH3 H Cl H (II) CH3 H H CH3 H Cl
(c 1.15, C2H5OH)
旋光仪中测不出旋光度的化合物不一定是没 有旋光性的化合物，也可能是等量右旋体和左旋 体的混合物。
5.2 对映异构现象与分子结构的关系
19世纪初，发现两种石 英晶体，分别使得偏光
发生左旋和右旋。
1848年巴斯德 分离得到两种酒石
酸钠铵的晶体，两
种晶体互为左手与 右手的关系。
(H3C)2HC H3C
N
CH2CH3
N CH3CH2
CH(CH3)2 CH3
ON+ C6H5 H3C CH2CH=CH2
C6H5 H2C=HCH2C
ON+ CH3
(2) 含硫原子的手性分子
versatile synthon
(3) 含磷原子的手性分子
5.4 构型的表示方法和标记
1. Fischer投影式
手性分子是多种多样的，要判断一个分子 是否具有手性，最可靠的方法是做模型，最简 便的方法是考虑分子的对称因素，而不是看有 无不对称碳原子。
如：取代环丙烷有否旋光性可以通过其对称 性来判别：
A A
A A
无旋光（对称面）
有旋光（C2）
A A
无旋光（对称中心）
第五章旋光异构
N-phtaloylglutamine
苯并吗啡烷的两个对映体都有镇静作用。 但（-）异构体服用后会成瘾，而（+）异 构体则不会成瘾。
N CH3
H
HO
CH3
（-）- 苯并吗啡烷
# 两种对映体具有完全不同的药理作用
• 最典型的例子是propranolol,其S-异构体是一 种治疗心脏病的药，叫心得安，而R-异构体 却是一种避孕药。
有机化学中的同分异构现象
同分异构
构造异构 立体异构
碳架异构 官能团异构 位置异构 互变异构 顺反异构 构型异构
旋光异构 构象
对映异 构
非对映 异构
课堂练习
• 确定下列化合物中手性碳原子的构型：
COOH H OH
CH3
CHO HO H
CH2OH
CHO H Cl
CCl3
COOH H2N H
CH2
CH2OH
Cl
CH3
H3C H
CH CH2
COOH H2N H
H OH CH3
CH3 Cl C H
C2H5 S
COOH
H
OH
CH2OH R
2,3,4-三羟基丁酸的Fischer投影式
COOHH
H OH HO H HO H
H OH
H OH HO H H OH HO H
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
5.6 旋光异构体的性质
物理性质：
•
旋光度 熔点 沸点 溶解度
OH OCH2CHCH2NHCH(CH3)2
*
也有这样的例子，使用外消旋体反而比使用活性
异构体药效更大，毒副作用更小等优点。例如
第5章旋光异构
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（二）外消旋体
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（二）外消旋体
外消旋体的化学性质一般与旋光对映体相同， 而物理性质则有差异。
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（三）对映异构体的表示方法
H
交叉式
H
H
H
H
H
锯架式
H
C H
H
H H
C
H
伞形式
H
H
H
H
H
H
纽曼式
对映体的构型表示方法 ------是费歇尔（Fischer）投影式
15
（四）对映异构现象的实质
2、交换一个异构体中任何两个原子或原子团，得到其 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。
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三、分子的对称性和手性
（一）对称因素 1、对称面：如果分子中存在一个平面，能将分子分割成
互为实物与镜像的两半，此平面就是对称面。
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1、对称面
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1、对称面
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1、对称面
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2、对称中心
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3、对称轴
当分子环绕通过该分子中心的轴旋转一定的角度，得到与 原来分子完全重合的构型，此轴称为对称轴（符号C）。当 旋转360/n角度后，此轴即称为n重对称轴（Cn）。
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第三节 对映异构和非对映异构
分子的手性与旋光异构课件
产物选择性
在某些化学反应中，一种旋光异构体可能比另一种更倾向于 形成，导致产物选择性。
旋光异构体的生物活性
药理活性
许多药物具有手性，其中一种旋光异构体可能具有治疗作用，而另一种可能具 有副作用。了解和控制药物的旋光异构体对于药物设计和开发至关重要。
代谢和排泄
旋光异构体在生物体内的代谢和排泄速度可能不同，这影响了药物的疗效和副 作用。
非天然旋光异构体的合成
非天然旋光异构体的合成通常采用化学合成的方法，通过手性源、手性辅助剂或手性催化剂来控制反 应的立体化学。
在非天然旋光异构体的合成中，化学合成方法是最常用的手段。通过在手性源、手性辅助剂或手性催 化剂的作用下，可以控制反应的立体化学，从而得到所需的手性产物。这些手性源、手性辅助剂或手 性催化剂可以是天然产物，也可以是人工合成的物质。
泄较少。
手性药物的合成与质量控制
合成方法
通过化学合成、生物合成 等方法制备手性药物。
质量控制
对手性药物的纯度、含量 、稳定性等指标进行严格 控制，确保药物的安全性 和有效性。
法规求
遵循相关法规和标准，确 保手性药物的研发、生产 和销售合法合规。
THANKS
感谢观看
其镜像重合。
手性分子的分类
根据手性中心数目，手性分子 可分为单手性分子和双手性分 子。
根据手性轴数目，手性分子可 分为具有一个手性轴的分子和 具有多个手性轴的分子。
根据手性面的数目，手性分子 可分为具有一个手性面的分子 和具有多个手性面的分子。
02
旋光异构
旋光现象的发现
19世纪中叶
法国科学家Pasteur在研究酒石酸 的旋光性时，发现了旋光现象。
分子的手性与旋光异构课件
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
第五章旋光异构
CH3CH2
2
3
Br
H
H
Br
基团次序
Br
C2* C3*
Br > CHCH2CH3 > CH3 > H
Br > CHCH3 > CH3 > H Br
(2S,3S) 2，3-二溴戊烷
CH 3
H2
Cl
H 3 Br
CH 3
基团次序
Br C2* Cl > CHCH3 > CH3 >H C3* Br > CHCH3 > CH3 > H
H
Cl 最小基团（H）位于横线
CH 3
S- 构型
H
基团次序 NH2 > COOH > CH3 >H
H2N
COOH 最小基团（H）位于竖线
CH 3
R- 构型
ClCH2
CH 3 Cl
CH(CH 3)2
Cl CH3 基团次序 Cl > CH2 > CH-CH3 > CH3 最小基团（CH3）位于竖线 S- 构型
( I)
( II )
( III)
( IV)
(2R,3R) (2S,3S)
(2R,3S) (2S,3R)
(I)和(II)是一对对映异构体,等量混合物是外消旋体；
(III)和(IV)也是一对对映异构体,等量混合物也是外消旋体
(I)与 (III)或(IV)、(II)与(III)或(IV) 、 (III)与(I) 或(II) 、(IV)与(I)或(II) 分别是非对映异构体
H HO CHO
C H2O H
R
H
HO
CHO
C H2O H
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
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旋光物质和不旋光物质
2020/10/10
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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)
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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)
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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
第五章--旋光异构
3、非相应体（ (与A或B比 较)沸点、熔点、溶解度 都不同。
4、生物体作用不同
酒石酸((2,3-二羟基丁二酸)物理常数
酒石酸 PKa1 右旋体 2.93 左旋体 2.93 内消旋 3.11 外消旋 2.96
熔点 170 170 140 204
溶解度
比旋光度
(g/100gH2O (H2O)(C20%)
• 3、晶种结晶法
• 原理：在饱和外消旋体 溶液（+A/-A）中加入 +A，使+A沉淀出；溶液 中-A多，再加饱和外消 旋体，-A又沉淀出，如 此反复。
• 4、柱层析法
• 原理：利用手性柱（填 充剂为手性化合物）加 以分离
化学分离法举例
COOH H OH
CH3 S （+）
CH3
H
C6H5
NH
CO
CH3
D
• A: 2S,3S-2,2,4-三羟基丁酸 • B: 2R,3R-2,2,4-三羟基丁酸 • C: 2S,3R-2,2,4-三羟基丁酸 • D: 2R,3S-2,2,4-三羟基丁酸 • 对映体:A与B; C与D • 非对映体:A与C;A与D;B与C; B与D. • 异构体数目=2n (n:不同手性碳原子数目)
CH3 C6H5
NH2
作业:
5.4; 5.5;
5.8; 5.10;5.14
• 1、偏振光：仅在某一平面振动旳光叫（平面）偏振光。
• 2、旋光活性：能使平面偏振光旳振动平面旋转一定角 度旳物质叫旋光活性物质。
• 3、右旋+：使偏振光旳振动平面对右（顺时针）旋转。 • 4、左旋-：使偏振光旳振动平面左右（逆时针）旋转。
• 5、现象：乙醇、乙酸等无悬光活性。 • 乳酸、酒石酸、丙氨酸有光学活性；其中，从肌肉
5旋光异构BEI 45页PPT文档
S
R
第六节
不含手性碳原子化 合物的对映异构
一、联苯类化合物
COOH O2N
HOOC NO2
HOOC NO2
COOH O2N
若两苯环引入体积较大的原子或基团，如-COOH,-
NO2，-NH2，C(CH3)3，-Br，-I等，位阻作用，使得 两个苯环不能处在一个平面内，整个分子没有对称因
素而具有手性。
非对映异构体
不呈物体与镜象关系的异构体叫做非对映异构体。分 子中有两个以上手性中心时，就有非对映异构现象。
非对映异构体的特征： 1.物理性质不同（熔点、沸点、溶解度等）。 2.比旋光度不同。 3.旋光方向可能相同也可能不同。 4.化学性质相似，但反应速度有差异。
二、含两个相同手性碳原子的化合物
酒石酸、2，3-二氯丁烷等分子中含有两个相同 的手性碳原子。
环状化合物R、S构型的确定
假设手性碳连的四个原子或基团的顺序是 a>b>c>d，除d外，按a、b、c连接起来可组 成一个平面三角形并形成一定的旋转方向。
最小基团在环上方，三角形顺时针走向为S， 逆时针则为R。
最小基团在环下方或环平面，三角形顺时 针走向为R，逆时针则为S。
课后习题
P94 4、5、8、9、10、11
C6H5 CH3 CH2NHCH3 CH3
R
三、构型的表示方法及其相互之间的转化
（一）构型的表示方法
1.锯架式到Newman投影式转 化
锯架式
1
交叉式
重叠式
Hale Waihona Puke Newman投影式2.锯架式到Fisher投影式的转化
锯架式
2 1
Fisher投影式
课堂练习: 把下列锯架式转化成其Fisher投影式
大学有机化学第五章旋光异构-PPT精品文档
构象异构
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
CH3 H
CH3
CH3 H
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
旋光异构
因 分 子 中手 性 因 素 而 产 生 的立 体 异 构 。
测定温度 旋光度（旋光仪上的读数）
[α
]t
λ
=
比旋光度 波长 （钠光D)
α Lx C
溶液的浓度（g/ml） 盛液长度（分米dm）
例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于 20ml氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。 求其比旋光度。(-30.4o)
分子的对称性、手性与旋光活性 (symmetry and chirality and optical activity )
实物与其镜象 不能重合的特
征称为手性，
有如左右手的 关系
手性分子： 与其镜象不 能完全重叠 的分子。
手性分子—与镜影不能重叠
镜子
手性分子的特征：（1）不能完全重叠， （2）呈物体与镜象关系（左右手关系）。
如何判断一个分子是否具有手性？
根据其有无对称面或对称中心来判断。
对称面：大多数有机化合物，尤其是链状化合物，一般只 需考察分子中是否有对称面，就可以推断该分子是否为手 性分子。
H C O O O H H 对 调 一 次 H O C O H O H 再 对 调 一 次 H OC H 3H旋 转 1 8 0 o
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
CH3 H
CH3
CH3 H
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
旋光异构
因 分 子 中手 性 因 素 而 产 生 的立 体 异 构 。
测定温度 旋光度（旋光仪上的读数）
[α
]t
λ
=
比旋光度 波长 （钠光D)
α Lx C
溶液的浓度（g/ml） 盛液长度（分米dm）
例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于 20ml氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。 求其比旋光度。(-30.4o)
分子的对称性、手性与旋光活性 (symmetry and chirality and optical activity )
实物与其镜象 不能重合的特
征称为手性，
有如左右手的 关系
手性分子： 与其镜象不 能完全重叠 的分子。
手性分子—与镜影不能重叠
镜子
手性分子的特征：（1）不能完全重叠， （2）呈物体与镜象关系（左右手关系）。
如何判断一个分子是否具有手性？
根据其有无对称面或对称中心来判断。
对称面：大多数有机化合物，尤其是链状化合物，一般只 需考察分子中是否有对称面，就可以推断该分子是否为手 性分子。
H C O O O H H 对 调 一 次 H O C O H O H 再 对 调 一 次 H OC H 3H旋 转 1 8 0 o
[理学]5第五章旋光异构
![[理学]5第五章旋光异构](https://img.taocdn.com/s3/m/eeb9768add3383c4ba4cd205.png)
H
H
COOH OH CH 3
D-(+)-甘油醛
D-(-)-乳酸
R / S标记法
OH OH
C2H5 H H CH3
CH3 C2H5
R
S
CHO CHO H OH CH2OH H
H OH HO
CHO
R
CH2OH
CH2OH
CHO
CHO HO H CH2OH L-( )-甘油醛
相对构型
H
OH CH2OH
具有手性的分子叫手性分子（或者说：不能与其镜
象叠合的分子为手性分子）。
注意： 任何化合物都有镜像，但多数实物和它的镜像都能 重合。如果实物和它的镜像能重合，它们就是同一 物质，是非手性的，无对映体。
对映异构体的每一个都具有手性
OH CH3 CHCO2 H H 乳酸
OH C CO2 H HO2 C CH3 镜象 CH3
二者旋转角度相同。因此对映异构也叫做旋光异构。
对映异构体的特点：
1 2 3 结构：镜影与实物关系 内能：内能相同。 物理性质和化学性质在非手性环境中相同，在手 性环境中有区别。 4 旋光能力相同，旋光方向相反。
* 镜像的不重合性（手性）是产生对映异构
现象的充分必要条件
二、平面偏振光、旋光性物质、旋光度、比旋光度
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。
但旋光度“”受温度、光源、浓度、管长等许多因素 的影响，为了便于比较，常用比旋光度[]来表示：
[ ]l
t
=
ρ× l
式中： α 为旋光仪测得试样的旋光度；
ρ 为试样的质量浓度，单位 g . ml1; l 为盛液管的长度，单位 dm 。 t 测样时的温度。
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旋光性物质
偏光
盛液管
旋光物质和非旋光性物质
乳酸、葡萄糖等能使偏光振动平面旋转一定角 度的物质称为旋光性物质。水、酒精等与偏光不发 生作用的物质，称为非旋光物质。
旋光性物质使偏光顺时针旋转称为右旋体，用 d-或(+)-表示(来自拉丁语dexter)；使偏光反时针旋 转 的 称 为 左 旋 体 ， 用 l- 或 ()- 表 示 ( 来 自 拉 丁 语 laevus)。
左手和右手不能叠合
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ左右手互为镜像
1874年，Vant’ Holf 和 Le Bel 提出碳的四面体结 构理论。
手性和不对称碳原子
酒石酸钠铵两种晶体之间的关系如同左手和右 手关系，非常相似但不能相互迭合。物体与其镜像 不能迭合的现象，称为手性(Chirality)。具有手性 的分子称为手性分子。
当碳原子连有四个不同的基团时，分子在空间 有两种不同的排列方式，互为实物和镜像的关系， 如乳酸。与四个不相同基团相连的碳原子是不对称 碳原子，也称手性碳原子，用C*表示。
C2H5OH)
旋光仪中测不出旋光度的化合物不一定是没
有旋光性的化合物，也可能是等量右旋体和左旋 体的混合物。
5.2 对映异构现象与分子结构的关系
19世纪初，发现两种石 英晶体，分别使得偏光 发生左旋和右旋。
1848年巴斯德 分离得到两种酒石 酸钠铵的晶体，两 种晶体互为左手与 右手的关系。
手性和手性分子
物理性质
对映异构体与不对称碳原子相连的四个原子 或基团距离相等，差别仅是空间的排列不同，除 对偏光不同的旋转方向外，它们具有完全相同的 物理性质。
对偏光的作用表现出差别，一个左旋，一个 右旋。
化学性质
除对旋光试剂外，对映体具有完全相同的 化学性质。因为两种状态下，反应受到完全相同 的取代基的影响。但由于对映体之间存在手性关 系，在手性条件或手性环境中，如手性试剂、手 性溶剂和手性催化剂存在下，则表现出不同的行 为。
2. 对称中心
分子中心有一点，分子的任何部分通过它都会得到相 对应的结构，这个点称为对称中心（i），如：
H
CH3
Cl
H
H
Cl
CH3
H
(I)
对称中心
CH3
H
Cl
H
H
Cl 翻 转
Cl
H
H
CH3
CH3
H
H
CH3
(II)
H
Cl
(III)
有对称中心的分子能与其镜像叠合，故无旋光性。
3. n-阶对称轴
如果有一直线，当分子绕它旋转(2/n)或其倍数时，能 恢复原状，这个直线称为分子的n-阶对称轴，符号为Cn。
异构体 (isomers)
立体异构体 (stereoisomers)
构 造 异构体 (constitutional isomers)
构型异构体 (configurational isomers)
构象异构体 (conformers)
顺反异构体 (cis-trans isomers)
对映异构体 (enantiomers)
立体异构的概念
• 构造异构：分子中原子相互连接次序和方式不同 产生的异构现象叫做构造异构。
• 立体异构 ：分子的构造相同，原子或基团在空间 的排列不同而产生的异构现象叫做立体异构 。
• 构象异构：是由于分子内单键旋转而呈现的异构 现象 。
5.1 物质的旋光性
普通光是在所有方向振动的电磁波。
(a)
CO2H
CO2H
H OH
CH3
H3C
H OH
乳酸的四面体模型（实物和镜像的关系）
手性化合物的性质
一对对映体的性质在非手性环境中没有区别，如熔点、 沸点、溶解度（在非手性溶剂中）、反应速度（与非手性 试剂反应）等一致。
在手性条件下，表现出不同的性质： 1. 旋光性不同； 2. 与手性试剂的反应产物和速度不同； 3. 在手性催化剂或手性溶剂中反应速度不同； 4. 在生物体系中的作用不同。
在生物体系中的作用
对映体和手性试剂反应时，反应产物和速度 表现出差异。在一些生化反应中，在生物体内起 重要作用的催化剂——酶，具有很高的手性，对 映体的生理作用表现了明显差别。
(+)-果糖在动物代谢中起独特的作用，具有 营养作用，而()-异构体则不被代谢；()-氯霉素 具有抗菌作用，(+)-则无；()-麻黄碱具有平喘止 咳的生理功能，(+)-则无。
(b)
(c)
特点：
1. 光波前进时电场振幅的周期性变化；
2. 光波振动的平面；
3. 普通光束中光波在一切可能的平面内的振动。
一、 平面偏振光
1808年马露（Malus）发现普通光通过棱镜后 产生只能在一个平面振动的光。只能在一个平面 振动的光为平面偏振光。
普通光
棱镜
偏光
旋光物质和非旋光性物质
拜奥特（Biot）发现某些物质可以使得偏光发生旋转， 有的左旋，有的右旋。
旋光度
在晶轴相互平行的两个棱晶之间放置旋光 管，管内盛有不同的液体，将出现两种情况：
水或酒精，则偏光顺利通过第二个棱晶； 乳酸或葡萄糖等物质，则第二个棱晶必须 旋转一定的角度，偏光才能通过。
普通光 起偏振器
偏光
乳酸溶液
检偏振器
观察者
旋光度()
在旋光仪中被测出的使偏振光旋转的角度称为 旋光度。
影响旋光度的因素： 1. 被测物质; 2. 溶液的浓度; 3. 盛液管长度; 4. 测定温度; 5. 所用光的波长。
比旋光度（Biot规则）
盛液管为1分米长，被测物浓度为1g/mL时的 旋光度。
[]tD
Lc
o
Na:λ= 5869A
o
Hg:λ= 5461A
[] 25 D
= + 90.01。 (c 1.15,
在生物体系中的作用
肾上 腺素
5.3 手性和对称元素
1. 对称面
假如存在一个平面，把分子分成两个互为对映体的部 分，一部分正好是另一部分的镜像，则这个平面就是对称 面“”，分子就是非手性分子。
F
Cl Br
H
Cl
Br
H
H
凡是有对称面的分子，都没有手性。内消旋的酒石酸分 子有一个对称面，所以是非手性的。有些分子的对称面 不止一个，如甲烷。
第5章 分子的手性与旋光异构
5.1 物质的旋光性 5.2 对映异构现象与分子结构的关系——手性
和手性分子 5.3 手性与对称元素 5.4 构型的表示和标记 5.5 含一个手性碳原子的化合物的对映异构 5.6 含两个或多个手性碳原子的化合物 5.7 环状化合物的立体异构 5.8 外消旋体的拆分
异构体的分类
8
C2
Cl H
H
Cl
C6
C2