第六章 立体化学

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COOH H C CH OH
3
COOH HO C CH H
3
如乳酸: 如乳酸:
下列分子中具有旋光性的是( 练习 下列分子中具有旋光性的是( C )。
A CH2OH HO H CH2OH H B COOH
C
CH3 HO H H H CH3
D
CH3 HO CH3 H H CH3
第二节 对映异构和非对映异构

α 丙 酸
暗 亮
乳酸
结论: 物质有两类: 结论: 物质有两类: 能使偏振光振动面旋转的性质, (1)旋光性物质 )旋光性物质——能使偏振光振动面旋转的性质, 能使偏振光振动面旋转的性质 叫做旋光性 具有旋光性的物质,叫做旋光性物质。 旋光性; 叫做旋光性;具有旋光性的物质,叫做旋光性物质。 (2)非旋光性物质——不具有旋光性的物质,叫 )非旋光性物质 不具有旋光性的物质, 不具有旋光性的物质 做非旋光性物质。 做非旋光性物质。 旋光性物质使偏振光旋转的角度,称为旋 旋光性物质使偏振光旋转的角度,称为旋 光度, 表示。 光度,以“α”表示。 表示
COOH C CH3
S-(+)-乳酸 乳
R-(-)-乳酸 乳
外消旋体:等量对映体的混合物。 外消旋体:等量对映体的混合物。
(三)手性分子和手性碳
只有手性分子才能产生对映异构现象, 只有手性分子才能产生对映异构现象, 才有旋光性。 才有旋光性。
1. 手性分子 (chiral molecule)
与其镜像不能重合的分子就是手性分子, 与其镜像不能重合的分子就是手性分子, 是产生对映异构体的充分必要条件。 是产生对映异构体的充分必要条件。
COOH
COOH H2N
∗C
H
H HO
∗C ∗C
OH H
CH2OH
COOH
CH 2—COOH HO
∗C
COOH
CH 2—COOH
含有一个“ 的分子一定是手性分子, 含有一个“*C”的分子一定是手性分子, 的分子一定是手性分子 有一对对映异构体( 个对映体 个对映体)。 有一对对映异构体(2个对映体)。
芳香胺类染料: 芳香胺类染料: 如 β — 萘胺及偶氮化合物
N
N
CH3 N CH3
对—二甲氨基偶氮苯(奶油黄),又叫甲基黄 。 二甲氨基偶氮苯( ),又叫甲基黄 二甲氨基偶氮苯 奶油黄), 可引发肝癌。 可引发肝癌。 亚硝胺类: 亚硝胺类: 食品中的亚硝酸盐和硝酸盐与体内产生 的仲胺结合成致癌性很强的亚硝胺。 的仲胺结合成致癌性很强的亚硝胺。
乳酸所以具有旋光性, 乳酸所以具有旋光性,可能是因为分子中有 一个不对称碳原子。 一个不对称碳原子。 称碳原子 为什么有不对称碳原子就可能具有旋光性 为什么有不对称碳原子就可能具有旋光性? : 称碳
就有两种不同的构型: (1)一个*C就有两种不同的构型: ) 就有两种不同的构型
COOH COOH
COOH C H HO
H H
COOH C H OH
CH3
OH CH3 CH3 OH
H3C -Leabharlann Baidu
(2)二者的关系:互为镜象(实物与镜象关系,或者 )二者的关系:互为镜象(实物与镜象关系, 说左、右手关系)。二者无论如何也不能完全重叠。 说左、右手关系)。二者无论如何也不能完全重叠。 )。二者无论如何也不能完全重叠 与镜象不能重叠的分子,称为手性分子。 与镜象不能重叠的分子,称为手性分子。 手性分子 分子的构造相同,但构型不同, 分子的构造相同,但构型不同,具有对映而 不能重合关系的两种分子,称为对映异构体(简 不能重合关系的两种分子,称为对映异构体( 对映体)。 称:对映体)。

萘的卤代、 二、 萘的卤代、硝化和磺化等取代反应 FeCl3
Cl
+ Cl2
α-氯萘 氯萘 70%
+ HNO3
H2SO4 25~50℃ ℃
NO2
SO3H
60 ℃
+ H2SO4
165 ℃
α - 萘磺酸
SO3H
β - 萘磺酸
取代, 取代。 萘主要发生 α - 取代,蒽和菲主要是 γ - 取代。 比苯易发生反应。 比苯易发生反应。 三、萘的加成反应 2H2/Pt 四氢化萘 3H2/Pt 十氢化萘
一、含一个手性碳的化合物
COOH C CH3 H OH
COOH H C OH CH3
(±)-乳酸 ± 乳酸 mp 18oC [α]D=0 α pKa=3.86(25oC)
外消旋乳酸
(S)-(+)-乳酸 乳酸 mp 53oC [α]D=+3.82 α pKa=3.79(25oC)
(R)-(-)-乳酸 乳酸 mp 53oC [α]D=-3.82 α pKa=3.83(25oC)
五、 Huckel 的 4n + 2 规则
判断芳香性的规律 有些不具有苯环结构的烃也有一定的 芳香性,这类化合物称非苯芳香烃。 芳香性,这类化合物称非苯芳香烃。 提出: 1930年德国化学家 Huckel 提出: 年德国化学家 在单环多烯化合物中,分子为环状共平面, 在单环多烯化合物中,分子为环状共平面, 电子离域体系, 成环原子均 sp2 杂化并形成 π 电子离域体系, 其 π 电子数为4n
(二)外消旋体
一对对映体等量混合,得到外消旋体。 一对对映体等量混合,得到外消旋体。 外消旋体 外消旋体与纯对映体的物理性质不同, 外消旋体与纯对映体的物理性质不同,无 旋光性。 旋光性。
(三)对映异构体的表示方法
1. 透视式(三维结构) 透视式(三维结构) 2.Fischer 投影式 .
COOH HO H C C H OH H HO
COOH OH H COOH
COOH
透视 式
对映体:成对存在,旋光能力相同, 对映体:成对存在,旋光能力相同,但旋光 方向相反。二者能量相同( 方向相反。二者能量相同(分子中任何两原子的 距离相同)。 距离相同)。 换句话说, 换句话说,具有实物和镜象关系而不能重合 的两个化合物互称对映异构体。 的两个化合物互称对映异构体。
COOH C CH3 H OH H HO
(一)对映异构体的性质
1 结构:镜象与实物关系。 结构:镜象与实物关系。 2 内能:内能相同。 内能:内能相同。 3 物理性质和化学性质在非手性环境中相同, 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。 在手性环境中有区别。 4 旋光能力相同,旋光方向相反。 旋光能力相同,旋光方向相反。
第六章
立体化学基础
主要内容
第一节 第二节 第三节 概述 对映异构和非对映异构 环烷烃的立体异构
同分异构的分类
碳链异构 同 构造异构 分 官能团异构 异 构 构型异构 立体异构 旋光异构 构象异构 顺反异构 位置异构
第一节 概 述
一、平面偏振光及比旋光度
平面偏振光
如果让光通过一个象栅栏一样的 Nicol 棱镜 (起偏镜 时,只有与棱镜晶轴方向平行的光才能 起偏镜)时 起偏镜 通过。这样, 通过。这样,透过棱晶的光就只能在一个方向上 振动,象这种只在一个平面振动的光,称为平面 振动,象这种只在一个平面振动的光,称为平面 偏振光,简称偏振光或偏光。 偏振光,简称偏振光或偏光。
+ 2 (n = 0,1,2,3…..) , , , )
时,
该化合物具有芳香性。 该化合物具有芳香性。
结构
名称

π 电子数
6(n=1) ( )
芳香性
有 有 无
+

环丙烯正离子 2( n=0) ( ) ⊕ 环丁二烯 环戊二烯正离子 4 4
无 有

环戊二烯负离子 6
+
环庚三烯正离子 6 有
环庚三烯负离子
那么,偏振光能否透过第二个 那么,偏振光能否透过第二个Nicol 棱镜 (检偏 检偏 决于两个棱镜的晶轴是否平行, 镜) 取 决于两个棱镜的晶轴是否平行,平行则可透 过;否则不能通过。 否则不能通过。 如果在两个棱镜之间放一个盛液管, 如果在两个棱镜之间放一个盛液管,里面装 入两种不同的物质: 入两种不同的物质:
CN
CN
+
or
CN
第四节 多环芳烃
由两个或两个以上苯环共用两个邻位 碳原子稠和而成的多环芳香烃。 碳原子稠和而成的多环芳香烃。 较重要的是萘、 较重要的是萘、蒽、菲及其衍生物。 菲及其衍生物。 一、萘的结构 C10H8 8 7 6 5 4 1 2 3
2 14 0.
0.141
.13 0 6
C原子均 sp2杂化,形成共轭体系。 原子均 杂化,形成共轭体系。
手性分子的判据: 手性分子的判据: 无对称因素(对称面,对称中心) 无对称因素(对称面,对称中心)即有 手性中心(一般为手性碳原子)或手性面。 手性中心(一般为手性碳原子)或手性面。
例如: 例如:
H C Cl
H
C
Cl
有对称因素,为非手性分子。 有对称因素,为非手性分子。
2. 手性碳原子 与四个互不相同的原子或原子团相 连的C原子即为手性碳原子,常以“*C” 连的 原子即为手性碳原子,常以“ 原子即为手性碳原子 表示。 表示。 标出下列化合物中的手性碳原子: 例 标出下列化合物中的手性碳原子:
各碳原子上的电子云密度是不均匀的, 各碳原子上的电子云密度是不均匀的,因此 各碳原子的反应能力也随之有所不同。 各碳原子的反应能力也随之有所不同。
8
9
1 4
α
β β —萘酚 萘酚
OH
7 6
2β 3β
5 10 γ

Cl
3 2 6 4 1 5 9 10 7 8

SH
γ—氯蒽 氯蒽
2—巯基菲 巯基菲 或 β—巯基菲 巯基菲
[α] λ = α
t
α
L× c
式中: 式中: α为旋光仪测得试样的旋光度 C为试样的质量浓度,单位 g/mL; 若试样为纯液体则为密度。 为试样的质量浓度, 若试样为纯液体则为密度。 为试样的质量浓度 l 为盛液管的长度,单位 dm 。 为盛液管的长度, t 测样时的温度。 测样时的温度。 λ为旋光仪使用的光源的波长(通常用钠光,以D表示。) 为旋光仪使用的光源的波长(通常用钠光, 表示。) 为旋光仪使用的光源的波长 表示
8 6

环庚三烯

杂化) (有一个C 为sp3 杂化) 有一个 环辛四烯 8 无
六、 致癌芳烃
凡能引起癌症的物质称为致癌物, 凡能引起癌症的物质称为致癌物,它们进 入肌体内,可作用于细胞中的生物大分子( 入肌体内,可作用于细胞中的生物大分子(核 酸、蛋白质)而引起癌症。 蛋白质)而引起癌症。 环境中三类最普遍的致癌物是多环芳烃、 环境中三类最普遍的致癌物是多环芳烃、 胺类及霉菌毒素。 胺类及霉菌毒素。 常见化学致癌物有稠环芳香烃、 常见化学致癌物有稠环芳香烃、亚硝 胺类和芳香胺等。 胺类和芳香胺等。 稠环芳香烃中只有三环或三环以上的才有致 癌性。 癌性。
蒽和菲结构、 蒽和菲结构、性质与萘类似
四、萘的氧化反应
O O O
V2O5 200-500oC CrO3-HOAc 10-15oC
O
O
温和氧化剂得醌,强烈氧化剂得酸酐。 温和氧化剂得醌,强烈氧化剂得酸酐。
O CH3
CrO3-HOAc 25 C
o
CH3
O
萘环比侧链更易氧化, 萘环比侧链更易氧化,所以不能用侧链 氧化法制萘甲酸。 氧化法制萘甲酸。
蒽、菲本身不致癌,当环上有甲基时, 菲本身不致癌,当环上有甲基时, 就会有较强致癌性。芘和苯并芘有强致癌性。 就会有较强致癌性。芘和苯并芘有强致癌性。
苯并芘 芘 多存在于煤焦油, 多存在于煤焦油,沥青和烟草中的焦油等物 质中。 质中。 9 10 中菲键, 中菲键,非常活泼
环氧化酶
o
不稳定的中间产物 环氧化合物 环氧化合物具有使细胞恶性转化的能力, 环氧化合物具有使细胞恶性转化的能力,可能 是多环芳烃的终致癌物。 是多环芳烃的终致癌物。 近年来的研究又发现,苯能抑制造血系统, 近年来的研究又发现,苯能抑制造血系统, 慢性苯中毒会引起白血病。 慢性苯中毒会引起白血病。
顺时 针 其旋 光 方向 逆时 针 左旋 ,以 “ l ” 或 “ ” 表示 。 右旋 ,以 “ d ” 或 “ + ” 表 示。
但旋光度“ 不是一个常量 它受温度、 不是一个常量, 但旋光度“α”不是一个常量,它受温度、光 浓度、管长等许多因素的影响, 源、浓度、管长等许多因素的影响,为了便于比 比旋光度[α 来表示物质的旋光性 来表示物质的旋光性: 较,用比旋光度 α]来表示物质的旋光性:
二、分子的对称性和手性
(一)对称性
对称因素: 对称因素: 1. 对称面
2. 对称中心
H H3C H H H H H CH3
3. 对称轴
Cl C C H
H Cl
(二)手性
分析有旋光性的乳酸和没有旋光性的丙酸 在结构上的差别: 在结构上的差别:
H CH3 C H COOH CH3 H * C OH COOH
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