第六章旋光异构

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1. 不对称碳：饱和碳原子上连有互不相同的四 个原子或原子团，用*表示。
2. 手性：如果物质的分子和它的镜像不能重合， 和我们的左右手相像，那么把物质的这种特 征称为手性。
3. 手性分子：具有手性的分子。 4. 对映体：互为镜像关系，但不能完全重合的
一对异构体，互为对映体。具有旋光性。
This is the wavelength of the yellow light from a sodium lamp and is called the D line of sodium
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Polarized light
ordinary (nonpolarized) light consists of many beams vibrating in different planes
H HO H CH3
COOH
COOH
H
OH H OH
CH3
CH3
横向的两个键指向纸前，竖立的两个键指向纸后 含碳原子的原子团放在竖立键方向 编号最小的碳原子放在最上端
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Fischer Projections
• Purpose of Fischer projections is to show configuration at stereogenic center without necessity of drawing wedges and dashes or using models.
mirror
IF
Br
Cl
B
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Chirality
• These two halomethanes are nonsuperimposable mirror images of each other and are said to be Chiral.
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Chirality
N icol棱镜
只在一个平面上振动的光称为平面偏振光，简称 偏振光或偏光。 物质的旋光性：使偏振光平面旋转的性质。
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旋光物质（光学活性物质）：具有旋光性的物质 旋光度α：使偏振光旋转的角度。
不旋光物质
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α
旋光物质
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二、旋光仪和比旋光度
1、旋光仪：光源，起偏棱镜，盛液管，检偏 棱镜，回转刻度盘，目镜。
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Rules for Fischer projections
H
Br
Cl
F
Arrange the molecule so that horizontal bonds at stereogenic center point toward you and vertical bonds point away from you.
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Chirality
• These two compounds are superimposable mirror images.
IF
IF
HH
HH
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Chirality
IF
IF
FI
IF
H
H
H
H
Cl
Cl
Br
Br
不对称碳原子Cabcd： 与四个不同的原子或原子团相连接的碳原子。
% optical purity = enantiomeric excess
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2. 比旋光度 Specific Rotation
[at
a cl
（＋） 表示右旋，
（－） 表示左旋
a：旋光度；[a]：比旋光度；t： 温度；：光波长；c：样品浓度， 单位g/ml；l:样品管长度，单位dm
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F
H C Br
Cl
连有四个不同基团的碳原子 手性碳(chiral carbon) 手性中心 (Chiral center)
例：
** CH3CHCHCH3
F 手性碳标记
*
H C Cl Br
Cl Cl ** CH3CHCHCH2CH3
Cl Cl
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非手性分子
F
C H Cl Cl
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Light
has wave properties
periodic increase and decrease in amplitude 振幅of wave
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Optical activity is usually measured using light having a wavelength of 589 nm.
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Butterflies
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Fish and Boats
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1、对称面（σ）：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。
分子 σ A A'
H
C
CH3
Cl
Cl
1,2 二氯乙烷
Cl
H
HP F FH
H Cl
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3、对称轴（Cn）：如果穿越分子画一条直线，分子
以它为轴旋转一定角度后（360/n），可以获得与原来 分子相同的形象，此直线即为该分子的对称轴。具有对 称轴的化合物有的有手性，有的则没有手性。
C2:
Cl
H
CC
H
Cl
HH C4: H H H H
HH
反1,2-二氯乙烷，手性分子，具有旋光性。 有无对称轴不能作为判断分子有无手性的标准。
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Cl
Cl
Cl Cl
90o Cl Cl
A Cn
A'
Cl
σ Sn
A
Cl Cl
Cl Cl
Cl
具有S4的化合物不具有旋光性。
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总结 (1)σ=S1，i=S2； (2)凡物质分子在结构上具有σ，i或S4的，
它和镜象就能重叠，没有旋光性; 不具有σ，i或S4，它和镜象不能重叠， 这个物质就具有手性，具有旋光性。 (3)一般判断σ，i即可。
• Superimposing the Iodine and Fluorine atoms means the Chlorine and Bromine do not correspond (and vice versa).
IF
IF
FI
IF
Br
Cl
Cl
Br
Cl
Cl
Br
Br
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Chirality
第六章 旋光异构
Optical Isomerism
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同分异构：
①构造异构：a.碳架异构； b.位置异构； c.官能团异构； d.互变异构。
②立体异构：a.构型异构：顺反异构和对映异构。 b.构象异构。
同分异构：相同分子式，不同结构。 构造：分子中各原子间相互结合的顺序（连接顺序） 构型：原子或基团在空间的排列方式 对映：互为镜象 对映异构体：互为镜象的两种构型异构体。
一、对映体
相同 对 映
键长、偶极矩、组成原子 物理性质：沸点、密度、折射率 一般化学性质
体
不同 旋光角度相等，方向相反
手性条件下：手性试剂、手性溶剂、手性催化剂
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键长、偶极矩
Z 不同
E 异
物理性质：沸点、密度、折射率
化学性质不同：
D-A，s-顺式反应，s-反式不反应
构
体 相同：组成原子
plane-polarized light consists of only those beams that vibrate in the same plane
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Polarization of light
Nicol prism
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Rotation of plane-polarized light
亮
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暗
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Optical Activity
A substance is optically active if it rotates the plane of polarized light.
In order for a百度文库substance to exhibit optical activity, it must be chiral and one enantiomer must be present in excess of the other.
IF
IF
Br
Cl
Cl Br
The compounds are different because A can not be superimposed over B.
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Chirality
• Two atoms align. • But two don’t!
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Chirality
Cl C
H
H C
Cl
(E)-1,2-二氯乙烯
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苯或环己烷分子有多少个对称面？
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2、对称中心（i）：若分子中有一个点P，通过P
点画任何直线，如果在离P等距离的直线两端有相同 的原子，则称P点为分子的对称中心。
B
P
A
A
B 不具手性，无旋光性。
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H C OH
H OH
C2H5
C2H5
HO C2HH3 H 3OH
HO C2HH3 H 3 OH
CH3
CH3
Fischer 投影式 十字式
横向的两个键指向纸前，竖立的两个键指向纸后 含碳原子的原子团放在竖立键方向 编号最小的碳原子放在最上端
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三、构型表示方法
COOH
COOH
HO CH3
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分子的手性是存在对映异构体的必要和充分 条件。
旋光性物质（光活性物质）：能使偏振光旋 转的物质。
光学活性的物质总是成对出现，一个左旋， 一个右旋，互为对映体。
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第一 物质的旋光性
一、平面偏振光和旋光性
光束前进方向
普通光线的振动平面
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平面偏振光
普通光线
镜像
F 转60°
C H
Cl Cl
非手性分子
两者互 相重合
F C H Cl Cl
非手性分子：与镜像相重合 （非手性分子不含有手性碳）
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Br Cl
Cl Br
镜像
非手性分子
Br Cl
转180°
Cl Br
Br Cl
Cl Br
非手性分子：与镜像相重合 （非手性分子不含有手性碳）
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• Not all mirror images are chiral (ie are non-superimposable).
mirror
IF
IF
HH A
HH B
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Chirality
• Not all mirror images are chiral (ie are non-superimposable).
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二、手性和对称因素
物质的分子具有与其镜象不能重合的特征是物质具 有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。
手性是物质具有旋光性和对映异构现象的必要条件。 分子中有无手性碳原子（不对称碳原子）并不是物质 具有手性的必要条件。
有的物质具有手性，但分子中不含有手性碳原子 有的分子具有两个或两个以上 手性碳原子，但却不具有手性。
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一对对映体（互为镜像）
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Chirality
• These two halomethanes are nonsuperimposable 不可重叠mirror images of each other and are said to be Chiral.
IF
Cl Br A
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第二节 对映异构现象与分子结 构的关系
一、对映异构现象的发现
偏光：1808，马露(E. Malus)发现。
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Chirality
• “Handedness”: right glove doesn’t fit the left hand.
• Mirror-image object is different from the original object.
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三、产生旋光性的原因：
在非真空的情况下，光通过物质的速度v=c/n。 c为真空中光速，n为光通过介质的折射率。 n越大，光在前进中受到的阻碍越大，v越小，分 子中电子振动越强。 分子的极化度越大，物质与光的相互作用也就越 强，n越大。
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第三节 含一个手性碳原子的对映异构
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二、外消旋体
定义：等量的左旋体与右旋体的混合物
外消旋体 与对映体
相同 不同
键长、偶极矩、组成原子（分子式） 一般化学性质 旋光性：左、右、无 物理性质：沸点、密度、折射率
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三、构型表示方法
CH3
H HO
C2H5
H HO
2
C3H3 H
OH
CH3
伞形式
CH3
CH3
a
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Optical purity
an optically pure substance consists exclusively of a single enantiomer
enantiomeric excess = % one enantiomer – % other enantiomer