旋光异构-ppt

4. 命名标记 已明确构型的手性化合物在命名时要将 R、S 或D、L放到名称前并与名称间用半字线“-”隔开。
如果分子中有多个手性碳，要分别判断每个 手性碳的构型是R或S。命名时将手性碳位号与R 或 S 一起放在括号内，写到名称前面。
例如：
COOH HO H Cl H COOH
（2R,3R）-2-羟基-3-氯 丁二酸
2. 物质的旋光性
light
无旋光性物质溶液
shade
有旋光性物质溶液
α
能使偏振光的振动平面转动的性质称为物质的旋光性，这种物
质称为旋光性物质或光活性物质。 使偏光振动平面左旋的物质称左旋体（Dextrorotatory）；向右 旋转的物质称右旋体(Levorotatory)。旋光物质使偏光振动平面旋转 的角度α称旋光度。测定旋光度的仪器——旋光仪。
Ⅰ和Ⅱ是相同化合物 Ⅲ和Ⅳ是对映体
(2S,3S)
Ⅳ (2R,3R)
III与IV互为对映体， I在纸面上旋转180°，变为 II ，两者是同一个化合物。
I（ II ）分子内有一对称面σ，非手性化合物，
命名时在名称前加“meso-”，习惯上内消旋体也看 成 旋光异构体。
无旋光性，称为内消旋体。用“meso-”或“m-”表示。
OH C CH2CH3 CH3 H NH2 C CH2OH CHO
H
CO OH
CH2Ph H
C
OH
3. 构型及其表示方法
⑴ Ｄ,Ｌ构型(相对构型)表示法 绝对构型：原子或基团在空间的真实排列。
CHO H C OH
HO CHO C H
CH2OH
CH2OH
D - (+) - 甘油醛
L -(-) -甘油醛
同分异构— 顺反异构： 构型异构— 对映异构 立体异构—
Stereoisomerism
Enantiomerism
构象异构
二、偏振光和物质的旋光性 普通光是一种电磁波，光振动方向与前进方向垂 直。
1. 平面偏振光：只在一个平面上振动的光。
Nicol prism
混合光的振动平面
单色光的振动平面
平面偏振光的振动平面
旋光性
手性分子（不对称分子）
无对称面 无对称因素 无对称中心
1. 对称面
Cl C C H Cl H
H C H
Cl
Cl
2. 对称中心
H COOH
COO H CH3
H H
H H2 C CH2
H
CH
3
H
H
COOH
HOOC
对称中心
H
结论：
有对称面、对称中心的分子均可与其镜象重叠，是非 手性分子；反之，为手性分子。
殊的混合物，称为外消旋体。
（±）表示外消旋体。
2. 费歇尔（Fisher）投影式 手性碳构型表示式有三种： 球棒式：把碳原子、与碳相连的原子或基团画成
球，标出化学符号，用棒表示共价键。这种表示
清楚、直观，但书写麻烦。 立体透视式 ：手性碳放在纸面上，粗实线或楔线 连接的原子或基团在纸面前 ，用虚线连接的在纸 面后，用细实线连接的在纸面上。这种表示清楚、 直观，但书写也较麻烦。
COOH H C OH CH3
COOH COOH COOH H O
COOH
H
C CH3
OH
C CH3
H
H HO CH3
HO H CH3
费歇尔投影式写法注意点： 1. 投影式不能离开纸面旋转。 2. 投影式在纸面旋转180º和360º，结构保持不变。 3. 投影式在纸面旋转90º和270º，结构变成它的对映体。 4. 固定一个基团，其他三个基团依次旋转，构型不变。 要求：1.给出费歇尔投影式能想象出立体结构。 2.立体结构能用费歇尔投影式表示。
四个原子或基团确定一个从大到小的优先次序
（如ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ），然后让次序最小的原子或基团 （ｄ）远离观察者（向最小基团方向观察）若ａ→ｂ→ｃ 的排列次序是顺时针排列就称为Ｒ型，相反反时针排列 的就称为Ｓ型。
若a→b→c是顺时针方向转，手性碳原子为 R-构 型，用R表示； 若a→b→c是逆时针方向转，手性碳原子为 S-构 型，用S表示。
CH3 H C OH CH2CH3
H3CH2C
CH3 C H OH
对映体
对映体的特点： • 具有相同的分子构造 • 两者的关系为：实物与镜像 • 不能相互重叠 • 物理性质相同，化学性质相似
手性分子一定有其对映体 对映体也称旋光异构体
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
CH3 H H C 2 H5 Cl Cl
（2S，3R）—2，3—二氯戊烷
⑶ R/S 与 D/L比较
①均表示构型, R/S绝对构型， D/L相对构型
②含有多个不对称碳原子时， D/L以最后一个不对称碳 原子的构型来定， R/S每一个都需标明。 ③D/L表示法与Ｒ/Ｓ表示法没有对应关系
④在D-L标记中，在化学转化过程中手性中心构型 不变化，产物构型标记不变化。 ⑤在R-S构型标记中，在化学转化过程中即使手性 中心构型不改变，产物构型的标记有可能改变。 如：
∴既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为手性 分子。
四、含一个不对称碳原子的旋光异构体 1. 对映异构体和外消旋体
COOH COOH
H H3C C COOH OH
H CH3 OH CH3 HO 乳酸的两种构型 H
乳酸
互相呈实物与镜像的关系，它们的熔点相同，酸性 相同，一般化学性质相同，比旋光度数也相同，只是 旋光方向相反。这样的异构体叫光学对映体。 （+）-乳酸 （-）-乳酸
2. 含两个相同的不对称碳原子 HOOC-CH-CH-COOH
OH OH
COOH H H OH OH COOH Ⅰ (2R,3S)
COOH HO H Ⅲ H OH COOH
H HO
COOH HO HO Ⅱ H H COOH
酒石酸
(2S,3R)
COOH OH H COOH
内消旋体 ： 含有不对称碳原子的非 手性分子，用meso表示。
CH 3 H OH HO H CH 3
（2S,3S）-2,3-二羟 基丁二醇
五、 含有两个不对称碳原子的旋光异构体 1. 含两个不相同的不对称碳原子
3 2
HOCH2C*H-C*HCHO OH OH
C* CHOC* HOCH23
2
-CHCH2OH OH
-CHCHO OH
-OH
-OH
-H
-H
CHO H H OH OH CH2OH
旋光仪原理示意图
旋光度的大小取决于物质的浓度、温度、旋光管长度、光
的波长及溶剂等因素，在溶剂、温度、光源一定时，旋光度正
比于浓度和旋光管长度，即α∝c，l 。
比旋光度[α]λt：1mL含1g旋光性物质的溶液，放在1dm（10 cm）长
的样品管中测得的旋光度即该物质的比旋光度，即单位浓度、单位 长度的旋光度。 溶液中： [α]λt ＝αλt / l c 对纯液体，浓度c用密度表示。温度t一般为室温，光波波长常用钠 光D线（586.9 nm和589.3 nm）。 “左旋”，用“－”表示； “右旋”，用“+”表示。 如，[α]λt ＝ －92.80 ，表示该物质在20℃水溶液、钠光光源，比旋 光度为左旋92.80。发酵乳酸 [α]λt ＝ －3.80 ，肌肉乳酸 [α]λt ＝ +3.80
旋光异构
本章要点：
1.掌握分子的手性、手性碳原子、对称因素、对映体、 非对映体、旋光异构、外消旋体和内消旋体等概念。 2. 熟练掌握费歇尔投影式。 3. 熟练掌握R、S 及D、L构型标记方法。 4.掌握含一个、两个手性碳原子的光学异构。 5.了解不含手性碳原子化合物的光学异构。
一、异构体的分类
碳链异构： 构造异构— 位置异构： Constitution 官能团异构： isomerism 互变异构：
170 170 140 206
+12 -12 无 无
139 139 125 20.6
1.760 1.760 1.667 1.680
Ⅰ和Ⅱ；Ⅲ和Ⅳ 是对映体
Ⅰ和Ⅲ 或Ⅳ ； Ⅱ和或Ⅲ Ⅳ 是非对映体
非对映体：不仅旋光性不同，其它物理性质不同， 化学性质也不完全相同。 差向异构体：
若含有n个不相同的不对称碳原子,则有2n个旋光异构体 R R
a a R` b d
b a
a d
赤型
苏型
R`
含有多个不同手性碳的化合物 光学异构体数目=2n (n为不相同手性碳原子数目) 例如：有CA CB CD 三个手性碳的化合物，有8个异 构体（4对对映体）：
三、旋光性和分子结构的关系
手性
把左手放到镜子面前，左手的镜像与右手相 同，左、右手的关系——相对映而不重合。
手性：物质与镜像相对映而不重合的性质称为 手性或手性征 。 手性分子：具有手性的分子称为手性分子或手性征 分子。手性分子最大特征是具有旋光性。 非手性分子：不具有手性的分子称为非手性分子。
对映体、内消旋体、外消旋体的性质比较。 例：2,3-二羟基丁二酸（酒石酸）的性质如下表所示。 对映体的性质与内消旋体、外消旋体的性质不同。 酒石酸 熔点/ ℃ 溶解度 相对密 pKa1 pKa2 /g(100g 度（d20） 水)-1
[ ]25 D
（R,R)酸 （S,S)酸 Meso-酸 （±）酸
判断分子的手性：分子与其镜像重合称为非手性 分子；分子与其镜像不重合称为手性分子。
Br H C CH3 CH2CH3 CH3
Br C H CH2CH3
两个分子为实物和镜像的关系：彼此不能重合， 如同人的左、右手一样。
2–溴丁烷分子模型示意图
不对称分子与不对称碳原子(手性碳原子)：
a C* d C c b a ≠ b ≠c ≠ d
CHO H C OH [O]
COOH H C OH
CH2OH D -(+) - 甘油醛
CH2OH D -(-) -甘油酸
COOH
[H]
H
C CH3
OH
D -(-) -乳酸
Ｄ构型不一定是右旋，也不一定是左旋。
构型与旋光方向之间没有简单的联系。
⑵Ｒ,Ｓ构型表示法
这种方法根据化合物的实际模型或投影式就能判定构型。 命名原则：它先按顺序规则将与手性碳原子所连的
费歇尔（Fisher）投影式 投影原则是：把与手性碳原子结合的左右横向的两个
键伸向手性碳原子的前面 ，即伸向观察者；把上下
竖立的两个键伸向手性碳原子的后面。
常称为“横前竖后”，即横键朝前，竖键朝后的意思。 标准写法是把碳链写在上下竖立的位置，并把氧化态 较高的基团放在碳链的上端，把其它的原子或基团放 在左右横向位置。
3 2
CH 2OH
HO
2
CH 2OH
HOCH2
3
2
OH H
3CH 2OH
OH
构型改变
H
构型不变
构型改变
1 CH O
1 CH O
H
2
OH
3
1 CH O
HOCH2
2
H
H
2
OH
3 CH OH 2
OH
3 CH OH 2
对映体的构型也可用伞形式表示，形象直观。但不便于表示含 多个手性原子的分子。
Exercises： 将下列结构表示为Fischer投影式：
HO HO
CHO H H CH2OH
Ⅰ (2R,3R)-(-)-赤藓糖 D-(-)-赤藓糖
CHO HO H H OH CH2OH
Ⅱ (2S,3S)-(+)-赤藓糖 L-(+)CHO H HO OH H CH2OH
III (2S,3R)-(-)-苏阿糖 D-(-)-
Ⅳ (2R,3s)-(+)-苏阿糖
L-(+)-
Fishcher投影式具有严格的投影原则，不能随意改变，应用 Fishcher投影式时，应经常考虑到分子的立体结构。应注意以下 几点： ① 投影式在纸面上旋转1800时，构型不变，但旋转900时，构型 改变成为其对映体。
1 CHO 180 0 3 CH OH 2 3
CH2OH H
1 CHO 2
H
2
COOH H C OH CH3
R-乳酸
COOH C* H OH CH3 观察方向 COOH H CH3 观察方向 OH
≡
R-乳酸
透视式
观察方向 观察方向 HOOC C HO H3C
*
COOH H CH3
H
≡
HO
HO
S-乳酸
CHO H C OH
CHO C H
CH2OH
CH2OH
R-甘油醛
S-甘油醛
OH
HO
2 1CHO
H
OH
3 CH2OH
1 CHO
H CHO OH
H
2
3 CH2OH
1 CHO
H
2
OH
90
0
H HOCH2 OH CHO HOCH2
HO OH CHO
2
H
3 CH 2OH
3 CH 2OH
② 投影式不能离开纸面旋转。
1 CH O
H
0 180
CH2OH H OH CHO
1 CH O
H
2
Leabharlann Baidu
OH
1
CHO OH
2 3
CH2OH
HO
2
H
3 CH 2OH
3 CH 2OH
③ 取代基的位置互换一次或奇数次，构型改变成为其对映体；取 代基的位置互换两次或偶数次，构型不变。如固定一个基团，其 余三个基团依次作顺时针或逆时针调换，构型不变。
1 CH O 1 CH O 1 CH O
O 1CH
3
H
2
OH
H