对映异构体

（2）使用Fischer（费歇尔）投影式注意： A、投影式在纸平面 上旋转n×180°，其 构型保持不变；
COOH H CH3 OH HO CH3 H COOH
B、投影式不能在纸平面旋转90°的奇数倍； C、投影式不能离开纸面翻转180°； D、任意固定一个基团不动，依次顺时针或反时 针调换另三个基团的位置，不会改变原构型。
例如，丁二烯水合得到两种2-丁醇
H CH3CH=CHCH3 HOH bp d 旋光性 CH3CH2-C-CH3 OH 99.5℃ 0.8063 右旋 OH CH3CH2-C-CH3 H 99.5℃ 0.8063 左旋
在空间的排列上，可以看出他们是不相同的。
CH3 C HO H CH2CH3 H 镜子 CH3 C OH CH2CH3 左旋-2-丁醇
§6-1 异构体的分类 具有相同分子式，但具有不同结构的化合物 称为同分异构，它分为两大类。 一、构造异构： 具有相同的分子式，而分子中各原子结合的
顺序不同的异构体。它分为四种：
1、碳胳异构：碳链不同。 2、官能团位置异构：官能团位置不同。
3、官能团异构：官能团不同。
(CH3OCH2CH3与CH3CH2CH2OH) 4、互变异构(酮式与烯醇式)： 不同官能团迅速互变，达到平衡。 二、立体异构： 具有相同的分子式，分子中各原子结合的顺
右旋-2-丁醇
两个异构体是互相对映的，互为物体与镜像 关系，故称为对映异构体。对映异构体中，一个 使偏振光向右旋转，另一个使偏振光向左旋转， 所以对映异构体又称为旋光异构。 为什么要研究对映异构呢？ 1．天然有机化合物大多有旋光现象。 2．物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋 维 生素C可治抗坏血病，而右旋的不行）。 3．用于研究有机反应机理。 §6-2 物质的旋光性 一、平面偏振光和物质的旋光性
具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子 叫做手性分子。 分子中连有四种不同基团的碳原子叫做不对 称碳原子，也叫做手性碳原子。用C*表示。
* CH3CHCOOH OH * CH2CH2CHCH 3 OH * * HOOCCHCHCOOH HO OH
判断手性碳原子的依据：连有四个不同原子 或基团。凡是含有一个手性碳原子的有机化合物 分子都具有手性，是手性分子。 二、手性和对称因素
序相同，但在空间排列的方式不同。立体异构是
具有相同的构造、不同构型的异构体。它分为：
1、构象异构：由于分子内单键旋转角度的 不同所引起的异构。 2、顺反异构：由于双键或环平面的存在而 引起的构型不同。 3、对映异构：分子的构型互为实物与镜像的 关系。对映异构好比人的左右手关系，二者互为 镜像，不能重合。人们把实物和镜像不能重合的
2、Fischer（费歇尔）投影式：
COOH COOH HO H CH3 HO CH3 H
COOH COOH H H OH CH3 乳酸对映体的费歇尔投影式 CH3 OH HO
COOH H CH3
（1）投影原则： A、把手性碳置于纸平面或黑板平面，四个键 按交叉的“十”字排列，横竖两条直线的交叉点代 表手性碳原子。 B、“横前竖后”，即横线上的两个基团伸向 前方，竖线线上的两个基团伸向后方。 C、主碳链竖向排列，把氧化态高的碳原子放 在碳链的顶端。
（1）对称面：设想有一个平面，它把一个分 子分成互为实物和镜像的两半，这个平面叫做对 称面，用σ表示。
某一平面将分子分为两半，就象一面镜子， 则该平面是对称面。
实物（一半）与镜象（另一半）彼此可以重叠，
H
对称面 Cl H C H C Cl CH3 Cl
对称面
C
Cl
凡具有对称面的化合物是非手性的，它无 对映异构体和旋光性。 （2）对称中心：若分子中有一点P，通过P 点画任河直线，在距离P点等距离的两端有相同 的原子，则P点为对称中心，用i表示。
3、对映异构体的生理作用往往不同 。 4、等量的对映异构体混合得到外消旋体，用 “±”表示。外消旋体的旋光性表现为无旋光。 二、对映异构体构型表示方法 对映体的构型可用立体结构（楔形式和透视 式）和费歇尔（E· Fischer）投影式表示，
1、立体结构式（楔形式和透视式）：
COOH HO H CH3 H
H
H
Cl C H C Cl H
H Cl
Cl H
（4）更替对称轴：若分子中有一条直线，以此 直线为轴旋转360°/n(n为整数)后，再用一垂直 于该轴的镜面将分子反射，得到原来相同的图 形，这条直线叫做更替对称轴。 凡具有更替对称轴化合物是非手性的，它 无对映异构体和旋光性。
小结：有对称面、对称中心、n 重交替对称 轴的分子均可与其镜象重叠，是非手性分子；反 之，为手性分子。
光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前 进方向垂直。
平面偏振光
普通光在通过尼克尔棱镜后形成的只在一 个方向传播的平面光叫偏振光。
晶轴 A B C D A' 普通光 Nicol棱晶 B' A' 平面偏振光 D' C' A
2．物质的旋光性 能使平面偏振光振动平面旋转的物质称为物 质的旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性物质 （也称为光活性物质）。
现象称为手性。具有手性的分子称为手性分子。
4、非对映异构
碳干异构 位置异构 构造异构 同分异构 构型异构 立体异构 构象异构 官能团异构 互变异构 顺反异构
对映异构
对映异构是指分子式、构造式相同，但构型 不同，且互呈镜像对映关系的立体异构现象。 对映异构体之间的物理性质和化学性质基本 相同，但对平面偏振光的旋转方向不同。
H H Br P Br COOH H H Br COOH H CH3 H P H H H CH3 H H Br H
凡具有对称中心的化合物是非手性的，它无 对映异构体和旋光性。
（3）对称轴：若分子中有一条直线，以此直 线为轴旋转360°/n(n为整数)后，得到与原来分 子相同的图象。这条直线叫做该分子的n重旋转 轴。用C n表示。具有对称轴的分子大多数是非手 性的，也有少数是手性的。
1、手性与旋光性
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平面偏振光通过非手性分子如乙醇、丙酮等
时，偏光的传播方向不受影响。
但偏光通过手性分子如乳酸时，偏光的振动
平面会旋转一定角度。
手性分子使偏光振动平面旋转的性质叫做物
质的旋光性。具有旋光性的物质称为旋光物质或
光学活性物质。 2、手性与对称性
手性是指实物与它的镜像不能重合的特性， 具有手性的分子叫做手性分子。手性分子必然有 旋光性。有旋光性的分子必定是手性分子。分子 的手性与分子对称因素有关。涉及分子对称的因 素有以下四种。
所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。因此在 不用水为溶剂时，需注明溶剂的名称，例如，右 旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋光度为： [α ]20 D = +3.79 (乙醇，5%)。
D
T

l c
§6-3 对映异构与分子结构的关系 一、手性碳原子 人们在研究对映异构现象时，发现当一个碳 原子连有四个不同的原子或基团时，这四个原子 或基团在空间有两种排列方式。例如，乳酸
三、对映异构体构型的标记方法 1、D/L法： 在1951年前，由于缺乏实验方法测得对映体的 真正构型，即绝对构型，人们采取人为规定的方 法，选用含有手性碳原子的甘油醛作为标准，规 定：羟基在手性碳原子的右边，用D表示，羟基 在手性碳原子的左边，L表示。 D、L表示构型
CHO H OH CH2OH HO CHO H CH2OH
COOH HO H CH3 H
COOH CH3 OH
两种构型不同，而且互为实物与镜像关系， 它们是一对对映异构体。
镜子 COOH 透视式 H C COOH C H
OH CH3
HO H3C
OH
COOH 顺时针排列
CH3反时针排列
特征： （1）、不能完全重叠；（2）、呈物体与 镜象关系（左右手关系）。 物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右 手一样）彼此不能完全重叠的特征，称为分子的 手性。
COOH CH3 OH
分别用两根实线表示处于平面上的基团， 楔形键表示伸向前方的基团，虚线表示伸向后 方的基团。 特点：空间关系清楚，立体感强，但书写费 时。
COOH H H OH CH3 乳酸
COOH C OH CH3 楔形式 H
COOH C OH CH3
透视式
优点： 形象生动，一目了然 缺点： 书写不方便
A
乙醇
A' A
不旋光物质
乳酸
α
A'
旋光性物质
3.右旋和左旋 —— 使偏振光振动平面向右旋转称右旋，“ + ” —— 使偏振光振动平面向左旋转称左旋，“ - ”
4.旋光度（observed rotation)
—— 旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角 度，用“a ”表示。它既与物质的旋光性有关， 也与测定的条件有关。
1．平面偏振光 光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向 垂直。
光束前进方向
B C D
A
D' C'
光源 （1 ）光的前进方向与振动方向 图 6-1 光的传播
A'
B'
（2）普通光的振动平面
在光前进的方向上放一个（Nicol）棱晶或人 造偏振片，只允许与棱晶晶轴互相平行的平面上 振动的光线透过棱晶，而在其它平面上振动的光 线则被挡住。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。
CH3 H OH = C2H5 C2H5 CH3 H OH C2H5 C2H5 H CH
=
HO
=
H3C H
OH
E、投影式中任何两个基团互换奇数数次位置，得 到它的对映异构体，互换偶数次得到它本身。
CHO HO H CH2OH 同一构型 CHO HO H CH2OH H CHO OH CH2OH 对映体 OH与H对调一次 H CHO CH2OH OH OH与H对调一次 CHO与CH2OH 对调一次
第六章
对映异构
教学要求
1．了解物质的旋光性与分子结构的关系．
2．掌握对映异构体的构型表示及R／S命名法。
3．掌握手性、对映体、非对映体、内消旋体、
外消旋体等概念；掌握判断分子手性的方法
4．掌握Fischer投影的规则以及Fischer投影式与
锯架式、Newman式的转化。 5、初步掌握亲电加成反应的立体化学。
2.旋光性：也称光学活性 ( optical activity ) —— 物质能使偏振光发生偏转的性质。
结论： 物质有两类：
（1）旋光性物质——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。 （2）非旋光性物质——不具有旋光性的物质， 叫做非旋光性物质。
A B C D A' A B C D A' B' D' C' B' D' C'
在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为 589 nm）条件下，样品管长度为1dm，样品浓度 为1g•ml-1时测得的旋光度。
D
T

l c
D --- 钠光源，波长为589nm； T --- 测定温度，单位为℃ a --- 实测的旋光度； l --- 样品池的长度，单位为dm； c --- 为样品的浓度，单位为g•ml-1。
+、- 表示旋光性
D-(+)-甘油醛
L-(-)-甘油醛
其它旋光物质的构型通过化学转变方法与甘 油醛联系起来，确定其结构。在化学转变过程中， 如果连接在手性碳原子上的4个键没有断裂，反应 后的手性碳构型不变。例如
CHO H OH CH2OH HgO H COOH HO CH2OH
D-（+）-甘油醛 D-（-）-甘油酸 2、R/S法： R/S法是1970年根据IUPAC建议而采用的系统 命名法。它是通过化合物的真实构型或投影式标 记。该法需要用到“次序规则”。
分子具有手性的必要和充分条件是：无对 称面、无对称中心、无更替对称轴。三者缺一 不可。 至于对称轴并不能作为分子是否具有手性 的判据。
§6-4 含一个手性碳原子化合物的对映异构 一、对映异构体的特点
含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分 子，有两种不同的构型，且互为物体与镜象关系 的立体异构体，称为对映异构体简称为对映体。 对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的， 一个是右旋的。所以对映异构体又称为旋光异构 体。对映异构体的特点 1、对映异构体的物理性质、化学性质相同，难 以用化学方法区别。 2、对映异构体的比旋光度相同，方向相反。
A B C D
A' B' A' 旋光性物质 D'
A
乳酸
α
目镜（亮）
起偏镜
盛液管
检偏镜
旋光度大小的影响因素： 1、温度 2、波长 3、溶剂的性质 4、旋光 管的长度 5、旋光管中物质浓度
5. 比旋光度（specific rotation) 为了便于比较，就要使其成为一个常量，故 用比旋光度[α]来表示：