1-4有机化学第四章立体异构讲述
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学生在学习本章内容之后要能： 1. 描述旋光性,手性,手性分子,手性碳原子； 对映体,左旋体,右旋体，外消旋体,内消旋体, 比旋光度、优势构象等概念。 2. 说明产生顺反异构和对映异构的原因 3.运用Z/E、D/L、R/S法命名或写构型式 4. 列举一些立体异构体的生物活性差异
立体异构是指分子构造相同，但原子或原子 团在空间的排列方式不同所产生的异构现象。 研究立体异构对物质理化性质的影响称为立体 化学。它主要包括有机化合物的构型和构象两 部分。
思。例： Br
H
C C (E)-1-氯-2-溴丙烯
H3C
Cl
练习：
Cl
Br
CC
H3C
Cl
(Z)-1,2-二氯-1-溴丙烯 或 反-1,2-二氯-1-溴丙烯
HOOC
COOH
顺丁烯二酸
(Z)-丁烯二酸
HOOC
COOH
反丁烯二酸 (E)-丁烯二酸
4.1.3 顺反异构体的性质
丁烯 熔 溶解 脱水反 pKa1 pKa2 体内代
§4 立体异构
内容 1.顺反异构:(1)产生对映异构的原因和条件 (2)顺反异构体的命名(3)顺反异构体的性质 2.对映异构:(1)物质的旋光性(2)产生对映 异构的原因(3)Fischer投影式表示法(4)对映 异构体构型的命名(5)对映体和非对映体的性 质(6)外消旋体的拆分
3. 构象异构
学习目标
对称面：假如有一个平面可以把分子切 成两半，其中一半正好是另一半的镜象. 这个平面就是分子的对称面.
有对称面的分子，实物与镜象能够重合， 是非手性分子，因而没有对映异构和旋光 性。
例如：
丙酸分子 有对称面
对称中心：若分子中有一点，通过该 点画任何直线，如果在离该点等距离的 直线两端都能找到相同的原子或原子团， 则这个点称为分子的对称中心。
构象是指因单键旋转而使分子内原子或原子 团在空间产生不同的排列“形象”。
构型是指分子内原子或原子团在空间“固定” 的排列关系。如顺反异构和对映异构。
4.1 顺反异构 顺反异构是由于分子中原子或原子团在
双键或脂环平面两则的排列方式不同而产 生的异构。 4.1.1 产生顺反异构的原因和条件
(1)原因：分子中存在阻碍旋转的因素， 如双键、脂环等。
4.2.2 产生对映异构的原因 实物与镜象不能重合的特性称为手性
(chirality)。具有手性的分子称为手性分子。 只有手性分子才具有旋光性和对映异构现 象。
可见，分子的手性 是产生旋光性和对映 异构的根本原因和充 分必要条件。
分子的手性与对称因素有关。要判断某 一物质分子是否具有手性，主要看它是否 有对称面和对称中心。
CO2H
d
其中a与b，c与d互为对映体；a或b与c或d互
为非对映体。
当分子中含有相同的手性碳原子时，构
型异构体总数＜2n个。例如：
CO2H H C OH
CO2H HO C H
CO2H H C OH
HO C H
H C OH H C OH
CO2H
a
CO2H
b
CO2H
c
酒石酸的构型异构体
CO2H HO C H
光 镜光
镜
能使偏振光的振动面向左旋转的物质称 为左旋体，用(－)表示；能使偏振光的振 动面向右旋转的物质称为右旋体，用(＋) 表示。所旋转的角度称为旋光度，用α表 示。在相同条件下，左旋体和右旋体的旋 光度大小相等，方向相反。当左旋体和右 旋体等量混合时，旋光性相互抵消，得到 一种没有旋光性的混合物，称为外消旋体， 用(±)表示。
二酸 点 度 应条件
谢情况
℃ g/100gH2O
顺式130.5 78.8 200℃ 1.83 6.07 不能代谢 反式286.5 0.63 275℃ 3.03 4.44 能代谢
4.2 对映异构
构成实物与镜象对映关系，外形相似 但不能重合的异构现象称为对映异构 (enantiomerism)。两个对映异构体之间互 称为对映体(enantiomers) 。
(2)条件：即至少有两个不能自由旋转的 碳原子各自连有两个不同的原子或原子团。
例如： a
c
a
c
CC
b
d
b
d
只要满足a≠b，c≠d，都能产生顺反异
构。当a=b或c=d时，就不会产生顺反异构。
由于顺反异构属于平面几何异构，表示
其构型不需要用特殊的立体结构式。
4.1.2 顺反异构体的命名 （1）顺／反命名法
对映体具有一种独特的物理性质 ——旋光性(optical activ) 。因此，对映 异构以前也称为旋光异构或光学异构。
4.2.1 物质的旋光性
只在一个平面上振动的光叫做平面偏 振光，简称偏振光。
能使偏振光振动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。
普 通
起偏 偏振
盛液管
检 偏
HO C H
CO2H
d
wenku.baidu.com
c与d均有一个对称面，故为相同化合物。 含有手性碳原子的非手性分子称为内消旋体， 用 i-或 meso-表示。
规定1毫升含1克旋光物质的溶液，放在 1分米长的盛液管中测得的旋光度称为该 物质的比旋光度，用[α]t 表示。t为测定
λ
时的温度，λ为测定时光的波长，一般采
用纳光（λ＝589.6nm，用符号D表示）。
[α]Dt =
l
αtD ╳c
l为盛液管长度(dm)。c为 浓度(g/ml)，若为纯液体， c为该物质的密度。
规则：同基同侧属顺式， 顺(cis-) 同基异侧属反式。 反(trans-)
例： H3C C
CH3 C
H
H
顺-2-丁烯
H3C C
H C
H
CH3
反-2-丁烯
(2)Z／E命名法 规则：
大基同侧属Z型，大基异侧属E型。
基团大小看序数，顺藤摸瓜重键折。
Z是德文Zusammen的字头，词义是同
侧；E是德文Entgegen的字头，指相反的意
CO2H
H3C C HO
H
乳酸分子的对映体
当分子中有n个不同的手性碳原子 时，会产生2n个构型异构体。例如：
CO2H H C OH
CO2H HO C H
CO2H H C OH
CO2H HO C H
H C Cl
Cl C H Cl C H
H C Cl
CO2H
a
CO2H
b
CO2H
c
2-羟基-3-氯丁二酸的构型异构体
有对称中心的分子也是非手性分子，也没有 对映异构和旋光性。
例如： H C
H H
HH 乙烷反式构象
C
有对称中心
H
C*——手性碳原子。
CO2H 乳酸分子中有一个手性碳
H C* OH 原子，使整个分子既没有对
称面，也没有对称中心，分
CH3
乳酸
子具有手性，所以有旋光性 和对映异构。
CO2H
H
C CH3 OH
立体异构是指分子构造相同，但原子或原子 团在空间的排列方式不同所产生的异构现象。 研究立体异构对物质理化性质的影响称为立体 化学。它主要包括有机化合物的构型和构象两 部分。
思。例： Br
H
C C (E)-1-氯-2-溴丙烯
H3C
Cl
练习：
Cl
Br
CC
H3C
Cl
(Z)-1,2-二氯-1-溴丙烯 或 反-1,2-二氯-1-溴丙烯
HOOC
COOH
顺丁烯二酸
(Z)-丁烯二酸
HOOC
COOH
反丁烯二酸 (E)-丁烯二酸
4.1.3 顺反异构体的性质
丁烯 熔 溶解 脱水反 pKa1 pKa2 体内代
§4 立体异构
内容 1.顺反异构:(1)产生对映异构的原因和条件 (2)顺反异构体的命名(3)顺反异构体的性质 2.对映异构:(1)物质的旋光性(2)产生对映 异构的原因(3)Fischer投影式表示法(4)对映 异构体构型的命名(5)对映体和非对映体的性 质(6)外消旋体的拆分
3. 构象异构
学习目标
对称面：假如有一个平面可以把分子切 成两半，其中一半正好是另一半的镜象. 这个平面就是分子的对称面.
有对称面的分子，实物与镜象能够重合， 是非手性分子，因而没有对映异构和旋光 性。
例如：
丙酸分子 有对称面
对称中心：若分子中有一点，通过该 点画任何直线，如果在离该点等距离的 直线两端都能找到相同的原子或原子团， 则这个点称为分子的对称中心。
构象是指因单键旋转而使分子内原子或原子 团在空间产生不同的排列“形象”。
构型是指分子内原子或原子团在空间“固定” 的排列关系。如顺反异构和对映异构。
4.1 顺反异构 顺反异构是由于分子中原子或原子团在
双键或脂环平面两则的排列方式不同而产 生的异构。 4.1.1 产生顺反异构的原因和条件
(1)原因：分子中存在阻碍旋转的因素， 如双键、脂环等。
4.2.2 产生对映异构的原因 实物与镜象不能重合的特性称为手性
(chirality)。具有手性的分子称为手性分子。 只有手性分子才具有旋光性和对映异构现 象。
可见，分子的手性 是产生旋光性和对映 异构的根本原因和充 分必要条件。
分子的手性与对称因素有关。要判断某 一物质分子是否具有手性，主要看它是否 有对称面和对称中心。
CO2H
d
其中a与b，c与d互为对映体；a或b与c或d互
为非对映体。
当分子中含有相同的手性碳原子时，构
型异构体总数＜2n个。例如：
CO2H H C OH
CO2H HO C H
CO2H H C OH
HO C H
H C OH H C OH
CO2H
a
CO2H
b
CO2H
c
酒石酸的构型异构体
CO2H HO C H
光 镜光
镜
能使偏振光的振动面向左旋转的物质称 为左旋体，用(－)表示；能使偏振光的振 动面向右旋转的物质称为右旋体，用(＋) 表示。所旋转的角度称为旋光度，用α表 示。在相同条件下，左旋体和右旋体的旋 光度大小相等，方向相反。当左旋体和右 旋体等量混合时，旋光性相互抵消，得到 一种没有旋光性的混合物，称为外消旋体， 用(±)表示。
二酸 点 度 应条件
谢情况
℃ g/100gH2O
顺式130.5 78.8 200℃ 1.83 6.07 不能代谢 反式286.5 0.63 275℃ 3.03 4.44 能代谢
4.2 对映异构
构成实物与镜象对映关系，外形相似 但不能重合的异构现象称为对映异构 (enantiomerism)。两个对映异构体之间互 称为对映体(enantiomers) 。
(2)条件：即至少有两个不能自由旋转的 碳原子各自连有两个不同的原子或原子团。
例如： a
c
a
c
CC
b
d
b
d
只要满足a≠b，c≠d，都能产生顺反异
构。当a=b或c=d时，就不会产生顺反异构。
由于顺反异构属于平面几何异构，表示
其构型不需要用特殊的立体结构式。
4.1.2 顺反异构体的命名 （1）顺／反命名法
对映体具有一种独特的物理性质 ——旋光性(optical activ) 。因此，对映 异构以前也称为旋光异构或光学异构。
4.2.1 物质的旋光性
只在一个平面上振动的光叫做平面偏 振光，简称偏振光。
能使偏振光振动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。
普 通
起偏 偏振
盛液管
检 偏
HO C H
CO2H
d
wenku.baidu.com
c与d均有一个对称面，故为相同化合物。 含有手性碳原子的非手性分子称为内消旋体， 用 i-或 meso-表示。
规定1毫升含1克旋光物质的溶液，放在 1分米长的盛液管中测得的旋光度称为该 物质的比旋光度，用[α]t 表示。t为测定
λ
时的温度，λ为测定时光的波长，一般采
用纳光（λ＝589.6nm，用符号D表示）。
[α]Dt =
l
αtD ╳c
l为盛液管长度(dm)。c为 浓度(g/ml)，若为纯液体， c为该物质的密度。
规则：同基同侧属顺式， 顺(cis-) 同基异侧属反式。 反(trans-)
例： H3C C
CH3 C
H
H
顺-2-丁烯
H3C C
H C
H
CH3
反-2-丁烯
(2)Z／E命名法 规则：
大基同侧属Z型，大基异侧属E型。
基团大小看序数，顺藤摸瓜重键折。
Z是德文Zusammen的字头，词义是同
侧；E是德文Entgegen的字头，指相反的意
CO2H
H3C C HO
H
乳酸分子的对映体
当分子中有n个不同的手性碳原子 时，会产生2n个构型异构体。例如：
CO2H H C OH
CO2H HO C H
CO2H H C OH
CO2H HO C H
H C Cl
Cl C H Cl C H
H C Cl
CO2H
a
CO2H
b
CO2H
c
2-羟基-3-氯丁二酸的构型异构体
有对称中心的分子也是非手性分子，也没有 对映异构和旋光性。
例如： H C
H H
HH 乙烷反式构象
C
有对称中心
H
C*——手性碳原子。
CO2H 乳酸分子中有一个手性碳
H C* OH 原子，使整个分子既没有对
称面，也没有对称中心，分
CH3
乳酸
子具有手性，所以有旋光性 和对映异构。
CO2H
H
C CH3 OH