第五章 立体化学基础--有机化学

CHO
旋转 180。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 24
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
Fischer 投影式离开纸面翻转, 构型改变！
COOH
COOH
H
OH 离开纸面翻。转 HO
H
CH3
CH3
三维模型离开纸 面翻转构型不变
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 25
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
第一节 手性分子和对映体
一、手 性
观察自己的双手, 左手与右手有什么联系和区别？
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 3
第五章 立体化学基础：手性分子 第一节 手性分子和对映体(一、手性)
左手的镜像是右手
右手的镜像是左手
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 4
第五章 立体化学基础：手性分子 第一节 手性分子和对映体(一、手性)
(分子中原子间的排 列顺序、结合方式)
碳架异构 位置异构 官能团异构
立体异构
顺反异构
对映异构 构型异构
(构造相同，原子在 构象异构
空间排布方式不同)
对映异构又叫光学异构或旋光异构。它 是一类与物质的旋光性质有关的立体异构。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 2
第五章 立体化学基础：手性分子 第一节 手性分子和对映体(一、手性)
COOH
C
H
H
CH3
COOH
C
H
H
CH3
CCOOOOHH
所有基团 都重合
CC HH HH
丙酸分子 没有手性
CCHH33
若实物与其镜像能够完全重合，则实物
与镜像所代表的两个分子为同一个分子。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 6
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(二、手性分子和对映体)
COOH H C OH
COOH H C OH
HO C H
HO C H
COOH
COOH
重叠式构象 Pers酒pec石tiv酸e projection Fischer projec交tio叉n式构象
Tartaric acid (carboxyl group at top)
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 21
(2) 连于手性碳的横键代表朝向纸平面前方的键。 横前 (3) 连于手性碳的竖键代表朝向纸平面后方的键。 竖后
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 18
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
课堂练习：试根据模型写出Fischer投影式。
(+)-甘油醛
在符合“横前竖后”规则的前提下,亦可得到不同Fischer投影式。
有对称面的分子 与它的镜像能重合， 因此没有对映异构现 象，称为非手性分子 (achiral molecule)。
对称面
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 12
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(三、对称面和非手性分子)
CH3
H
CH3
H
CH3
H
H
存在对称面的分子
邓健 制作 吕以仙 审校
5. CH3-CH-CH-CH2CH3 OH OH
H
6.
CH3 7.
CH3 CH3
H3C
8.
CH3 CH3O
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 11
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(三、对称面和非手性分子)
三、对称面和非手性分子
对称面(planes of symmetry)是指能将分子 结构剖成互为镜像的两半的面。如通过圆球心的 面；将长方形盒子分成各一半的面都是对称面。
但有些分子如乳酸, 两个互为实物与镜像关系的分子不能重合。
COOH
HOOC
不能与其镜像重
H C CH3
H3C
C
合的分子称为手性分 H 子(chiral molecule)。
OH
HO
它们是彼此成镜
像关系，又不能重合
的一对立体异构体，
互称为对映异构体
(enantiomer) 。 镜 像
的不重合性是产生对
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 8
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(二、手性分子和对映体)
一个手性碳原子所连的4个不同原子或基团位 于四面体的四个顶角，在空间具有2种不同的排列 方式(也称两种构型), 它们彼此构成一对对映体。
CH3C* HCOOH
COOH
OH
乳酸
HO C H
H
CHO
OH
H
OH HOCH2 CHO HO
CH2OH
H
CH2OH
H OHC
CH2OH
CHO
OH
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 19
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
一般将主碳链放在竖直线上，把命名时 编号最小的碳原子放在上端 ( 主链下行) 。
H
CHO
OH
H
OH HOCH2 CHO HO
(一) 三维模型
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 16
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
(二) 立体结构式
透视式是书写立体结构式常见的方法之一。 应注意它的书写方法，通常实线 “” 代表位 于纸平面上的键；虚线 “ ” (或“ ”) 代表 伸向纸平面后方的键，楔形线 “ ” 代表伸 向纸平面前方的键。
CH2OH
H
√
CH2OH
H OHC
CH2OH
CHO
OH
按 此 方 式 得 到 的 投 影 式 为 最 严 格 的 Fischer 投影式, 用D/L法命名时必须用这种Fischer式。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 20
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
表示含两个或两个以上手性碳原子 的化合物时，Fischer投影式显示的立体 结构全是重叠式构象！
CO2H
CO2H
Cl
Cl
C H HC
I C Br Br C I
H3C OH
HO
CH3
H
H
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 17
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
(三) 费歇尔投影式
1
CO2H HO
C2
H CH3
3
(+)-乳 酸
1
CO2H HO
H
C3 H3
写Fischer投影式的要点： (1) 水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。
上页 下页 首页 27
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
问题：下列四个表示立体
结构的式子中哪一个与
COOH H OH
H
Cl
COOH
相同？
OH
CO2H
H
CO2H HO
H
H
CO2H Cl
H
Cl
CO2H
(1)
(2)
CO2H
CO2H
H C OH
HO
H
C
H
Cl
H
Cl
CO2H
CO2H
(3)
(4)
人民卫生电子音像出版社
对偏振光的作用不同; 生理作用上有着显著的不同
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 10
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(二、手性分子和对映体)
问题：下列化合物哪些含手性碳原子？
1. CH2Cl2
2. CHCl3 3.CH3CHClCH2CH3
4. CH3-CH-CH2CH3 CH2CH3
Fischer 式纸平面内旋转90(或270), 构型改变！
CO2H
H
OH
CH3
旋 转 90。 CH3
H CO2H
OH
旋 转 90。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 26
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
Fischer 式中同一个手性碳上所连原子 或基团两两交换偶数次，其构型不变。
CCCOOCO22OH2HH2HCCCOOCO22OH2HH2H HHHH
3. 大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳 原子(或手性中心) 来判断分子是否有手性。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 14
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(四、判断对映体的方法)
问题：下列化合物是否存在对映异构体？
CH3 C
H
CCHH3 3 HH HH
CH3 C
H
CCHH3 3
上页 下页 首页 28
第五章 立体化学基础 第三节 旋光性 (一、偏振光和旋光性)
第三节 旋光性
一、偏振光和旋光性
只在一个平面上振动的光称为平面偏振光(plane-polarized light)，简称偏振光。偏振光的振动平面习惯称为偏振面。
化合物能使偏振光的偏振面旋转的性能称为旋
光性(optical activity)。手性化合物都具有旋光性。
锯架式 Newman投影式
每一种表示立体结构的方法，都各有千秋。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 22
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
可用以下方法判断不同 Fischer 投影式 是否表示相同构型的化合物。
(1) Fischer式的平移或纸平面内旋转180， 其构型不变。 但Fischer式不能离开纸面翻转 或沿纸面旋转90 (或270)。
HHHH
HHHOOHOO HHHH CCCHHCH33H3 3 HHHOOHOO
CCCHHCH33H3 3 CCCOOCO22OH2HH2H CCCHHCH33H3 3 OOOHHOHH
HO
CO2H C H
CH3
Байду номын сангаас
羧基与H交换位置 羟基与甲基交换位置
按主链下行 写Fischer 式
邓健 制作 吕以仙 审校
CH3
COOH H C OH
CH3
有一个手性碳的化合物必定 是手性化合物，只有一对对映体。
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 9
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(二、手性分子和对映体)
一对对映体有相同的物理性质 除了与手性试剂反应外,对映体的化学性质也相同 两者还有十分重要的不同性质：
动画模拟:
乳酸与其镜像不能重合
映异构现象的充分必 要条件。
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 7
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(二、手性分子和对映体)
仔细考察没有手性的丙酸分子和有 手性的乳酸分子，它们的差别在哪里？
丙酸 H
CO2H CH
CH3
CO2H
*C
乳酸 OH
H
CH3
乳酸分子中有一个碳原子(C2)所连的四个基团 (COOH,OH,CH3,H) 均不相同。凡是连有4个不同的 原子或基团的碳原子称为手性碳原子(chiral carbon atom), 也可称为手性中心(chiral center)。
第五章 立体化学基础
第一节 手性分子和对映体
第二节 费歇尔投影式 第三节 旋光性
第四节 构型标记法
第五节 外消旋体
第六节 非对映体和内消旋化合物
第七节 无手性碳原子的对映体
第八节 外消旋体的拆分
邓健 制作 吕以仙 审校
1
第五章 立体化学基础：手性分子 第一节 手性分子和对映体(一、手性)
同分异构
构造异构
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 29
第五章 立体化学基础 第三节 旋光性 (一、偏振光和旋光性)
若使偏振光透过一些物质(液体或溶液)，有些物质如丙
酸对偏光不发生影响，偏光仍维持原来的振动平面。但但有有些些
物物质质如如乳乳酸酸，，能能使使偏偏光光的的振振动动平平面面旋旋转转一一定定的的角角度度αα。。
Cl
F
H
Cl
H
H
F
H
3
CHC3Cl l
Br
Br
HH CCHH3 3 CCHH3 3 HH
55
66
邓健 制作 吕以仙 审校
CCHH3 3
上页
CCHH3 3
CCHC3l l
下7页7 首页 15
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
第二节 费歇尔投影式
对映异构体的结构可以用模型、透视式 (立体结构式) 或费歇尔(Fischer)投影式表示。
上页 下页 首页 13
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(四、判断对映体的方法)
四、判断对映体的方法
1. 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 如果两者能重合，说明分子无手性，没有对映异构现 象；如果两者不能重合，则为手性分子，有对映异构 现象，存在对映体。
2. 考察分子有无对称面。如果分子有对称面，则 该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。
(2) Fischer 式中同一个手性碳上所连原子 或基团两两交换偶数次，其构型不变。
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 23
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
Fischer式的平移或纸平面内旋转180, 其构型不变。
CHO
HO
H
在纸平面内旋转
CH2OH
H
OH
CH2OH 180，构型不变
第五章 立体化学基础 第二节 费歇尔投影式
同一个异构体可以用几种不同的方法表示 其立体结构。如：2R,3S-2,3,4-三羟基丁醛：
CHO H OH H HO H HO
CHO
C OH HO
CH
H OH HOH H
CHO
HOH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
OHCCH2OH
Fischer投影式 立体结构式
左右手互为镜像与实物关系(称为对映关 系)，彼此又不能重合的现象称为手性。
问题：脚, 耳朵, 鼻子, 螺丝钉是否具有手性？
答案：脚、耳朵、螺丝钉有手性
邓健 制作 吕以仙 审校
上页 下页 首页 5
第五章 立体化学基础 第一节 手性分子和对映体(二、手性分子和对映体)
二、手性分子和对映体
任何物体都有它的镜像，一个有机分子也会有它的镜像。