十六章取代酸旋光异构.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,这几类取代酸，在有机合成中或者在生物代谢中，都是非常重要的物质。,本章主要讨论羟基酸与羰基酸。,羟基酸,一 分类：,羟基酸 醇酸,脂肪羧酸烃基上的氢原子被羟基取代,酚酸,芳香羧酸芳环上的氢原子被羟基取代,醇酸：,生物体代谢过程中主要物质,酚酸：,以盐、酯、糖酐形式存在于植物中,根据分子中羟基和羰基的相对位置,羟基酸,羟基酸,羟基酸,二 命名：常用俗名,系统命名法：选择含有羧基和羟基的最长碳链作链，,编号由距离羟基最近的羧基开始,三 物理性质,酚酸是固体。醇酸多为结晶或糖浆状液体。,水中溶解度大（能与水形成氢键）,四 化学性质,醇酸除有醇和羧酸的典型反应性能外，,由于羟基与羧基间的相互影响，,因其相对位置不同，还表现出一些特性反应,1,、酸性：,比相应羧酸强（由于,羟基的吸电诱导效应）,且随羟基距离羧基距离的增大而减弱,2,、,羟基酸的氧化,羟基易被托伦试剂氧化成,羰基酸,乳酸,丙酮酸,3,、,羟基酸的分解反应,（羧基和,碳之间的键断裂）,4,、失水反应,醇酸受热后，能发生失水反应，但失水方式随羟基的位置而异,羟基酸受热,双分子的失水反应，生成交酯（环状酯）,羟基酸受热,生成,、,不饱和酸。,或,羟基酸受热发生分子内的酯化,生成内酯,五 自然界的羟基酸,1,、乳酸：牛奶中的乳糖受微生物作用分解而成，,蔗糖发酵或人体运动也可产生乳酸。,乳酸有强吸湿性，呈糖浆状。,工业上常用,乳酸作除钙剂。医药上，用乳酸做腐蚀剂,。,2,、苹果酸：从苹果中得到，既是,羟基酸，,也是,羟基酸。,用于制药及食品工业。,3,、酒石酸：,食品工业用做酸味剂，,也用于陶瓷，,制革，印染,4,、柠檬酸：存在于多种植物的果实中。,在食品工业中,用作糖果及清凉饮料的调味品。也用于制药,5.,水杨酸：以酯的形式存在与植物中。,可作香精（用于制皂、牙膏、糖果等,）,五倍子酸：,3,、,4,、,5,三羟基苯甲酸，也称,没食子酸,。,以,丹宁的形式存在于五倍子，茶叶等中,。,五倍子丹宁,：由,葡萄糖与不同数目的五倍子酸形成的,酯的混合物,。丹宁有,杀菌、防腐和凝固蛋白质的作用，,所以在医学上可用作止血及收敛剂。,羰基酸,羰基酸是指脂肪羧酸中碳链上含有羰基的化合物,分类,醛酸,：羰基在碳链一端,酮酸,：羰基在碳链当中,命名：取含羰基和羧基的最长碳链，叫某醛酸或某酮酸。酮酸要注明酮基的位置。,16.1.4,丙酮酸,是,酮酸，是有机体内糖代谢过程的中间产物。,它可由乳酸氧化，酒石酸失水，失羧而得到。,特性：丙酮酸易被氧化,16.1.5,乙酰乙酸,是,酮酸,，是机体内脂肪代谢的中间产物。,只在低温下稳定，在室温以上即,易失羧而成丙酮,。这是,酮酸共性,。,16.1.6,乙酰乙酸乙酯的互变异构现象,乙酰乙酸乙酯是一种具有水果香味的无色液体，微溶于水，易溶于乙醇乙醚等有机溶剂。,乙酰乙酸乙酯分子中含有羰基，因此,具有酮的典型反应,。此外，还,能与,FeCl,3,发生颜色反应,，,使溴水褪色,；与,金属钠作用，放出氢,。这些反应无法用酮式结构解释。,1911,年，在,78,低温下,，乙酰乙酸乙酯被分离出两种异构体：一种为,针状晶体,，熔点,39,，为酮式结构。另一种为,无色液体,，为烯醇式结构。,所以乙酰乙酸乙酯实际上是酮式和烯醇式的混合物所形成的动态平衡体系。,（,92.5%),(7.5%),室温下，彼此互变，速度很快，不能分离。,同分异构体间以一定比例平衡存在，并能相互转化的现象，,叫,互变异构现象,。,它通常是由氢原子的转移致使双键位置发生变化而引起的互变异构现象。,如,酮酸酯，,二酮以及某些糖或含氮的化合物,。,乙酰乙酸乙酯可形成烯醇式结构的原因：,（,1,）酮式异构体分子中的,两个羰基使得亚甲基上的氢变得特别活泼,。,（,2,）烯醇式异构体,可通过分子内氢键，形成一个较稳定的六元闭合环结构而稳定,。,16.2,旋光异构,分子的结构就包括分子的构造、构型和构象。,本章主要讨论对映异构。,（旋光异构）,16.2.1,偏振光和旋光活性,1,偏振光,光是一种电磁波，光波的振动方向与其前进方向垂直。,普通光在所有垂直于其前进方向的平面上振动。,偏振光,只在一个平面上振动。,强度为,I,0,的偏振光在通过检偏镜后的强度,I,为：,I,I,0,Cos,2,其中,为两,Nicol,棱镜晶轴的夹角。,可见，当两,Nicol,晶轴平行时，观察到的光强度最大。,2,旋光物质与比旋光度,旋光性,某些物质能使偏振光的振动方向旋转一定角度的性质。,右旋,(+),；左旋,(,),旋光度,旋光性物质使偏振光的振动平面所旋转的角度，用,表示。,显然，溶液的旋光度与浓度、单位盛液管长度成正比。,比旋光度,单位浓度、单位盛液管长度下测得的旋光度，用,表示。,实际测量时，可用溶液测量其旋光度，再用下式计算其比旋光度：,式中：,t,比旋光度；,测量时所采用的光波波长；,t,测量时的温度；,由仪器测得的溶液的旋光度；,l,盛液管的长度,单位为,dm(1dm=10cm),；,C,溶液的浓度,单位为,g.mL,-1,。,表示比旋光度时，需要标明测量时的温度、光源的波长以及所使用的溶剂。,例如，在温度为,20C,时，用钠光灯为光源测得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋,52.2,应记为：,D,20,=+52.2,（水）,“,D”,代表钠光波长。钠光波长,589nm,相当于太阳光谱中的,D,线。,比旋光度是旋光性物质的一个物理常数。,应用：在已知物质的,比旋光度,D,t,可测物质溶液的浓度,16.2.3,分子的手性与旋光活性,手,左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。,手性,像左右手一样，,实物与其镜象不能叠合的性质,。,例如两种不同的乳酸分子都具有手性：,其中心碳原子上连有四个不同的原子或原子团，在空间有两种不同的排列方式，不能完全重合，互为实物与镜像的关系，是两种不同的化合物。,(,动画,),手性碳原子,与四个不同的原子或原子团相连的碳原子，用“*”号标出。例如：,对称性,一般情况下，只要能在,分子中找到一个对称面或对称中心，便可判断该物质不具手性，没有旋光性,。,(,甲,),对称轴（,C,n,）：,C,n,的对称操作是旋转。,从分子的内部结构来说，,手性与分子的对称性有关,，一个分子是否有对称性，则看它,是否有对称面，对称轴或对称中心。,(,乙,),对称面（,）,：,对称面的对称操作是反映（即照镜子）。,(,丙,),对称中心（,i,）,对称中心的对称操作是反演。,16.2.4,具有一个手性中心的对映异构,对映体,凡是手性分子，必定有一个与之不能完全叠合的镜象。,互为实物与镜象的两个构型异构体称为,对映体,。,例如，乳酸是手性分子，就有一对对映体存在：,2-,溴丁烷也是手性分子，也有一对对映体存在：,一般情况下,，,一对对映体的理化性质基本相同,(,因为分子式，构造式相同）。但旋光性能不同（对偏振光旋转角度相同，方向相反）。,对生物体的生理作用不同,。,右旋体（能使偏光向右旋转）用（）表示顺时针方向旋转,左旋体（能使偏光向左旋转）用（）表示反时针方向旋转,(2),构型表示方法,Fischer,投影式的写法：,碳链竖置，且,编号小者置于上端,；以,“”字交点代表手性碳原子,，,四端与四个不同基团相连,。,上下朝里，左右朝外；（横前竖后）例如,：,注意事项：,Fischer,投影式只能在纸面上,平移或旋转,180,，,但不能旋转,90,或,270,也不能将其脱离纸面翻身，否则构型翻转。,如：,(,动画,1),(,动画,2),(,动画,4),(,动画,3),将手性碳上的四个基团中的任意三个轮转（顺时针或反时针），构型不变；,将手性碳上的四个基团中的任意两个对调，构型改变：,16.2.5,具有两个手性中心的对映异构,具有两个不同手性碳原子的对映异构,2,羟基,3,氯丁二酸总共有四种旋光异构体：,外消旋体,等量对映体的混合物。,非对映体,不对映的立体异构体。,(I),与,(III),或,(IV),、,(II),与,(III),或,(IV),、,(III),与,(I),或,(II),、,(IV),与,(I),或,(II),分别构成非对映体；,(I),和,(II),的等量混合物是外消旋体；,(III),和,(IV),的等量混合物也是外消旋体。,对映体的物理性质相同，旋光度数相同，方向相反。在手性条件下，对映体的性质不同。,非对映体的物理性质不相同，旋光度数和方向都有可能不同。,对含有,n,个,C,的化合物：,光学异构体数目,=2,n,外消旋体数目,=2,n-1,(n,为不同手性碳的数目,),例如,：含,3,个,C,，最多有,2,3,8,个旋光异构体。,含,4,个,C,，最多有,2,4,16,个旋光异构体。,(2),具有两个相同手性碳原子的对映异构,酒石酸分子中含有,2,个,C,，可能的异构体有：,(III),与,(IV),是同一种分子,内消旋酒石酸，其分子内有一对称面。,(I),与,(II),是对映体；,(I),与,(III),、,(II),与,(III),是非对映体；,注 意,外消旋体与内消旋体都没有旋光性，但它们有本质的不同：,外消旋体是等量左旋体和右旋体的混合物，可拆分；,内消旋体是分子内有对称面的单一化合物，不可拆分。,16.2.8,构型和命名法,(1)D/L,构型标记法,D,L,标记法是以甘油醛的构型为标准来进行的。,D,L,构型是相对构型。,构型与旋光方向是两个不同的概念，无必然联系,。,即,D,型旋光,物质它可能左旋，也可能右旋。例如：,D,L,标记法经典、方便，但它只能标出一个手性碳的构型。,目前，,D,L,标记法主要用于糖和蛋白质的构型标记。,16.2.9,旋光异构体的性质,对映体及非对映化学性质几乎完全相同,对映体除旋光方向相反外，其它物理性质（如熔点，沸点，溶解度及旋光度等）都完全相同。,非对映体物理性质完全不同。,对映体间区别是它们对生物体的作用不同,例：人体需要的氨基酸都是,L,型，需要的糖是,D,型，它们的对映体对人一点营养价值都没有。,