立体化学基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 立体化学基础：手性分子立体化学基础：手性分子结构异构结构异构立体异构立体异构构型异构(分子中原子间连接次序、结合方式)(结构相同，原子在空间排布方式不一样)碳架异构位置异构官能团异构顺反异构对映异构对映异构构象异构同分异构同分异构 对对映映异异构构又又叫叫光光学学异异构构或或旋旋光光异异构构。它它是一类与物质旋光性质相关立体异构是一类与物质旋光性质相关立体异构。第1页第五章第五章 立体化学基础立体化学基础*基本概念：基本概念：手性、手性分子、手性碳、对映异构、对映手性、手性分子、手性碳、对映异构、对映异构体、旋光性、（左旋、右旋）、内消旋体、外消旋异构体、旋光性、（左旋、右旋）、内消旋体、外消旋体、非对映异构体、对称原因（对称面，对称中心）体、非对映异构体、对称原因（对称面，对称中心）*产生对映异构原因：产生对映异构原因：因为分子含有因为分子含有手性手性，而产生手性，而产生手性原因则是分子原因则是分子不对称性不对称性。*手性分子立体结构平面表示法手性分子立体结构平面表示法：Fischer投影式投影式*手性分子构型命名：手性分子构型命名：D/L构型命名构型命名、R/S构型命名构型命名第2页 观察自己双手，左手与右手有什么联络和区分？一、手性一、手性第一节、手性分子和对映体第一节、手性分子和对映体第3页左、右手互为镜像与实物关系，而又不能重合，这种性质称为“手性手性”。左手镜像是右手左手镜像是右手对映关系对映关系左手 镜 右手左手和右手不能重合第4页Question 1：下述物质哪些含有手性？：下述物质哪些含有手性？手套、剪刀、脚、手套、剪刀、脚、鼻子、鼻子、耳朵耳朵 答案：答案：手套、剪刀、手套、剪刀、脚、耳朵脚、耳朵 第5页 任何物体都有它镜像。一个有机分子在镜子内也会出现对应镜像。实物与镜像对应部位与镜面含有相等距离。实物与镜像关系叫对映关系对映关系。实物与镜像镜面二、手性分子和对映体二、手性分子和对映体第6页CH3HHOHCCH3HHOHCCH3HHOHCCH3HHOHC 若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所代表两个分子为同一个分子。全部基团都重合乙醇分子模型重合操作第7页 对于一些分子，两个互为实物与镜像关系分子不能重合，如乳酸。含有对映而不能重合关系立体异构体，互称为对映异构体对映异构体（简称对映体enantiomers）。第8页 有对映异构体分子称为手手性性分分子子（Chiral molecule），或称分子含有手手性性(chirality).乙醇没有对映体，所以是非手性分子是非手性分子。与4个不一样基团相连碳原子称为手手性性碳碳原原子子(惯用*C表示)。*C是引发分子手性一个常见原因。*手性分子手性分子CH3HHOHCCH3HHOCO2HCH3CHOHCO2HC非手性分子非手性分子（注意：透视式书写方法）第9页Question 2:以下化合物哪些是手性？指出它们所含手性碳原子。1.CH2Cl2 2.CH3-CHCl-CH2CH3 3.CH3-CH-CH2CH3 CH2CH3H CH3 CH3 4.5.H CH3*第10页 要判断一个分子是否含有手性？要判断一个分子是否含有手性？模型：比较实物和镜像是否能完全重合。模型：比较实物和镜像是否能完全重合。考考查查分分子子有有没没有有对对称称原原因因：假假如如分分子子中中没没有有对对称称面面和和对对称中心称中心，则该分子是手性分子，存在对映异构体，则该分子是手性分子，存在对映异构体。在在大大多多数数情情况况下下，可可依依据据分分子子中中是是否否存存在在手手性性碳碳原原子子来判断分子是否有手性。来判断分子是否有手性。三、对称面和非手性分子三、对称面和非手性分子第11页 1、对对称称面面(m)：含含有有对对称称面面分分子子与其镜像能够重合，是非手性分子非手性分子。丙酸分子丙酸分子对称面对称面 第12页分子对称面含有对称面分子为非手性分子含有对称面分子为非手性分子第13页四、判断对映体方法四、判断对映体方法n1、看、看分子和它镜像能不能重合分子和它镜像能不能重合。假如不。假如不能重合，就含有对映异构现象。能重合，就含有对映异构现象。n2、寻找、寻找对称面和对称中心对称面和对称中心。假如分子没。假如分子没有对称原因（有对称原因（对称面和对称中心）对称面和对称中心），就，就含有对映异构现象。含有对映异构现象。n3、寻找手性中心。假如分子只有一个手、寻找手性中心。假如分子只有一个手性碳原子，就含有对映异构现象。（含性碳原子，就含有对映异构现象。（含多个手性碳化合物就不一定）多个手性碳化合物就不一定）第14页第二节、旋光性第二节、旋光性（原第三节（原第三节P74）光束前进方向(a)前进方向与振动方向垂直(b)普通光线振动平面一、平面偏振光一、平面偏振光(plane-polarized light)和旋光性和旋光性 光电磁波，它振动方向与其前进方向垂直(图a).普通光光波可在垂直于它前进方向任何可能平面上振动(图b).第15页只在一个平面上振动光叫平平面面偏偏振振光光。简称偏振光偏振光。第16页(a)水等不旋光物质(b)乳酸等旋光物质图 物质旋光性A为盛液体或溶液管子 手性物质如乳酸、葡萄糖等，能使偏振光振动平面旋转一定角度 a a(图b).能旋转偏振光振动方向性质叫旋光性旋光性(optical activity)，手性化合物都含有旋光性。第17页第18页 物理常数 a a 称为比比旋旋光光度度。它是单位长度和单位浓度下旋光度。a a L Ca aDt=一对对映体比旋光度大小相等，方向相反一对对映体比旋光度大小相等，方向相反。t：测定温度()D：光源(钠D线，589nm)L：旋光管长度(dm)C：溶液浓度(gml-1or kgL-1),纯液体为密度通常还要注明溶剂a a=a a LC如：如：a aD20=+98.3o(C,0.05,CH3OH)（二）、比旋光度（二）、比旋光度第19页COOHCH3OHHCOOHCH3HOH对映异构体结构表示方法对映异构体结构表示方法COOHCH3OHHCOOHCH3HHO或：1.其它表示法其它表示法第三节第三节 费歇尔投影式费歇尔投影式（原第二节（原第二节）透视式透视式第20页2、Fischer投影式投影式第21页（1）“横横前前竖竖后后”：与*C结合两个横键代表朝向纸平面前方,两个竖键代表朝向纸平面后方。（这一条必须恪守！）Fischer投影式书写规则（投影规则）（2）普普通通将将主主碳碳链链放放在在竖竖直直线线上上，把把命命名名时时编编号号最最小碳原子放在上端。小碳原子放在上端。投影到纸面上得到投影式，“十”字交叉点相当于*C，它位于纸面上。按此方式得到Fischer投影式为最严格Fischer式，用D/L法命名时必须用这种Fischer式。第22页费歇尔费歇尔投影式投影式横前横前横前横前竖后竖后竖后竖后第23页第24页（1）Fischer投影式不能离开纸面进行投影式不能离开纸面进行翻转翻转。（2）在在 纸纸 面面 上上 旋旋 转转 动动 180构构 型型 不不 变变,旋旋 转转 90或或 270 构型变构型变。比较投影式时必须恪守以下规则：比较投影式时必须恪守以下规则：n 90n=偶数偶数构型不变构型不变n=奇数奇数构型变构型变第25页在纸平面内旋转180，构型不变，构型不变 Fischer式式平移平移或或纸平面内旋转纸平面内旋转180,其构型不变。其构型不变。第26页Fischer 投影式离开纸面投影式离开纸面翻转翻转,构型改变！构型改变！第27页Fischer 式式纸平面内旋转纸平面内旋转90(或或270),构型改变！构型改变！第28页 （3）、Fischer式中同同一一个个*C上上所连原子或基团能能够够两两两两交交换换偶偶数数次次。若交换奇数次，将会使构型变为它对映体。即即：固固定定*C上上某某个个基团，其它三三基基团团次次序序轮轮换换，不不改变其构型改变其构型。HNH2CO2HCH3CO2HNH2HCH3CO2HNH2HCH3 即:若将手性碳原子上所连任何两个原子或基团相互交换，将会使构型变为它对映体。CO2HNH2HCH3第29页Problem 3:以下Fischer式是否表示同一化合物？COOHCH2OHHOHHOHCH2OHCOOH1 2 COOHOHHOH HOCH2COOH CH2OHH34旋转180后可重合镜像关系-对映体交换偶数次后与1同第30页CHOCHOH OH HO HCH2OHCH2OH D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛 命命名名含含有有立立体体特特征征化化合合物物时时，应应标标出出分分子子中中连连在在手手性性碳碳上上各各个个基基团团在在空空间间排排列列方方式式（即即构型）构型）。1、构构型型D/L命命名名法法：选择甘油醛作为标准，并人为地要求它构型。（碳链竖直，醛基在上端）第六节、对映异构体构型标识法第六节、对映异构体构型标识法（提前）（提前）第31页 规规则则：在在严严格格Fischer投投影影式式中中，C*上上取取代代基处于右侧为基处于右侧为D-构型；处于左侧为构型；处于左侧为L-构型。构型。COOHHCH3H2NL-2-氨基丙酸CHOCHOH OH HO HCH2OHCH2OH D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛D/L标识法普通用于糖类和氨基酸构型标识。标识法普通用于糖类和氨基酸构型标识。第32页 1979年，国际上依据IUPAC提议采取了R/S构构型型系系统统命命名名法法，这种命名法适应性更广。直接依据化合物实际构型或投影式命名，不需要与其它化合物联络比较。2、构型、构型R/S命名法命名法第33页 手性碳上所连四个原子或基团排序：大、中、小、最序：大、中、小、最小小。然后把最小基团放在方向盘连杆上，其它三个基就在方向盘上。然后再观察这三个基大、中、小走向，顺顺时针为时针为R，反时针为反时针为S。方法：次序规则排次序，方向盘上定构型次序规则排次序，方向盘上定构型。第34页abc顺时针顺时针:R构型构型abc逆时针：逆时针：S构型构型第35页直接利用Fischer投影式命名：ClC2H5 CH3HClHCH3C2H5还原为立体式还原为立体式S-2-氯丁烷氯丁烷第36页COOHCOOHHOHHOHCH3CH3 CH2ClH HOCH2Cl HOCH2 ClHCH2Cl直接依据直接依据Fischer投影式命名简便方法介绍投影式命名简便方法介绍R-(-)-乳酸S-(+)-乳酸S-2,3-二氯丙醇用R/S法命名以下化合物。R-2,3-二氯丙醇中大小中大小最小基在横键上，纸面走向与实际走向相反，顺时针为S型，逆时针为R型。最小基在竖键上，纸面走向与实际走向相同，顺时针为R型，逆时针为S型。第37页COOH HHHOHC=C CH3HClH CH3 COOHCHC H CH3(2R,3S)-2-羟基-3-氯丁二酸Problem 6:Give the names of the following compounds。(by R/S nomenclature)2332第38页COOHCOOH HNH2 HNH2CH3CH2SHQuestion 7：D/L 法和 R/S 有什么联络吗？D/L 法和 R/S 是两种不一样构型表示方法，二者间无直接逻辑联络，D和R以及L和S有时一致，有时不一致。D-，R-D-，S-第39页QUESTION 11：物物质质旋旋光光方方向向与与物物质质构构型型有有联联络络吗吗？是是否否右右旋旋体体构构型型就就一一定定为为D-或或R-构型，左旋体构型一定为构型，左旋体构型一定为L-或或S-构型？构型？R-或或S-构型标志着手性分子绝对构型，至构型标志着手性分子绝对构型，至今尚不知道化合物旋光方向与构型关系。今尚不知道化合物旋光方向与构型关系。第40页 外外消消旋旋体体 一对对映体等等量量混混合合物物。是一个特殊混合物。惯用()或 dl 表示。第四节、外消旋体第四节、外消旋体 含有含有1个手性碳原子化合物含有个手性碳原子化合物含有1对对映体对对映体(21个)COOH COOHHOHHOHCH3 CH3 D-(-)-乳酸 L-(+)-乳酸 一对对映体含有相同熔点、沸点、密度，二者比旋光度大小相等，方向相反。熔点：5353比旋光度：-3.82 +3.82第41页Question 12：外消旋体是否显旋光性？为何？外消旋体是否显旋光性？为何？COOHCOOHHOHHOHCH3 CH3 D-(-)-乳酸乳酸 L-(+)-乳酸乳酸熔点：5353比旋光度：-3.82 +3.82外消旋乳酸外消旋乳酸-乳酸乳酸180 答答：不不显显旋旋光光性性。因因为为一一对对对对映映体体等等量量混混合合物其旋光性恰好相互抵消。物其旋光性恰好相互抵消。外消旋体外消旋体其它物理性质也有差异。其它物理性质也有差异。第42页 CO2H CO2H CO2H CO2H HO H HOHH OH HOH Cl H HClCl H HCl CO2H CO2H CO2H CO2H（1）（2）（3）（4）a aD-7.1 a aD+7.1 a aD+9.3 a aD-9.3 当分子中有n个不相同C*，则最多有2n个旋光异构体。非对映异构体非对映异构体(彼此不成镜像关系立体异构体)对映体对映体第五节、非对映体和内消旋化合物第五节、非对映体和内消旋化合物一、非对映体一、非对映体第43页 含两个相同手性碳化合物含两个相同手性碳化合物CO2H CO2H CO2H CO2H HO H HOHHO H HOH H OH HOHHO H HOH CO2H CO2H CO2H CO2H（1）（2）（3）（4）D-12 D+12 D 0 D0 mp:170 170 140（3）分子中含有）分子中含有对称面，对称面，不表现旋光性。不表现旋光性。对映体对映体对映体?非对映异构体非对映异构体(光学异构体数目光学异构体数目2n)二、内消旋化合物二、内消旋化合物含有手性中心非手性分子，称为含有手性中心非手性分子，称为内消旋体内消旋体。第44页外消旋体与内消旋体区分 等等量量对对映映体体混混合合物物叫叫做做外外消消旋旋体体。无无旋旋光光性性，有有时时可可结晶为化合物。结晶为化合物。有有手手性性中中心心非非手手性性分分子子（因因有有对对称称面面）就就叫叫做做内内消消旋旋体体。二者都无旋光性二者都无旋光性,但有本质不一样。但有本质不一样。含含有有对对映映而而不不能能重重合合关关系系一一对对分分子子彼彼此此互互称称为为对对映映异异构构体体，简简称称为为对对映映体体；没没有有对对映映关关系系，结结构构相相同同、只只是是手手性性碳碳原原子子构构型型不不完完全全相相同同光光学学异异构构体体之之间间互互称称为为非非对对映映异异构构体体。一一个个对对映映体体和和一一个个非非对对映映体体不不能能组组成成外外消消旋旋体体，其其物理性质也不一样。物理性质也不一样。对映体与非对映体区分对映体与非对映体区分第45页 手手性性分分子子立立体体结结构构与与受受体体立立体体结结构构(受受体体靶靶位位)有有互互补补关关系系时时，其其活活性性部部位位才才能能进进入入受受体体靶靶位位，产产生生应应有有生生理理作作用用。而而一一对对对对映映体体只只有有其其中中一一个个适适合合进进入入一一个个特特定定受受体体靶靶位位，产产生生生理效应。生理效应。对映体和非对映体生物学性质往往大不相同。如：(1R,2R)-(-)-氯霉素有效，而其对映体几乎无效，它们抗菌活性为100:0.4。*生物学性质生物学性质第46页手性分子与手性生物受体之间相互作用手性分子与手性生物受体之间相互作用 a.对映体构型完全适合与受体靶位作用b.对映体不能适当地进入相同受体靶位第47页1、丙二烯型化合物、丙二烯型化合物戊二烯-2,3-对映异构体第七节第七节 无手性碳原子对映体（普通了解）无手性碳原子对映体（普通了解）第八、九节第八、九节（普通了解）（普通了解）第48页本本1.基本概念 手性碳；对映体；非对映体；内消旋体；外消旋体2.对映异构判据对称原因；手性碳3.对映体旋光性 比旋光度比旋光度 Dt4.结构表示方法 立体结构式；Fischer投影式投影式5.对映体命名 D/L法法；R/S法法：次序规则排次序，方向盘上定构型章章 要要 点点THE END第49页作业P84n5-8n5-9n5-10n5-12n5-13 第50页