有机化学-第五章旋光异构省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章 旋光异构第1页旋光性旋光性旋光仪旋光仪(polarimeter)第2页旋光性表示方法旋光性表示方法:旋光性旋光性-能旋转偏振光振动方向性质叫旋光性能旋转偏振光振动方向性质叫旋光性 旋光性物质旋光性物质(或叫或叫光活性物质光活性物质)-含有旋光性物质含有旋光性物质.右旋物质右旋物质-能使偏振光振动方向向右旋物质能使偏振光振动方向向右旋物质.通惯通惯用用“d”或或“+”表示右旋表示右旋.左旋物质左旋物质-能使偏振光振动方向向左旋物质能使偏振光振动方向向左旋物质.通惯通惯用用“l”或或 “-”表示左旋表示左旋.旋光度旋光度-偏振光振动方向旋转角度偏振光振动方向旋转角度.用用“”表表示示.第3页同分异构现象同分异构现象结构异构结构异构constitutional立体异构立体异构Stereo-碳链异构碳链异构(如如:丁烷丁烷/异丁烷异丁烷)官能团异构官能团异构(如如:醚醚/醇醇)位置异构位置异构(如如:辛醇辛醇/仲辛醇仲辛醇)构型异构构型异构configurational构象异构构象异构conformational顺反顺反,Z、E异构异构旋光异构（对映旋光异构（对映异构）异构）同分异构同分异构isomerism第4页 结构异构：分子式相同而分子中原子或基团连接次序不一样立体异构：分子中原子结合次序相同而原子或基团在空间相对位置不一样对映异构：分子式和结构式相同，构型不一样并呈镜象对映关系立体异构现象称为对映异构，又称旋光异构或光学异构。第5页一、一、手性和对映体手性和对映体生活中对映体生活中对映体(1)-镜象镜象沙漠胡杨沙漠胡杨第6页生活中对生活中对映体映体(2)-镜象镜象井冈山风景桂林风情左右手互为镜象左右手互为镜象第7页左手和右手不能叠合左手和右手不能叠合 左右手互为镜象左右手互为镜象RCHCOOH NH2*第8页二、主要概念二、主要概念1、手性碳原子：连接四个不一样原子或基团碳原子，称为手性碳原子或不对称碳原子，惯用C*表示。2、手性：实物和镜象不能重合性质称为手性。3、手性分子：含有手性分子不能和它镜象重合，叫手性分子。4、非手性分子：能够同它镜象重合分子叫做非手性分子第9页5、对映体和非对映体：呈镜象关系一对立体异构体称为对映异构体，简称对映体。不呈镜象关系一对立体异构体称为非对映体。第10页 6、外消旋体：一对对映体等量混合物称为外消旋体，用“”表示。外消旋体是无旋光性混合物，它能够拆分成等量旋光方向相反物质。(2R,3R)(2S,3S)第11页 7、内消旋体：分子中含有相同手性碳原子，分子内部存在对称原因，从而使分子内部旋光性相互抵消化合物称为内消旋体，用“m”表示。内消旋体是一无旋光性纯物质，不能拆分。第12页 手性物质普通都含有旋光性 判断化合物是否含有旋光性和对映异构 就是看分子是否含有手性第13页考查分子对称性考查分子对称性,要考查对称原因有以下四种要考查对称原因有以下四种构构想想分分子子中中有有一一条条直直线线,当当分分子子以以此此直直线线为为轴轴旋旋转转360/n后后,(n=正正整整数数),得得到到分分子子与与原原来来分分子子相相同同,这条直线就是这条直线就是n重对称轴重对称轴.有有2重对称轴分子重对称轴分子(2-丁烯丁烯)三、三、分子对称性与手性关系分子对称性与手性关系(1)对称轴对称轴(旋转轴旋转轴)第14页构构想想分分子子中中有有一一平平面面,它它能能够够把把分分子子分分成成互互为为镜象两半镜象两半,这个平面就是对称面这个平面就是对称面.如如:有对称面分子有对称面分子(氯乙烷氯乙烷)(2)对称面对称面(镜面镜面)第15页构构想想分分子子中中有有一一个个点点,从从分分子子中中任任何何一一个个原原子子出出发发,向向这这个个点点作作一一直直线线,再再从从这这个个点点将将直直线线延延长长出出去去,则则在在与与该该点点前前一一线线段段等等距距离离处处,能能够够碰碰到到一一个个一一样样原原子子,这这个个点点就就是对称中心是对称中心.有对称中心分子有对称中心分子(3)对称中心对称中心第16页构构想想分分子子中中有有一一条条直直线线,当当分分子子以以此此直直线线为为轴轴旋旋转转360/n后后,再再用用一一个个与与此此直直线线垂垂直直平平面面进进行行反反应应(即即作作出出镜镜象象),假假如如得得到到镜镜象象与与原原来来分分子子完完全全相相同同,这条直线就是交替对称轴这条直线就是交替对称轴.()旋转旋转90后得后得(),()作镜象得作镜象得(),()等于等于()有有4重交替对称轴分子重交替对称轴分子(4)交替对称轴交替对称轴(旋转反应轴旋转反应轴)4第17页A:非非手手性性分分子子凡凡含含有有对对称称面面、对对称称中中心心或或交交替对称轴分子替对称轴分子.B:手手性性分分子子既既没没有有对对称称面面,又又没没有有对对称称中中心心,也也没没有有4重重交交替替对对称称轴轴分分子子,都都不不能能与与其其镜镜象象叠叠合合,都是手性分子都是手性分子.C:对称轴对称轴有没有对分子是否含有手性没有决定作用有没有对分子是否含有手性没有决定作用.在在有有机机化化学学中中,绝绝大大多多数数非非手手性性分分子子都都含含有有对对称称面面或或对称中心对称中心,或者同时还含有或者同时还含有4重对称轴重对称轴.没没有有对对称称面面或或对对称称中中心心,只只有有4重重交交替替对对称称轴轴非非手手性性分分子是个别子是个别.对称性与手性关系对称性与手性关系:手性分子普通判断手性分子普通判断:只要一个分子既没有对称面只要一个分子既没有对称面,又又没有对称中心没有对称中心,就能够初步判断它是手性分子就能够初步判断它是手性分子.第18页对对映映体体是是一一对对相相互互对对映映手手性性分分子子,它它们们都都有有旋旋光光性性,二者旋光方向相反二者旋光方向相反,但旋光能力是相同但旋光能力是相同.在有机化学中在有机化学中,凡是手性分子都含有旋光性凡是手性分子都含有旋光性(有些手有些手性分子旋光度很小性分子旋光度很小);而非手性分子则没有旋光性而非手性分子则没有旋光性.第19页手手性性碳碳原原子子概概念念 在在有有机机物物中中，手手性性分分子子大大都都含含有有与与四个互不相同四个互不相同基团相连碳原子基团相连碳原子,用用*标出标出.含有一个手性碳原子分子一定是手性分子；含有一个手性碳原子分子一定是手性分子；四、四、含有一个手性碳原子化合物含有一个手性碳原子化合物 对映异构对映异构第20页例：乳酸例：乳酸CH3CHOHCOOH*外消旋体外消旋体由等量对映体相混合而成混合物由等量对映体相混合而成混合物.乳酸乳酸第21页乳酸分子模型和投影式乳酸分子模型和投影式 菲舍尔投影式菲舍尔投影式:两个竖立键两个竖立键向纸面背后伸去键向纸面背后伸去键;两个横在两边键两个横在两边键向纸面前方伸出键向纸面前方伸出键.五、五、构型表示法和构型标识构型表示法和构型标识1、构型表示法构型表示法（1）菲舍尔投影式）菲舍尔投影式在纸面上旋转在纸面上旋转180不变；旋转不变；旋转90或或270或翻身或翻身镜象镜象第22页1.不能离开纸面翻转。不能离开纸面翻转。2.在纸面上转动在纸面上转动90。,270。，变成其对映体。，变成其对映体。3.在纸面上转动在纸面上转动180。构型不变。构型不变。4.保持保持1个基团固定，而把其它三个基团顺时针或个基团固定，而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置，构型不变。逆时针地调换位置，构型不变。5.任意两个基团调换偶数次，构型不变。任意两个基团调换偶数次，构型不变。6.任意两个基团调换奇数次，构型改变。任意两个基团调换奇数次，构型改变。总结总结:Fischer投影式转换规则投影式转换规则第23页 举例（对照模型）举例（对照模型）任意两个基团调换偶数次，构型任意两个基团调换偶数次，构型不变。不变。相当与一个固定，另相当与一个固定，另3个个顺时针调换位置顺时针调换位置。第24页将将手手性性碳碳原原子子表表示示在在纸纸面面上上，用用实实线线表表示示在在纸纸面面上上键键，虚虚线线表表示示伸伸向向纸纸后后方方键键，用用锲锲形形实实线线表表示示伸伸向纸前方键。向纸前方键。（2）锲形式）锲形式比较直观比较直观第25页2、构型标识、构型标识（1）DL法法甘油醛甘油醛（相对标识法）当前，糖类、氨基酸构型仍采取D、L标识法，适合含一个C*分子构型。D-（+）-甘油醛L-（-）-甘油醛第26页(1)先先把把手手性性碳碳原原子子所所连连接接四四个个基基团团设设为为：a,b,c,d。并将它们按次序（。并将它们按次序（次序规则次序规则）排队。）排队。(2)若若a,b,c,d四四个个基基团团次次序序是是a在在先先，b其其次次，c再再次次，d最最终终。将将该该手手性性碳碳原原子子在在空空间间作作以以下下安安排：排：(2)R-S标识法标识法 把把排排在在最最终终基基团团d放放在在离离观观察察者者最最远远位位置置，然然后后按按先先后次序观察其它三个基团。后次序观察其它三个基团。几即从最先几即从最先a开始，经过开始，经过b，再到，再到c轮转看。轮转看。若若轮轮转转方方向向是是顺顺时时针针，则则该该手手性性碳碳原原子子构构型型标标识识为为“R”-（“右右”意思）；反之，标识为意思）；反之，标识为“S”（绝对标识法）第27页比如：比如：R-S标识法标识法RS顺时针顺时针反时针反时针基团次序为：基团次序为：abcd第28页（1）先先将将次次序序排排在在最最终终基基团团d放放在在一一个个竖竖立立（即即指指向向后方）键上。然后依次轮看后方）键上。然后依次轮看a、b、c。（2）假假如如是是顺顺时时针针方方向向轮轮转转，则则该该投投影影式式代代表表构构型型为为R型；假如是逆时针方向轮转，则为型；假如是逆时针方向轮转，则为S型。型。c 菲舍尔投影式中菲舍尔投影式中R-S标识法：标识法：基团次序为：基团次序为：abcd最小基团最小基团d放放在竖键上在竖键上.顺时针顺时针逆时针逆时针(一一)若标识分子菲舍尔投影式中若标识分子菲舍尔投影式中d是在是在竖竖键键上上第29页顺时针方向轮转，则该投影式代表构型为顺时针方向轮转，则该投影式代表构型为S型；假如型；假如是逆时针方向轮转，则为是逆时针方向轮转，则为R型。型。基团次序为：基团次序为：abcd(二二)若标识分子菲舍尔投影式中若标识分子菲舍尔投影式中d是在是在横键横键上上最小基团最小基团d放放在在竖键竖键上上.最小基团最小基团d放放在在横键横键上上.顺时针顺时针逆时针逆时针第30页比如：乳酸比如：乳酸CH3CHCOOH手性碳原子四个基团排队：手性碳原子四个基团排队：OH OH COOH CH3 H.所以乳酸两种构型可分别以所以乳酸两种构型可分别以下识别和标识：下识别和标识：(右旋右旋):S-(+)-乳酸乳酸(左旋左旋):R-(-)-乳乳酸酸第31页分子中有多个手性碳原子化合物分子中有多个手性碳原子化合物,命名时可用命名时可用R-S标标识法将每个手性碳原子构型一一标出。比如：识法将每个手性碳原子构型一一标出。比如：C-2所连接四个基团次序所连接四个基团次序:OH CHOHCH2CH3 CH3 HC-3所连接四个基团次序所连接四个基团次序:OH CHOHCH3 CH2CH3 HRS第32页(2S,3R)-2,3-戊二醇戊二醇命名：命名：将手性碳原子位次连同构型写在括号里：将手性碳原子位次连同构型写在括号里：第33页比如：比如：RS第34页例例:2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸HOOC-CH-CH-COOH立体异构立体异构 OH Cl*这四种异构体中这四种异构体中(I)和和(II)是对映体是对映体;(III)和和(IV)是是对对映体映体.(I)和和(II)等等量量混混合合物物是是外外消消旋旋体体；(III)和和(IV)等等量量混混合物也是外消旋体。合物也是外消旋体。六、含有多个手性碳原子化合物立体异构六、含有多个手性碳原子化合物立体异构第35页例例:酒石酸酒石酸 HOOC-CH-CH-COOH立体异构立体异构 OH OH*这这四四种种异异构构体体中中(I)和和(II)是是对对映映体体;(III)和和(IV)是是同一个物质同一个物质(它们能够相互叠合它们能够相互叠合).I II III IV(2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)有些分子立体异构数目少于有些分子立体异构数目少于2n这个最大数这个最大数第36页(III)经过经过C(2)-C(3)键中心点垂直线为轴旋转键中心点垂直线为轴旋转180,就就能够看出它能够与能够看出它能够与(IV)是叠合是叠合:以黑点为中心以黑点为中心在纸面上旋转在纸面上旋转180第37页在它全重合式构象中能够找到一个在它全重合式构象中能够找到一个对称面对称面。在它对位交叉式构象中能够找到一个在它对位交叉式构象中能够找到一个对称中心对称中心。所以所以,(III)和和(IV)是是同一个分子同一个分子。(III)既然能与其镜象叠合，它就不是手性分子。因既然能与其镜象叠合，它就不是手性分子。因 此也没有旋光性。此也没有旋光性。这种物质叫这种物质叫 。内消旋体内消旋体 内消旋体与外消旋体均无旋光性，但它们本质不一样内消旋体与外消旋体均无旋光性，但它们本质不一样.第38页经过化学反应经过化学反应,能够在非手性分子中形成手性碳原子能够在非手性分子中形成手性碳原子:例例:烷烃氯化烷烃氯化2-氯丁烷氯丁烷七、七、手性合成手性合成 由非手性分子合成手性分子时，产物是外消旋体。由非手性分子合成手性分子时，产物是外消旋体。这种不经过拆分直接合成出含有旋光性物质这种不经过拆分直接合成出含有旋光性物质方法，叫方法，叫手性合成手性合成（或（或不对称合成不对称合成）。）。第39页 环环烷烷烃烃只只要要在在环环上上有有两两个个碳碳原原子子各各连连有有一一个个取取代代基基,就就有有顺顺反反异异构构。如如环环上上有有手手性性碳碳原原子子,则则有有对对映映异异构构现现象象；可把环看成是平面多边形，其结果与实际情况一致可把环看成是平面多边形，其结果与实际情况一致。八、八、环状化合物立体异构环状化合物立体异构看要考查碳原子所在环：看要考查碳原子所在环：左右是否含有对称性，若无对称性左右是否含有对称性，若无对称性则相当于两个不一样官能团，则该则相当于两个不一样官能团，则该碳原子是手性碳原子。碳原子是手性碳原子。环状化合物手性碳原子判断：环状化合物手性碳原子判断：薄荷醇平面式薄荷醇平面式有环状化合物虽有手性碳原子，但有环状化合物虽有手性碳原子，但分子可能是非手性！（如内消旋体）分子可能是非手性！（如内消旋体）几个几个*？几？几个光学异个光学异构体构体?8个个第40页例：例：2-羟甲基环丙烷羟甲基环丙烷-1-羧酸（四种立体异构体）羧酸（四种立体异构体）对映体对映体对映体对映体第41页在有机化合物中在有机化合物中,也有一些手性分子并不含有手性碳原也有一些手性分子并不含有手性碳原子子.这些手性分子都有对映体存在这些手性分子都有对映体存在.例例1:丙二烯丙二烯:当当第第一一和和第第三三个个碳碳原原子子分分别别连连有有不不一一样样基基团团时时,整整个个分子就是一个手性分子分子就是一个手性分子,因而有对映体存在因而有对映体存在:九九*、不含手性碳原子化合物对映异构、不含手性碳原子化合物对映异构中间中间C为为sp杂化杂化C第42页（补充）（补充）.螺环化合物螺环化合物类似于丙二烯型化合物类似于丙二烯型化合物第43页例例2:联苯联苯(邻位上有较大取代基时邻位上有较大取代基时):对映体对映体两个苯环不在一个平面两个苯环不在一个平面 假如两个苯环上取代基分布不对称假如两个苯环上取代基分布不对称,整个分子就含有手整个分子就含有手性性.(6,6-二硝基二硝基-2,2-联苯二甲酸联苯二甲酸)这这一一对对对对映映体体实实际际上上是是构构象象异异构构体体,它它们们相相互互转转换换只只要经过键扭转要经过键扭转,并不要对换取代基空间位置并不要对换取代基空间位置.v基团阻转能力大小：基团阻转能力大小：I2Br2Cl2CH3NO2COOHNH2OCH3OHFH第44页除碳外除碳外,还有一些元素还有一些元素(如如Si、N、S、P、As等等)共共价键化合物也是四面体结构，当所连基团互不相同价键化合物也是四面体结构，当所连基团互不相同时，该原子也是手性原子。含有这些手性原子分子时，该原子也是手性原子。含有这些手性原子分子也可能是手性分子。也可能是手性分子。比如：比如：都是手性分子，都有对映体存在。都是手性分子，都有对映体存在。和和十十*含有其它手性原子化合物对映异构含有其它手性原子化合物对映异构第45页本章小结一、旋光现象二、同分异构三、主要概念 手性、手性碳、手性分子、非手性分子、对映体和非对映体、外消旋体、内消旋体。四、构型标识法（DL 标识法、RS标识法）五、含多个C*化合物对映异构六、不含手性碳原子化合物对映异构第46页