第立体化学基础新学习教案.pptx

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1、会计学1第第 立体化学立体化学(l t hu xu)基础新基础新第一页，共46页。一、一、 手性手性 第一节第一节 手性分子手性分子(fnz)和对映体和对映体这种互为实物与镜像（对映）关系这种互为实物与镜像（对映）关系(gun x)，又不能重合的现象称为手性（又不能重合的现象称为手性（chirality）.第1页/共45页第二页，共46页。CCH3CH3HCCH3CH3HHH丙烷丙烷(bn wn) ：mirror二二 手性分子手性分子(fnz)(fnz)和对映体和对映体第2页/共45页第三页，共46页。CCH2CH3ClCH3HCCH2CH3ClCH3H 2-氯丁烷氯丁烷(dn wn) ：第3

2、页/共45页第四页，共46页。这种互为实物与镜像（对映）关系，又不这种互为实物与镜像（对映）关系，又不能重合的异构现象称为能重合的异构现象称为(chn wi)对映异对映异构现象。构现象。 互为对映关系的分子称为互为对映关系的分子称为(chn wi)对映对映异构体，简称对映体（异构体，简称对映体（enantiomer）。）。 第4页/共45页第五页，共46页。手性分子也就是与其镜像不能重合手性分子也就是与其镜像不能重合(chngh)的分子。的分子。手性分子是产生对映体的根本原因。手性分子是产生对映体的根本原因。 第5页/共45页第六页，共46页。 C H 3 C H 3 H H C O O H

3、C O O H O H H O 乳酸乳酸(r sun)分子分子（CH3CHOHCOOH）：）： 第6页/共45页第七页，共46页。连有四个不同原子连有四个不同原子(yunz)(yunz)或基团的碳原或基团的碳原子子(yunz)(yunz)称为手性碳原子称为手性碳原子(yunz)(yunz)（chiral carbon atomchiral carbon atom）或手性中心）或手性中心（chiral centerchiral center），）， “ “* *C” C” 。 含一个含一个(y )(y )手性碳原子的化合物，手性碳原子的化合物，必然有一对对映体（互为对映关系），必然有一对对映体（

4、互为对映关系），即有两种不同的构型。即有两种不同的构型。 第7页/共45页第八页，共46页。三 对称(duchn)面和非手性分子分子分子(fnz)(fnz)的手性与分子的手性与分子(fnz)(fnz)中是中是否存在对称因素有关。无对称因素的分否存在对称因素有关。无对称因素的分子子(fnz)(fnz)一定为手性分子一定为手性分子(fnz)(fnz)；反；反之，为非手性分子之，为非手性分子(fnz)(fnz)。 第8页/共45页第九页，共46页。将分子分成两个完全相同，互为实物和将分子分成两个完全相同，互为实物和镜像的两个部分的平面（镜像的两个部分的平面（symmetrical plane），凡存

5、在），凡存在(cnzi)有对称面的分有对称面的分子，其实物和镜像完全重合，没有对映子，其实物和镜像完全重合，没有对映异构体。异构体。 CCl ClCH3H 1，1-二氯乙烷 Z-1-氯丙烯(bn x) 第9页/共45页第十页，共46页。凡具有凡具有(jyu)(jyu)对称面的分子，没有对称面的分子，没有手性，为非手性分子，没有对映异构手性，为非手性分子，没有对映异构体；凡不具有体；凡不具有(jyu)(jyu)上述对称因素上述对称因素的分子为手性分子。的分子为手性分子。 第10页/共45页第十一页，共46页。Fischer投影式是在纸平面上将三维立体投影式是在纸平面上将三维立体结构改变成二维结构

6、的一种结构改变成二维结构的一种(y zhn)方方法。法。第二节第二节 费歇尔投影费歇尔投影(tuyng)(tuyng)式式第11页/共45页第十二页，共46页。Fischer投影法的规定：将手性碳原子放在纸投影法的规定：将手性碳原子放在纸平面上，主碳链直立，命名时编号最小的碳原平面上，主碳链直立，命名时编号最小的碳原子位于顶端。连在手性碳左边子位于顶端。连在手性碳左边(zu bian)和和右边的原子和基团朝向纸平面前方（横前）右边的原子和基团朝向纸平面前方（横前） ，连在手性碳上方和下方的原子和基团朝向纸平连在手性碳上方和下方的原子和基团朝向纸平面后方（竖后）面后方（竖后） 。将模型按上述规定

7、放好后，。将模型按上述规定放好后，将其投影在纸平面上，得其标准的将其投影在纸平面上，得其标准的Fischer投影投影式。手性碳原子在纸平面上，常省略，用式。手性碳原子在纸平面上，常省略，用“十十”字交叉点表示。字交叉点表示。 第12页/共45页第十三页，共46页。 COOHHCCH3OH COOHOHCH3H或第13页/共45页第十四页，共46页。注意：注意：Fischer投影式是用一个平面的式投影式是用一个平面的式子来描述分子的空间三维结构子来描述分子的空间三维结构(jigu)，不能把手性碳所连的原子或基团看成在一不能把手性碳所连的原子或基团看成在一个平面上；横键基团表示其伸向纸平面前个平面

8、上；横键基团表示其伸向纸平面前方，竖键基团表示其伸向纸平面后方（横方，竖键基团表示其伸向纸平面后方（横前竖后）。前竖后）。 乳酸乳酸(r sun)对映体的对映体的Fischer投影投影式式 第14页/共45页第十五页，共46页。只在一个平面上振动的光，称作平面偏振只在一个平面上振动的光，称作平面偏振光，简称偏振光。由振动方向光，简称偏振光。由振动方向(fngxing)和传播方向和传播方向(fngxing)构成的平面称为偏构成的平面称为偏振光的振动平面，与偏振光振动平面垂直振光的振动平面，与偏振光振动平面垂直的平面称为偏振面。的平面称为偏振面。第三节第三节 旋光性旋光性第15页/共45页第十六页

9、，共46页。第16页/共45页第十七页，共46页。能使偏振光的振动平面能使偏振光的振动平面(pngmin)(pngmin)发生发生旋转的性质，称为旋光性。具有这种性质旋转的性质，称为旋光性。具有这种性质的物质，称为旋光性物质或光学活性物质。的物质，称为旋光性物质或光学活性物质。反之，称为非旋光性物质或非光学活性物反之，称为非旋光性物质或非光学活性物质。质。 第17页/共45页第十八页，共46页。二二 旋光度旋光度(gungd)(gungd)与比旋光度与比旋光度(gungd)(gungd) 光源(gungyun) 起偏镜 盛液管 检偏镜旋光仪旋光仪第18页/共45页第十九页，共46页。使偏振光振

10、动面顺时针方向旋转使偏振光振动面顺时针方向旋转(xunzhun)的称为右旋，用的称为右旋，用“+ 或或d-”表示；逆时针方向表示；逆时针方向旋转旋转(xunzhun)称为左旋，用称为左旋，用“- 或或l-”表示。表示。 旋光度旋光度: :偏振偏振(pin zhn)(pin zhn)光的偏振光的偏振(pin zhn)(pin zhn)面面被旋光性化合物所旋转的角度被旋光性化合物所旋转的角度. .第19页/共45页第二十页，共46页。 一一 D/L标记标记(bioj)法（相对构型标法（相对构型标记记(bioj)法）法） Fischer提出提出(t ch)以甘油醛作为标准化合以甘油醛作为标准化合物，

11、人为规定：（物，人为规定：（+）甘油醛的构型为甘油醛的构型为D-型；（型；（-）-甘油醛的构型为甘油醛的构型为L-型。型。 D-（+）-甘油醛甘油醛 L-（-）-甘油醛甘油醛 即碳链直立即碳链直立(zh l)(zh l)，手性碳原子，手性碳原子上的羟基在右边为上的羟基在右边为D D型；在左边为型；在左边为L L型。型。 第20页/共45页第二十一页，共46页。L-丙氨酸丙氨酸 D-丙氨酸丙氨酸 第21页/共45页第二十二页，共46页。 L-（+）乳酸）乳酸(r sun) D-（-）乳酸）乳酸(r sun) 在一对对映体中，一个在一对对映体中，一个(y )(y )为为D D构型，构型，另一个另一

12、个(y )(y )必为必为L L构型。构型。 第22页/共45页第二十三页，共46页。 R/S R/S标记法规则：标记法规则： 1. 1. 将连于手性碳原子上的四个原子或将连于手性碳原子上的四个原子或基团按基团按 “ “次序次序(cx)(cx)规则规则”由大到小排由大到小排列成序。列成序。2. 2. 将最低序次的原子或基团（末优基团）将最低序次的原子或基团（末优基团）远离观察者，然后观察另外三个朝向自远离观察者，然后观察另外三个朝向自己的原子或基团由大到小的序次，若为己的原子或基团由大到小的序次，若为顺时针方向，记为顺时针方向，记为R R构型；若为反时针方构型；若为反时针方向则记为向则记为S

13、S构型。一对对映体中，一个为构型。一对对映体中，一个为R R构型，另一个一定为构型，另一个一定为S S构型。构型。 第23页/共45页第二十四页，共46页。 Br Cl CH3 H OH CHO CH2OH H S-1-氯-1-溴乙烷(y wn) R-甘油醛 CClHCH3BrCCH2OHHCHOOH第24页/共45页第二十五页，共46页。可直接从可直接从FischerFischer投影式来确定其投影式来确定其R R、S S构型。构型。 在在FischerFischer投影式中，若优先次序最低的原投影式中，若优先次序最低的原子子(yunz)(yunz)或基团位于竖键（远离观察者），其或基团位于

14、竖键（远离观察者），其余三个原子余三个原子(yunz)(yunz)或基团的优先次序由高到低或基团的优先次序由高到低在纸平面上以顺时针排列为在纸平面上以顺时针排列为R-R-型，反时针排列为型，反时针排列为S-S-型。型。 若优先次序最低的原子若优先次序最低的原子(yunz)(yunz)或基团位于或基团位于横键（即面对观察者），其余原子横键（即面对观察者），其余原子(yunz)(yunz)或基或基团序次由高到低在纸平面上以顺时针排列为团序次由高到低在纸平面上以顺时针排列为S-S-型，型，反时针排列的为反时针排列的为R-R-型。型。 第25页/共45页第二十六页，共46页。 OH COOH CH3

15、H H 位于(wiy)横键 R-乳酸乳酸(r sun) Br Cl C2H5 CH3 CH3 位于(wiy)竖键 S-2-氯氯-2-溴溴 丁烷丁烷第26页/共45页第二十七页，共46页。判断化合物的几种判断化合物的几种Fischer投影投影(tuyng)式是否式是否为同一物质，可遵循下列规则：投影为同一物质，可遵循下列规则：投影(tuyng)式在纸平面上旋转式在纸平面上旋转n次次90，当，当n为偶整数时，为偶整数时，构型不变；当构型不变；当n为奇整数时，为原物的对映体。为奇整数时，为原物的对映体。 旋转(xunzhun)180 旋转(xunzhun)90 S-2-氯丙醛 S-2-氯丙醛 S-2

16、-氯丙醛 R-2-氯丙醛 第27页/共45页第二十八页，共46页。 手性碳原子上取代基的位置互换偶数次，构型不变。若互换奇数次，则构型改变(gibin)成为它的对映体。 交换(jiohun)两次 R-乳酸(r sun) R-乳酸(r sun) R-乳酸 S-乳酸 交换一次 第28页/共45页第二十九页，共46页。含有两个或两个以上含有两个或两个以上(yshng)手性碳原子的化手性碳原子的化合物构型的标记同样遵循上述原则，既要标记合物构型的标记同样遵循上述原则，既要标记手性碳原子的构型，又要注明碳原子的位次。手性碳原子的构型，又要注明碳原子的位次。 2R,3R-（+）酒石酸）酒石酸2R,3R-（

17、+）tartaric acid 注注:D/L、R/S与手性分子的旋光方向与手性分子的旋光方向d（+）或）或l（-）之间没有）之间没有(mi yu)联系。联系。 第29页/共45页第三十页，共46页。练习题：命名练习题：命名(mng mng)化合物化合物 C CH3CHHBrHCH3第30页/共45页第三十一页，共46页。含有等量含有等量(dn lin)对映体的混合物，对映体的混合物，称为外消旋体（称为外消旋体（racemate），用），用dl或或() 表示。外消旋体无旋光性。表示。外消旋体无旋光性。 一对对映体除旋光方向相反外，其他的物理一对对映体除旋光方向相反外，其他的物理性质性质(wl x

18、ngzh)和化学性质（在非手性条和化学性质（在非手性条件下）都相同，而外消旋体的物理性质件下）都相同，而外消旋体的物理性质(wl xngzh)与两个对映体则不同。与两个对映体则不同。 第31页/共45页第三十二页，共46页。一一非对映体非对映体二二含含2个不同个不同(b tn)手性碳原子手性碳原子(2个手性碳上所连个手性碳上所连三三基团不完全相同基团不完全相同)的化合物的对映异构的化合物的对映异构 第32页/共45页第三十三页，共46页。 (1) (2) (3) (4) 2S,3S-2-羟基羟基(qingj)-3-氯丁二酸氯丁二酸 2R,3R-2-羟基羟基(qingj)-3-氯丁二酸氯丁二酸

19、2S,3R-2-羟基羟基(qingj)-3-氯丁二酸氯丁二酸 2R,3S-2-羟基羟基(qingj)-3-氯丁二酸氯丁二酸 第33页/共45页第三十四页，共46页。这种不存在物像关系的立体这种不存在物像关系的立体(lt)异构异构体称为非对映异构体体称为非对映异构体（diastereoisomer）。）。 含含n个不同手性碳原子的化合物的旋光异构个不同手性碳原子的化合物的旋光异构体最多可为体最多可为2n个。个。 要判断几种不同的要判断几种不同的Fischer投影式是否为同投影式是否为同一一(tngy)物质，只要逐个判断各式中相对应物质，只要逐个判断各式中相对应的手性碳原子的构型，若完全相同，则为

20、同的手性碳原子的构型，若完全相同，则为同一一(tngy)化合物；完全相反，则为对映体；化合物；完全相反，则为对映体；不完全相同，则为非对映体。不完全相同，则为非对映体。 第34页/共45页第三十五页，共46页。二二内消旋化合物内消旋化合物三三 含含2个相同手性碳原子（两个个相同手性碳原子（两个(lin )手性碳原子手性碳原子上所连基团完全相同上所连基团完全相同)的化合物的对映异构的化合物的对映异构 第35页/共45页第三十六页，共46页。(1) (2) (3) (4) 2R，3R-酒石酸酒石酸 2S，3S-酒石酸酒石酸 2R，3S-酒石酸酒石酸 2S，3R-酒石酸酒石酸 第36页/共45页第三

21、十七页，共46页。 旋转(xunzhun)180度 把分子中含有多个手性碳原子，而分子内部有一把分子中含有多个手性碳原子，而分子内部有一个对称面，将偏振光的影响个对称面，将偏振光的影响(yngxing)相互抵消相互抵消而无光学活性的化合物称为内消旋体而无光学活性的化合物称为内消旋体（mesomer）。内消旋体是含有手性碳原子的非）。内消旋体是含有手性碳原子的非手性分子。内消旋体无旋光性。手性分子。内消旋体无旋光性。 含一个手性碳原子的分子含一个手性碳原子的分子(fnz)一定是手性分子一定是手性分子(fnz)，含多个手性碳原子的分子，含多个手性碳原子的分子(fnz)不一定是不一定是手性分子手性分

22、子(fnz)。 第37页/共45页第三十八页，共46页。将外消旋体进行分离，得到一个将外消旋体进行分离，得到一个(y )左旋体和一左旋体和一个个(y )右旋体的过程称为外消旋体的拆分（析右旋体的过程称为外消旋体的拆分（析解）。解）。 外消旋体和内消旋体的比较外消旋体和内消旋体的比较(bjio) 相同处相同处不同处不同处外消外消旋体旋体无旋光性无旋光性等量对映体的混合物，等量对映体的混合物，可以拆分为左旋体和右可以拆分为左旋体和右旋体。旋体。内消内消旋体旋体无旋光性无旋光性单一化合物，不可拆分单一化合物，不可拆分。第38页/共45页第三十九页，共46页。脂环化合物只要在环上有两个碳各有一个取脂环

23、化合物只要在环上有两个碳各有一个取代代(qdi)基，就有顺反异构，若环上有基，就有顺反异构，若环上有*C，还可能有对映异构现象。还可能有对映异构现象。 在应用上，凡属构像异构体都无法在应用上，凡属构像异构体都无法(wf)分分离，且在建立的平衡中相互迅速转化，故认离，且在建立的平衡中相互迅速转化，故认为构像对物质光学活性的宏观表征无影响，为构像对物质光学活性的宏观表征无影响，所以可将一切构像环简化为相应的平面环来所以可将一切构像环简化为相应的平面环来处理对映异构现象。处理对映异构现象。 第39页/共45页第四十页，共46页。顺式（内消旋体）顺式（内消旋体） 反式反式 （ 对映体）对映体） CH3

24、CH3HHCH3CH3CH3CH3HHHH第40页/共45页第四十一页，共46页。 1. 丙二烯型化合物：丙二烯型化合物： C2按按sp杂化，分别与杂化，分别与C1和和C3形成两个形成两个键，键，且相互垂直。且相互垂直。 当当C1和和C3上连有相同的原子上连有相同的原子(yunz)或基或基团时，团时，分子中有一个对称面，无旋光性，为非分子中有一个对称面，无旋光性，为非手性分子。当手性分子。当C1和和C3上分别连有两个不上分别连有两个不同的取代基时，分子内无对称因素，因同的取代基时，分子内无对称因素，因此为手性分子，有一对对映体。此为手性分子，有一对对映体。第41页/共45页第四十二页，共46页

25、。C C Cabde若若ab且且de时时,有对映异构有对映异构若若a=b或或d=e时时,无对映异构无对映异构第42页/共45页第四十三页，共46页。联苯应为一平面结构，当联苯的联苯应为一平面结构，当联苯的2,2,6,6位连有较大的不对称基团时，空间位阻太位连有较大的不对称基团时，空间位阻太大，使两个苯环不能处于同一平面，只有大，使两个苯环不能处于同一平面，只有当两个苯环处于互相垂直的位置，才能排当两个苯环处于互相垂直的位置，才能排除这种空间位阻。此时分子中有手性因素除这种空间位阻。此时分子中有手性因素(yn s)，也有一对对映异构体。，也有一对对映异构体。 第43页/共45页第四十四页，共46页。若若ab且且de时时,有对映异构有对映异构若若a=b或或d=e时时,无对映异构无对映异构bdea第44页/共45页第四十五页，共46页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第45页/共45页第四十六页，共46页。