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1、 碳架异构碳架异构 构造异构构造异构 位置异构位置异构 官能团异构官能团异构异构现象异构现象 顺反异构顺反异构 构型异构构型异构 立体异构立体异构 旋光异构旋光异构 构象异构构象异构第五章第五章 旋光异构旋光异构（Chapter5 Optical Isomerism）一、异构体 1 1、构造（、构造（or or 结构）异构体：分子中由于原子或基团结合依次不同结构）异构体：分子中由于原子或基团结合依次不同而产生的同分异构体。而产生的同分异构体。(Constitutional isomers)(Constitutional isomers)2 2、立体异构体、立体异构体：分子中的原子或基团具有相同
2、的连接方式但在空：分子中的原子或基团具有相同的连接方式但在空间的排布方式不同导致的同分异构体。间的排布方式不同导致的同分异构体。(Stereoisomers)(Stereoisomers)二、旋光异构基本概念二、旋光异构基本概念 1.1.平面偏振光平面偏振光(简称偏振光简称偏振光)一般光是由各种波长的在垂直于光前进方向的各个平面一般光是由各种波长的在垂直于光前进方向的各个平面内振动的光波所组成。内振动的光波所组成。一般光通过尼克尔棱镜后，只有在和镜轴平行的一般光通过尼克尔棱镜后，只有在和镜轴平行的平面里振动的光能通过。这种仅在一个平面内振动的平面里振动的光能通过。这种仅在一个平面内振动的光就叫
3、做平面偏振光，或简称偏振光。光就叫做平面偏振光，或简称偏振光。2.2.旋光性旋光性物质使偏振光振动方向发生偏转的性质被称为旋光性。物质使偏振光振动方向发生偏转的性质被称为旋光性。3.3.旋光度和比旋光度旋光度和比旋光度a a、偏振光通过某旋光性液体物质或溶液后偏转的角度。、偏振光通过某旋光性液体物质或溶液后偏转的角度。上图中该物质的旋光度为上图中该物质的旋光度为4040。b b、比旋光度：由于物质的旋光度受温度、物质的浓度、比旋光度：由于物质的旋光度受温度、物质的浓度等影响，所以规定物质在室温、浓度为等影响，所以规定物质在室温、浓度为1g/ml1g/ml、样品管、样品管为为1dm1dm、光源为
4、钠光（、光源为钠光（589.3nm)589.3nm)时测得的旋光度为比旋时测得的旋光度为比旋光度。光度。则旋光度与比旋光度的关系为：则旋光度与比旋光度的关系为：某旋光性物质的浓度为某旋光性物质的浓度为0.05g/mL，在，在20厘米长的旋光管中测得厘米长的旋光管中测得旋光度是旋光度是3.2度。求其比旋光度。度。求其比旋光度。三、旋光异构与分子构型的关系三、旋光异构与分子构型的关系1 1、旋光异构的发觉、旋光异构的发觉1919世纪发觉了很多自然有机化合物具有旋光性，世纪发觉了很多自然有机化合物具有旋光性，Pasteur Pasteur 18481848年探讨酒石酸钠铵的不对称性，进而提出了分子结
5、年探讨酒石酸钠铵的不对称性，进而提出了分子结构的不对称性。构的不对称性。18741874年提出了碳的四面体学说，范特霍夫指出当有机化年提出了碳的四面体学说，范特霍夫指出当有机化合物具有下列结构时应当具有对映异构体，即物质具有合物具有下列结构时应当具有对映异构体，即物质具有旋光性。旋光性。左、右旋乳酸即具有上述结构特点，因此具有旋光性。左、右旋乳酸即具有上述结构特点，因此具有旋光性。具有旋光性的分子与其镜像不能重合，因此旋光性又被具有旋光性的分子与其镜像不能重合，因此旋光性又被称为手性，具有旋光性的分子又被称为是手性分子。称为手性，具有旋光性的分子又被称为是手性分子。如何推断分子有无旋光性（手性
6、）？如何推断分子有无旋光性（手性）？第一种方法：分子与其镜像是否重合。假如重合，没有旋光性。第一种方法：分子与其镜像是否重合。假如重合，没有旋光性。假如不重合，就有旋光性。假如不重合，就有旋光性。其次种方法：分子中有无对称面或对称中心。有对称面或对称中其次种方法：分子中有无对称面或对称中心。有对称面或对称中 心就没有旋光性，没有对称面或对称中心心就没有旋光性，没有对称面或对称中心,就有旋光性。就有旋光性。2 2、对称性对称性与旋光性与旋光性(手性手性)对称性：对称面，对称中心，对称轴对称性：对称面，对称中心，对称轴1 1）、具有对称面的分子没有手性。）、具有对称面的分子没有手性。2 2）、具有
7、对称中心的分子没有手性。）、具有对称中心的分子没有手性。3）、具有对称轴的分子不确定没有手性。具有二重对称轴，有对具有二重对称轴，有对称面，没有旋光性称面，没有旋光性只具有二重对只具有二重对称轴，有旋光称轴，有旋光性性 很多有旋光性的化合物结构中有手性碳原子很多有旋光性的化合物结构中有手性碳原子(与四个不同的原子与四个不同的原子或基团相连的碳原子或基团相连的碳原子)。有手性碳原子的有机物有几个旋光异构体？有手性碳原子的有机物有几个旋光异构体？它们的构型如何表示？如何命名？它们的构型如何表示？如何命名？重点重点四、含一个手性碳原子的有机物的旋光异构四、含一个手性碳原子的有机物的旋光异构 含有一个
8、手性碳原子的有机物有两种旋光异构体。含有一个手性碳原子的有机物有两种旋光异构体。这这两种旋光异构体两种旋光异构体互为镜像关系，因此互称为对映体。互为镜像关系，因此互称为对映体。1、对映体、对映体2、外消旋体、外消旋体 两种对映异构体的等量混合物没有旋光性，称为外消旋体。等量混合，没有旋光性。等量混合，没有旋光性。外消旋体通常用外消旋体通常用dldl表示。也用（表示。也用（）表示）表示3 3、对映异构体的理化性质、对映异构体的理化性质1 1）对映异构体的物理性质除旋光性质外完全相同（旋光度数）对映异构体的物理性质除旋光性质外完全相同（旋光度数值相同，方向相反）。值相同，方向相反）。2 2）对映异
9、构体的化学性质除某些）对映异构体的化学性质除某些生化反应生化反应外基本相同。外基本相同。反应停，反应停，R型能大大缓解妇女怀孕初期呕吐等症状，型能大大缓解妇女怀孕初期呕吐等症状，S型能使胎儿畸形。型能使胎儿畸形。1960年欧洲年欧洲2万多胎儿畸形，万多胎儿畸形，1965年才探讨出缘由。年才探讨出缘由。喜树碱喜树碱 抗癌活性与抗癌活性与C20构型有关。构型有关。C20为为S构型构型(自然得到的化合物自然得到的化合物)有活性，有活性，为为R构型时完全没有活性。构型时完全没有活性。天冬酰胺天冬酰胺 R型是甜味剂，甜度约为蔗醣的型是甜味剂，甜度约为蔗醣的200倍，倍，S型却是苦的。型却是苦的。4 4、
10、构型的表示方法、构型的表示方法 费歇尔投影式费歇尔投影式1 1）画一个十字形。十字形的交点代表手性碳原子。）画一个十字形。十字形的交点代表手性碳原子。2 2）把与手性碳原子相连的四个基团画上去。一般将含碳的）把与手性碳原子相连的四个基团画上去。一般将含碳的基团画在垂直线两头。基团画在垂直线两头。3 3）留意：费歇尔投影式看起来象平面结构，实际它表示的是立）留意：费歇尔投影式看起来象平面结构，实际它表示的是立体结构。与手性碳原子结合的横向的两个键是水平朝前的，与体结构。与手性碳原子结合的横向的两个键是水平朝前的，与手性碳原子结合的竖向的两个键是垂直向后的。手性碳原子结合的竖向的两个键是垂直向后的
11、。构型的构型的R R、S S命名规则命名规则19701970年年IUPACIUPAC建议对对映异构体接受建议对对映异构体接受R R、S S命名，规则如下：命名，规则如下：1 1、对手性碳原子连接的四个原子（原子团）排序。、对手性碳原子连接的四个原子（原子团）排序。排序规则与烯烃的排序规则与烯烃的Z Z、E E命名规则相同。命名规则相同。对原子团来说，首先比较第一个原子的原子序数。假如第一个原子相同时则比较与第一个原子相连的原子的原子序数。假如其次个相同则比较第三个，依此类推。假如分子中含有双键或三键，则当作两个或三个单键看待。2 2、命名为、命名为R R型或型或S S型型把最小的基团放在远离视
12、察者眼睛的地方，其他三个把最小的基团放在远离视察者眼睛的地方，其他三个基团从大到小排列，顺时针为基团从大到小排列，顺时针为R R型，逆时针为型，逆时针为S S型。型。R型 R S S练习题：练习题：下列化合物哪些是相同的？哪些是对映体？下列化合物哪些是相同的？哪些是对映体？1）2）R S SR S SS S R RS S R R1 1、含有两个不同手性碳原子的、含有两个不同手性碳原子的有机物的有机物的旋光异构旋光异构这种化合物中两个手性碳原子所连的四个基团不完全相同。这种化合物中两个手性碳原子所连的四个基团不完全相同。五、含有两个手性碳原子的有机物的旋光异构五、含有两个手性碳原子的有机物的旋光
13、异构含有两个不同手性碳原子的有机物有四个旋光异构体。含有两个不同手性碳原子的有机物有四个旋光异构体。以氯代苹果酸为例：以氯代苹果酸为例：a b c da a和和b b；c c和和d d 为对映异构体为对映异构体 a a和和c c、d d；b b和和c c、d d为非对映体为非对映体a a和和c c；b b和和d d 为差向异构体为差向异构体2 2、含有两个相同手性碳原子的、含有两个相同手性碳原子的有机物的有机物的旋光异构旋光异构含有两个相同手性碳原子的有机物有三个旋光异构体。含有两个相同手性碳原子的有机物有三个旋光异构体。3 3、含有多个手性碳原子的有机物的旋光异构、含有多个手性碳原子的有机物
14、的旋光异构含有含有n n个不相同的手性碳原子的化合物有个不相同的手性碳原子的化合物有2n2n个旋光异构体，可个旋光异构体，可组成组成2n-12n-1个外消旋体。而假如含有相同的手性碳原子，则旋个外消旋体。而假如含有相同的手性碳原子，则旋光异构体的数目就会少得多，会有内消旋体。光异构体的数目就会少得多，会有内消旋体。六、环状化合物的旋光异构：六、环状化合物的旋光异构：环丙烷衍生物环丙烷衍生物有对称面，没有旋光性有对称面，没有旋光性没有对称面，有旋光性没有对称面，有旋光性有旋光性有旋光性有旋光性有旋光性同碳二取代时，不管取代基相同还是不相同，都没有手性。同碳二取代时，不管取代基相同还是不相同，都没有手性。异碳二取代时，两个取代基相同时，有三种立体异构体。因为有两个相同的手性碳原子。两个取代基不同时，有四种立体异构体。因为有两个不相同的手性碳原子。特殊状况：1，3二取代环丁烷和 1，4二取代环己烷只有 两个顺反异构体，无对映异构体。对于二取代的环烷烃化合物对于二取代的环烷烃化合物七、其它不含手性碳原子的化合物的旋光异构七、其它不含手性碳原子的化合物的旋光异构1 1）联苯类）联苯类2 2）丙二烯类）丙二烯类3 3）螺环烃）螺环烃这些化合物有无旋光异构体？这些化合物有无旋光异构体？下列化合物中有三个旋光异构体的是哪些？下列化合物中有三个旋光异构体的是哪些？