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1、本章的教学内容第一节 构造异构现象第二节 立体异构现象第三节 光学异构现象第1页/共38页分子结构构造异构：原子连接顺序不同构型异构：原子空间排列方式不同构象异构：键旋转引起原子空间相对位置改变同分异构构造异构立体异构碳架异构官能团异构官能团位置异构互变异构构型异构构象异构顺反异构旋光异构第2页/共38页同份异构：具有相同的分子式，但具有不同结构的现象第一节、构造异构现象一、碳架异构一、碳架异构构造异构：分子式相同，但原子连接顺序和方式不同1 1、碳架异构体的书写、碳架异构体的书写2、碳架异构的多样性：以C6H12的环烷烃的异构体为 例（12个）第3页/共38页二、官能团位置异构二、官能团位置
2、异构官能团位置异构官能团位置异构:官能团在主链上位置的改变，产生的官能团在主链上位置的改变，产生的 不同化合物不同化合物 1-1-丁醇丁醇 2-2-丁醇丁醇2-2-甲基丁醇甲基丁醇 2-2-甲基甲基 2-2-丁醇丁醇 邻苯二酚邻苯二酚 间苯二酚间苯二酚 对苯二酚对苯二酚 第4页/共38页三、官能团异构三、官能团异构官能团异构：官能团异构：分子式相同，官能团不同的分子，或官 能团的连接顺序或方式不同1、醇和醚2、烯和环3、醛和酮及环氧化合物例：乙醚 丁醇环戊烷 1-戊烯 丙酮 丙醛 环氧丙烷第5页/共38页 四、互变异构四、互变异构互变异构互变异构:在室温下，不同官能团的化合物处于动态平衡在室温
3、下，不同官能团的化合物处于动态平衡 并相互转化并相互转化1 1、酮、酮烯醇烯醇2 2、对亚硝基酚、对亚硝基酚苯醌肟苯醌肟3 3、硝基烃、硝基烃酸式硝基烃酸式硝基烃第6页/共38页第二节、顺反异构现象顺反异构：含双键或环状化合物，由于结构刚性，使旋转 困难，当连接的取代基不同时，出现的不同空间排列。1 1、含、含C=CC=C双键的化合物顺反异构双键的化合物顺反异构一、含双键的化合物顺反异构一、含双键的化合物顺反异构产生条件：产生条件：双键上碳原子连接的原子或原子团不同双键上碳原子连接的原子或原子团不同A A、顺、反表示、顺、反表示（简单烯烃）：相同基团位于双键同侧称（简单烯烃）：相同基团位于双键
4、同侧称 “顺顺”（ciscis），位于异侧称），位于异侧称“反反”（transtrans）顺顺-2-2-丁烯丁烯反反-3-3-甲基甲基-2-2-戊烯戊烯B B、“Z”Z”、“E”E”表示表示（系统命名，复杂烯烃），规则如下：（系统命名，复杂烯烃），规则如下：第7页/共38页.按按“基团顺序基团顺序”确定各双键两端基团的大小顺序确定各双键两端基团的大小顺序.“较优较优”两基团位于同侧，用两基团位于同侧，用“Z”Z”、位于异侧用、位于异侧用“E”E”表示表示.写出名字：用括号括出用写出名字：用括号括出用“Z Z、E”E”，并标明位号，用，并标明位号，用“，”隔开，位号低的先写出。隔开，位号低的先写
5、出。例1：（3Z3Z，5E5E）-3-3-【（【（E E）-1-1-氯氯-1-1-丙烯基】丙烯基】-3-3，5-5-庚二烯酸庚二烯酸例2：在选择主链时，以双键位号低为原则，若有选择时，以“Z”Z”编号低为原则（2Z2Z，5E5E）-2-2，5-5-庚二烯二酸庚二烯二酸（2E2E，5Z5Z）-2-2，5-5-庚二烯二酸庚二烯二酸,错第8页/共38页2 2、含、含C=NC=N或或N=NN=N键的顺反异构键的顺反异构 在在C=NC=N双键中，双键中，N N为为SPSP2 2杂化，其中在一个杂化，其中在一个SPSP2 2杂化轨道上有一对杂化轨道上有一对孤对电子，应该看作一个原子序数为零的原子。孤对电子
6、，应该看作一个原子序数为零的原子。(Z)-(Z)-醛肟醛肟(E)-(E)-醛肟醛肟(E)-(E)-腙腙(E)-(E)-缩氨脲缩氨脲(Z)-(Z)-苯甲醛肟苯甲醛肟 (E)-(E)-苯甲醛肟苯甲醛肟 第9页/共38页3 3、N=NN=N双键的顺反异构双键的顺反异构(Z)-偶氮苯 (E)-偶氮苯二、碳环化合物的顺反异构二、碳环化合物的顺反异构将碳环看作双键，相同基团位于同侧为“顺”，异侧为“反”顺-1，3-二甲基-3-氯环己基甲酸第10页/共38页第三节、构象异构构象：构象：在有机物中，由于单键自由旋转而引起的碳原子结合的原子或在有机物中，由于单键自由旋转而引起的碳原子结合的原子或 原子团的相对位
7、置发生改变，产生了若干不同的空间排列方式。原子团的相对位置发生改变，产生了若干不同的空间排列方式。产生条件：至少有连续的三个单键的化合物例如：没有构象一、乙烷的构象1、构象表示方法透视式（锯架式）虚线-楔形式（立体透视式）纽曼（Newman)投影式第11页/共38页A、透视式（锯架式）B、虚线-楔形式（立体透视式）C、纽曼（Newman)投影式投影规则：表示靠近观察者表示远离观察者第12页/共38页2、乙烷构象与分子内能a.a.两种极端构象重重叠叠式式楔形式 锯架式 纽曼式 交交叉叉式式 楔形式 锯架式 纽曼式第13页/共38页b.b.乙烷构象与分子内能 转动能：转动能：每对重叠氢每对重叠氢H
8、-C-C-HH-C-C-H 重叠张力重叠张力(扭转张力扭转张力)：乙烷交叉式构象是优势构乙烷交叉式构象是优势构象。象。构象的稳定性与内能有关构象的稳定性与内能有关.内能低内能低,稳定稳定;内能高内能高,不稳定。内能最不稳定。内能最低的稳定构象称低的稳定构象称优势构象。优势构象。.室温下，构象异构体处于室温下，构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，迅速转化的动态平衡中，不能分离不能分离。第14页/共38页二、丁烷的构象绕绕C-2C-2和和C-3C-3之间之间键旋转键旋转(典型构象典型构象):):第15页/共38页三、其它烷烃的构象 其它正构烷烃的稳定构象是：碳链成锯齿状排列，相邻的碳上其它正构烷烃
9、的稳定构象是：碳链成锯齿状排列，相邻的碳上的氢原子成交叉式。的氢原子成交叉式。P67.P67.四、环烷烃的构象1、环丁烷、环戊烷的构象环丁烷：蝶式构象，非平面型环戊烷：信封式，非平面型第16页/共38页2、环己烷及其衍生物的构象1.环己烷的构象极端构象：椅式 船式A、椅式构象第17页/共38页a a键：键：直立键直立键(竖键竖键)e e键：键：平伏键平伏键(横键横键)构构象象翻翻转转a a键转变成键转变成e e键，键，e e键转变成键转变成a a键；键；环上原子或基团的空间关系保持,即键的取向不变。第18页/共38页B、船式构象 稳定性：椅式构象环己烷 船式构象环己烷室温下，平衡有利于椅式构象
10、（优势构象）。2.取代环己烷的构象A、一取代环己烷的构象第19页/共38页2)二取代环己烷的构象 ea键型aa键型ee键型第20页/共38页1.指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。较大的基团处于e键的构象相对稳定。优势构象第21页/共38页第四节、对应异构（光学异构）现象一、旋光性和比旋光度1、偏正光.光是横波，传播方向和振动方向垂直光是横波，传播方向和振动方向垂直.自然光：含任意振动方向的光自然光：含任意振动方向的光X X轴：传播方向轴：传播方向Y-ZY-Z轴：光振动方向含该平面的任意方向轴：光振动方向含该平面的任意方向偏正光：只含某一特定振动方向的光偏正光：只含某一特定振动方向的光通过通
11、过NicolNicol棱镜棱镜,仅在一仅在一个平面上振动的光。个平面上振动的光。第22页/共38页 2.、旋光仪、旋光度、比旋光度 旋光物质：使偏振光偏振方向发生改变旋转的物质。旋光度：使偏振光偏振方向旋转的角度。用旋光度：使偏振光偏振方向旋转的角度。用 表示。表示。旋光方向：右旋（旋光方向：右旋（+）;左旋（左旋（-）比旋光度比旋光度 t t =例如：葡 萄 糖肌肉乳酸发酵乳酸 D20=+52.5 0 D20=+3.8 0 D200第23页/共38页二、手性和对称性1 1、手性：、手性：物质相对应但不能重合的特征，称为物质的手型或手征性物质相对应但不能重合的特征，称为物质的手型或手征性 一种
12、物质的对应体就是其镜像一种物质的对应体就是其镜像2 2、分子手性与旋光性、分子手性与旋光性A A、手性分子：具有手性特征的分子，又称不对称分子、手性分子：具有手性特征的分子，又称不对称分子B、判断标准：分子与其镜像能否重合C C、手性分子旋光性：旋光性是由于分子的手性（不对称）引起的、手性分子旋光性：旋光性是由于分子的手性（不对称）引起的D、手性碳原子：连接四个不同原子或原子团的碳，用“*”表示例如：D20o(水)D20o(水)第24页/共38页三、对应异构体和外消旋体1 1、对应体：、对应体：对于不对称分子来说，形成实物与镜像关系的两种对于不对称分子来说，形成实物与镜像关系的两种 分子互为对
13、应异构体，它们旋光方向相反，旋光度相同，其分子互为对应异构体，它们旋光方向相反，旋光度相同，其 它物理性质如：熔点、沸点相同，很难用常规的方法分开。它物理性质如：熔点、沸点相同，很难用常规的方法分开。2 2、外消旋体：、外消旋体：两种对应异构体等量混合得到的不旋光的混合物两种对应异构体等量混合得到的不旋光的混合物3 3、外消旋化：、外消旋化：使单一旋光性物质转化成外消旋体的过程：光、热使单一旋光性物质转化成外消旋体的过程：光、热 催化剂等催化剂等四、分子对称性四、分子对称性不对称性是分子具有手性的根本原因，如何判断分子是否对称？不对称性是分子具有手性的根本原因，如何判断分子是否对称？1、对称面
14、：用一个平面将分子分为实物和镜像两个部分，该平用一个平面将分子分为实物和镜像两个部分，该平 面称为对称面。用面称为对称面。用“”表示，具有对称面的分子无手性。表示，具有对称面的分子无手性。苯分子有苯分子有7 7个对称面个对称面第25页/共38页2 2、对称中心：、对称中心：分子中有一点，该点与某基团连线的反向延长线的分子中有一点，该点与某基团连线的反向延长线的 等距离处能找到完全相同的基团。等距离处能找到完全相同的基团。具有中心对称因素的分子是对称分子。非手性分子。具有中心对称因素的分子是对称分子。非手性分子。四、手性碳的构型标记 用（+）、（-）、（）表示旋光方向分别为：右、左和外消旋体，用
15、R或S标注手性碳的构型1 1、构型表示式、构型表示式.球棒式.立体透视式.费歇尔（Fischer)投影式第26页/共38页费歇尔（费歇尔（Fischer)Fischer)投影式投影式规定：投影时，规定：投影时，1 1、碳链竖放，序号小的放在上面；碳链竖放，序号小的放在上面；2 2、竖向两个键表竖向两个键表示背离观察者；示背离观察者；3 3、横向两个键表示伸向观察者，交叉点为手性碳横向两个键表示伸向观察者，交叉点为手性碳.第27页/共38页五、构型与旋光方向的标记1、D-L标记D-(+)甘油醛 D-(-)甘油酸 旋光方向的+或-是实验测定的第28页/共38页2、R-S标记 将手性碳连接的四个不同
16、基团基团进行排序，如将手性碳连接的四个不同基团基团进行排序，如abcdabcd,将最小的基团将最小的基团d d放在远离观察者，剩下的三个基团如果放在远离观察者，剩下的三个基团如果从大到小从大到小的顺序是顺时针，构型为的顺序是顺时针，构型为“R”R”，为逆时针构型为，为逆时针构型为“S S”如果最小的原子如果最小的原子(或基团或基团)在近端在近端,顺时针排列为顺时针排列为S S构型，逆构型，逆时针排列为时针排列为R R构型。构型。例1、D-(+)D-(+)甘油醛甘油醛 R-R-（+）甘油醛）甘油醛 逆时针，最小的逆时针，最小的H H原子在原子在近端近端，故为，故为“R”R”第29页/共38页例2
17、六、费歇尔投影式与分子构型的关系1 1、费歇尔投影式与分子构型的关系、费歇尔投影式与分子构型的关系A A、顺序最小的原子顺序最小的原子(或基团或基团)在竖线上在竖线上,顺时针排列为顺时针排列为R R构型，构型，逆时针排列为逆时针排列为S S构型构型。B B、顺序最小的原子顺序最小的原子(或基团或基团)在横线上在横线上,顺时针排列为顺时针排列为S S构型构型逆时针排列为逆时针排列为R R构型。构型。第30页/共38页C、手性碳不离开纸面，旋转1800，构型不变D、手性碳相连的任意两个基团对调,奇数次构型改变；对调偶数次构型不变。七、含一个手性碳原子的分子第31页/共38页八、含两个手性碳原子的分
18、子含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。1、含两个不同手性碳原子的分子 非对映体:构造相同,构型不同,相互间不是实物与镜影关系的立体异构体。非对映异构体其旋光性不同,物理、化学性质都不同。第32页/共38页2、含两个相同手性碳原子的分子（2R,3R);(2S,3S);(2R,3S);(2S,3R)2R,3R);(2S,3S);(2R,3S);(2S,3R)和 是同一个化合物，可以将旋转1800得到。内消旋体内消旋体(meso)(meso)：分子内部形成对映两半的化合物。分子内部形成对映两半的化合物。(有平面对称因数有平面对称因数)内消旋体无旋光性内消旋体无旋光性 (两个相同取代、构型相
19、反的手性碳原子两个相同取代、构型相反的手性碳原子,处于同处于同 一分子中一分子中,旋光性抵消旋光性抵消)。光活异构体数目光活异构体数目 =2=2n n;(n=;(n=不同手性碳原子数不同手性碳原子数)外消旋体数目外消旋体数目=2=2n-1n-1 含n个不同的手性碳，旋光异构体有如下组合规律：第33页/共38页 对映关系：与；与 非对映关系：与、与、与、与：（2R,3R2R,3R）-（-）-2-2-羟基羟基-3-3-氯丁二酸氯丁二酸第34页/共38页九、碳环化合物的对应异构体碳环化合物除了有顺反异构外，还有旋光异构体的对应异构体碳环化合物除了有顺反异构外，还有旋光异构体的对应异构体 meso-(
20、S,S)-(R,R)-十、外消旋体的拆分1 1、拆分的意义：、拆分的意义：旋光物质是生命活动中的重要物质旋光物质是生命活动中的重要物质例如：恶唑禾草灵，R体为有效体，S体为无效体，德国赫斯特公司第35页/共38页2、分离方法A、化学分离方法例如：例如：（）酸）酸 +（+）碱）碱（+）（）（+）盐）盐（-）（）（+）盐）盐分离分离（+）（）（+）盐）盐（-）（）（+）盐）盐（+）酸）酸（-）酸）酸B、优势结晶法 向饱和的外消旋体的溶液中，加入单一旋光性物质的晶种诱向饱和的外消旋体的溶液中，加入单一旋光性物质的晶种诱导结晶，过滤得到单一旋光性物质导结晶，过滤得到单一旋光性物质。C、微生物分解法 微生物往往只消耗外消旋体中某一单一旋光性物质，最终微生物往往只消耗外消旋体中某一单一旋光性物质，最终仅剩下另一种旋光性物质。仅剩下另一种旋光性物质。第36页/共38页第三章第三章 作作 业业3：2，8，94：5：6：9：1，8，9，1014：6，72：11，1210：313：2,3,52,3,5第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页