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1、第七章立体化学本讲稿第一页，共四十三页 立体化学立体化学主要研究分子的主要研究分子的立体结构立体结构立体结构立体结构（三维空间（三维空间（三维空间（三维空间结构）及其立体结构对其物理性质及化学性质的影响。结构）及其立体结构对其物理性质及化学性质的影响。结构）及其立体结构对其物理性质及化学性质的影响。结构）及其立体结构对其物理性质及化学性质的影响。立体异构立体异构是指具有是指具有是指具有是指具有相同的相同的相同的相同的分子式、分子式、相同的相同的原子原子连接顺序，连接顺序，不同的空间排列方式不同的空间排列方式引起的异构。引起的异构。引起的异构。引起的异构。立体异构包括顺反异构、对映异构、构象异构
2、。立体异构包括顺反异构、对映异构、构象异构。立体异构包括顺反异构、对映异构、构象异构。立体异构包括顺反异构、对映异构、构象异构。本章主要讨论对映异构本章主要讨论对映异构.本讲稿第二页，共四十三页同分异构同分异构构造异构构造异构立体异构立体异构碳架异构碳架异构官能团位置异构官能团位置异构官能团异构官能团异构互变异构（特殊的官能团异构）互变异构（特殊的官能团异构）构象异构构象异构构型异构构型异构顺反异构顺反异构对映异构对映异构本讲稿第三页，共四十三页8.1 8.1 手性和对映体手性和对映体 1.1.1.1.手性手性手性手性手性手性手性手性实物和镜像不能叠合的现象。实物和镜像不能叠合的现象。实物和镜
3、像不能叠合的现象。实物和镜像不能叠合的现象。手性分子手性分子手性分子手性分子不能与镜像叠合的分子。不能与镜像叠合的分子。不能与镜像叠合的分子。不能与镜像叠合的分子。本讲稿第四页，共四十三页对称因素对称因素对称因素对称因素:（1）对称轴）对称轴2.手性分子的判断手性分子的判断（2）对称面（镜面）对称面（镜面）(2重）重）本讲稿第五页，共四十三页（3）对称中心）对称中心（4）交替对称轴（旋转反映轴）交替对称轴（旋转反映轴）本讲稿第六页，共四十三页手性分子的判断：手性分子的判断：手性分子的判断：手性分子的判断：一般来说，只要分子一般来说，只要分子即没有对称面，又没有对称中心即没有对称面，又没有对称中
4、心，就可，就可以初步断定它是个手性分子。以初步断定它是个手性分子。3.3.对映体对映体 凡手性分子，必有互为镜像的构型，互为镜像的两个构型凡手性分子，必有互为镜像的构型，互为镜像的两个构型凡手性分子，必有互为镜像的构型，互为镜像的两个构型凡手性分子，必有互为镜像的构型，互为镜像的两个构型异构叫做异构叫做异构叫做异构叫做对映体对映体对映体对映体。这种现象为。这种现象为。这种现象为。这种现象为对映异构对映异构对映异构对映异构现象现象现象现象.分子的手性分子的手性分子的手性分子的手性是存在是存在是存在是存在对映体对映体对映体对映体的必要和充分条件。的必要和充分条件。的必要和充分条件。的必要和充分条件
5、。4.4.对映体的性质对映体的性质 对映体之间结构差别很小对映体之间结构差别很小对映体之间结构差别很小对映体之间结构差别很小,它们具有相同的沸点它们具有相同的沸点它们具有相同的沸点它们具有相同的沸点,熔点熔点熔点熔点,溶解溶解溶解溶解度度度度,密度密度密度密度,折光率折光率折光率折光率,光谱等光谱等光谱等光谱等,对映体之间在对映体之间在对映体之间在对映体之间在物理性质物理性质物理性质物理性质上的不同，上的不同，上的不同，上的不同，只表只表只表只表现在对现在对现在对现在对偏振光偏振光偏振光偏振光的作用不同。的作用不同。的作用不同。的作用不同。本讲稿第七页，共四十三页8.2 8.2 8.2 8.2
6、 旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度偏振光偏振光偏振光偏振光只在一个方向上振动的光。只在一个方向上振动的光。只在一个方向上振动的光。只在一个方向上振动的光。本讲稿第八页，共四十三页旋光性旋光性能旋转偏振光振动方向的性质。能旋转偏振光振动方向的性质。能旋转偏振光振动方向的性质。能旋转偏振光振动方向的性质。旋光性物质旋光性物质（光活性物质光活性物质光活性物质光活性物质）具有旋光性的物质。具有旋光性的物质。具有旋光性的物质。具有旋光性的物质。右旋物质（顺时针旋转）：用右旋物质（顺时针旋转）：用右旋物质（顺时针旋转）：用右旋物质（顺时针旋转）：用“d”d”d”d”、“+”
7、+”+”+”表示表示表示表示 左旋物质（反时针旋转）：用左旋物质（反时针旋转）：用左旋物质（反时针旋转）：用左旋物质（反时针旋转）：用“l”l”l”l”、“-”-”-”-”表示表示表示表示旋光度旋光度偏振光振动方向的旋转角度，用偏振光振动方向的旋转角度，用偏振光振动方向的旋转角度，用偏振光振动方向的旋转角度，用“”表示表示表示表示 凡手性分子凡手性分子,都具有旋光性都具有旋光性.对映体对偏振光的作用不同对映体对偏振光的作用不同对映体对偏振光的作用不同对映体对偏振光的作用不同就表现在两者的就表现在两者的就表现在两者的就表现在两者的旋光方向相反旋光方向相反旋光方向相反旋光方向相反,即即即即一个对映
8、体是右旋的一个对映体是右旋的一个对映体是右旋的一个对映体是右旋的,另一个是左旋的另一个是左旋的另一个是左旋的另一个是左旋的.但但但但旋转的角度相同旋转的角度相同旋转的角度相同旋转的角度相同.所以所以所以所以,对映异构对映异构对映异构对映异构又称为又称为又称为又称为旋光异构旋光异构旋光异构旋光异构.本讲稿第九页，共四十三页旋光仪旋光仪:比旋光度比旋光度比旋光度比旋光度:溶液溶液溶液溶液:纯液体纯液体纯液体纯液体:C C浓度浓度浓度浓度(g/ml)g/ml)l l管长管长管长管长(dm)dm)比旋光度比旋光度比旋光度比旋光度是旋光性物质的物理常数是旋光性物质的物理常数是旋光性物质的物理常数是旋光性
9、物质的物理常数.本讲稿第十页，共四十三页8.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构含有一个手性碳原子的化合物的对映异构 1.手性碳原子手性碳原子 直接直接与与四个不相同四个不相同的原子或原子团相连接的原子或原子团相连接 的碳原子称为的碳原子称为不对称碳原子不对称碳原子,或或手性碳原子手性碳原子.通常用通常用“*”标出标出.分子含有手性碳原子分子含有手性碳原子,就就有可能有可能有手性有手性.本讲稿第十一页，共四十三页2.含有一个手性碳原子的化合物的对映异构含有一个手性碳原子的化合物的对映异构 含有含有一个手性碳原子一个手性碳原子的分子的分子一定是一定是个个手性分子手性分子,有旋光有旋光性性,存
10、在一对对映体存在一对对映体.例如：例如：CH3C H(OH)COOH*右旋乳酸：右旋乳酸：D=+2.6o mp.=53oC（肌肉运动产生）（肌肉运动产生）左旋乳酸：左旋乳酸：D=2.6o mp.=53oC（葡萄糖发酵产生）（葡萄糖发酵产生）本讲稿第十二页，共四十三页3.3.外消旋体外消旋体外消旋体外消旋体外消旋体外消旋体：等量等量对映体相混合而形成的对映体相混合而形成的对映体相混合而形成的对映体相混合而形成的混合物混合物混合物混合物.外消旋体无旋光性外消旋体无旋光性外消旋体无旋光性外消旋体无旋光性,其他性质也与单纯旋光体不同其他性质也与单纯旋光体不同其他性质也与单纯旋光体不同其他性质也与单纯旋
11、光体不同.用化学合成方法得到的用化学合成方法得到的乳酸乳酸：没有旋光性、：没有旋光性、mp.=18oC 等量等量右旋乳酸和左旋乳酸的混合物右旋乳酸和左旋乳酸的混合物外消旋体外消旋体是混合物是混合物是混合物是混合物,但不能用一般的物理方法分开但不能用一般的物理方法分开但不能用一般的物理方法分开但不能用一般的物理方法分开.外消旋乳酸：外消旋乳酸：=0 mp.=18oC本讲稿第十三页，共四十三页8.4 8.4 8.4 8.4 构型的表示法构型的表示法构型的表示法构型的表示法,构型的确定和构型的标记构型的确定和构型的标记构型的确定和构型的标记构型的确定和构型的标记 1.1.构型的表示法构型的表示法横键
12、向前横键向前竖键朝后竖键朝后本讲稿第十四页，共四十三页本讲稿第十五页，共四十三页 一般将碳链放在竖直方向，把氧化数最高的基团放在上面。一般将碳链放在竖直方向，把氧化数最高的基团放在上面。本讲稿第十六页，共四十三页2.构型的确定构型的确定 构型标准化合物构型标准化合物构型标准化合物构型标准化合物:甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛(2,3-(2,3-二羟基丙醛二羟基丙醛二羟基丙醛二羟基丙醛)指定指定指定指定为为为为(+(+(+(+)指定为指定为指定为指定为()()()()未知构型化合物通过化学反应与甘油醛相关联：未知构型化合物通过化学反应与甘油醛相关联：未知构型化合物通过化学反应与甘油醛相关联：未知构型化
13、合物通过化学反应与甘油醛相关联：左旋乳酸与右旋甘油醛构型相同左旋乳酸与右旋甘油醛构型相同X光衍射法证明光衍射法证明 相对构型也相对构型也 正是绝对构型正是绝对构型本讲稿第十七页，共四十三页3.3.3.3.构型的标记构型的标记构型的标记构型的标记 (1)(1)(1)(1)DLDL标记法标记法 以甘油醛的构型为对照标准来进行标记以甘油醛的构型为对照标准来进行标记以甘油醛的构型为对照标准来进行标记以甘油醛的构型为对照标准来进行标记.凡是与凡是与凡是与凡是与 D-D-D-D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛构型相同的化合物构型相同的化合物构型相同的化合物构型相同的化合物,都叫做都叫做都叫做都叫做“D”D”D”
14、D”型型型型凡是与凡是与凡是与凡是与 L-L-L-L-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛构型相同的化合物构型相同的化合物构型相同的化合物构型相同的化合物,都叫做都叫做都叫做都叫做“L”L”L”L”型型型型 全称全称:D-(+)-甘油醛甘油醛 全称全称:L-()-甘油醛甘油醛D D D D型型型型L L L L型型型型右旋甘油醛的构型定为右旋甘油醛的构型定为D型型左旋甘油醛的构型定为左旋甘油醛的构型定为L型型本讲稿第十八页，共四十三页D-(+)-甘油醛甘油醛D、L只表示构型，不表示旋光方向。只表示构型，不表示旋光方向。本讲稿第十九页，共四十三页(2)RSRSRSRS标记法标记法标记法标记法 根据手性碳原子
15、所连接的四个原子或原子团在空间的排根据手性碳原子所连接的四个原子或原子团在空间的排列来标记列来标记.手性碳原子所连接的四个原子或原子团根据手性碳原子所连接的四个原子或原子团根据次序规则次序规则排列排列排列排列,优先的在前优先的在前优先的在前优先的在前,如如如如:abcdabcdabcdabcd 将最小的将最小的将最小的将最小的d d d d 放在离观察者最远的位置放在离观察者最远的位置,其余三个基团其余三个基团从从a a 开始开始,沿者沿者a ab bc c 顺序画圈顺序画圈,若是顺时针的若是顺时针的若是顺时针的若是顺时针的,则标记为则标记为则标记为则标记为R,R,R,R,若是反时针的若是反时
16、针的若是反时针的若是反时针的,则标记为则标记为则标记为则标记为S.S.本讲稿第二十页，共四十三页次序规则：次序规则：1、与双键碳原子直接相连的原子按原子序数递减、与双键碳原子直接相连的原子按原子序数递减次序排列：次序排列：I，Br，Cl，S，P，F，O，N，C，D，H2、直接相连的第一个原子相同，则比较其以后原、直接相连的第一个原子相同，则比较其以后原子的原子序数。子的原子序数。本讲稿第二十一页，共四十三页例例:本讲稿第二十二页，共四十三页RSRS标记法用于菲舍尔投影式标记法用于菲舍尔投影式:最小基团最小基团最小基团最小基团d d在竖立键上在竖立键上在竖立键上在竖立键上,只要依此将只要依此将只
17、要依此将只要依此将a a a ab b b bc c c c 顺序画圈顺序画圈顺序画圈顺序画圈,顺时针为顺时针为顺时针为顺时针为R,R,R,R,反时针为反时针为反时针为反时针为S.S.S.S.最小基团最小基团最小基团最小基团d d在横键上在横键上在横键上在横键上,也依此将也依此将也依此将也依此将a ab bc c 顺序画圈顺序画圈顺序画圈顺序画圈,但但但但 顺时针为顺时针为顺时针为顺时针为S,S,反时针为反时针为反时针为反时针为R.R.本讲稿第二十三页，共四十三页例例例例:乳酸乳酸乳酸乳酸本讲稿第二十四页，共四十三页分子中含有多个手性碳原子时分子中含有多个手性碳原子时分子中含有多个手性碳原子时
18、分子中含有多个手性碳原子时,一一标出一一标出一一标出一一标出:则名称为则名称为则名称为则名称为:(2:(2S,3R)-2,3-S,3R)-2,3-戊二醇戊二醇戊二醇戊二醇R RS S本讲稿第二十五页，共四十三页注意注意:1.标记方法与旋光方向无关标记方法与旋光方向无关2.一个化合物经反应后一个化合物经反应后,若构型保持不变若构型保持不变,但但R S S标记却不一定相同标记却不一定相同.本讲稿第二十六页，共四十三页8.5 含有多个手性碳原子化合物的立体异构含有多个手性碳原子化合物的立体异构 1.含有两个不同手性碳原子化合物的立体异构含有两个不同手性碳原子化合物的立体异构例：例：2-羟基羟基-3-
19、氯丁二酸氯丁二酸对映体对映体对映体对映体非对映体非对映体四四四四种种种种立立立立体体体体异异异异构构构构体体体体本讲稿第二十七页，共四十三页非对映体非对映体不存在对映关系的立体异构体。不存在对映关系的立体异构体。非对映体之间，比旋光度不同，旋光方向可能相同，也可能不同。非对映体之间，比旋光度不同，旋光方向可能相同，也可能不同。其他物理性质均不同。其他物理性质均不同。非对映体的混合物可以用一般的物理方法分开。非对映体的混合物可以用一般的物理方法分开。一般，含有一般，含有n个手性碳原子，个手性碳原子，最多最多可有可有2n 种立体异构体。种立体异构体。本讲稿第二十八页，共四十三页2.含有两个相同手性
20、碳原子化合物的立体异构含有两个相同手性碳原子化合物的立体异构本讲稿第二十九页，共四十三页内消旋体内消旋体虽然含有手性碳原子，但却不是手性分子，虽然含有手性碳原子，但却不是手性分子，因而也没有旋光性的化合物。因而也没有旋光性的化合物。本讲稿第三十页，共四十三页 含有一个手性碳原子的分子必有手性含有一个手性碳原子的分子必有手性 含有多个手性碳原子的分子不一定都有手性含有多个手性碳原子的分子不一定都有手性 所以所以不能说凡是含有手性碳原子的分子都是手性分子不能说凡是含有手性碳原子的分子都是手性分子内消旋体和外消旋体都没有旋光性，但本质不同内消旋体和外消旋体都没有旋光性，但本质不同:内消旋体是内消旋体
21、是单纯单纯的非手性的非手性分子分子，不可拆分，不可拆分 外消旋体是两个对映体的外消旋体是两个对映体的混合物混合物，可拆分，可拆分本讲稿第三十一页，共四十三页3.含有三个手性碳原子化合物的立体异构含有三个手性碳原子化合物的立体异构 例：戊醛糖（例：戊醛糖（CH3OHCHOHCHOHCHOHCHO)八种立体异构体，四对对映体八种立体异构体，四对对映体本讲稿第三十二页，共四十三页假手性碳原子假手性碳原子不能对分子手性起作用的手性碳原子不能对分子手性起作用的手性碳原子*2342R4R2S4S2R4S2S 4R3R3S本讲稿第三十三页，共四十三页差向异构体差向异构体在立体化学中，含有多个手性碳原子的在立
22、体化学中，含有多个手性碳原子的立体异构体中，只有一个手性碳原子的构型不相同，立体异构体中，只有一个手性碳原子的构型不相同，其余的构型都相同的非对映体。其余的构型都相同的非对映体。一般，含有一般，含有n个手性碳原子的化合物，个手性碳原子的化合物，最多最多最多最多可以有可以有2n种旋光种旋光异构体。异构体。本讲稿第三十四页，共四十三页8.6 外消旋体的拆分外消旋体的拆分将外消旋体分离成旋光体将外消旋体分离成旋光体 1、机械拆分法、机械拆分法 2、微生物拆分法、微生物拆分法 3、选择吸附拆分法、选择吸附拆分法 4、诱导结晶拆分法、诱导结晶拆分法 5、化学拆分法、化学拆分法拆分酸拆分酸拆分剂拆分剂拆分
23、酸或碱拆分酸或碱本讲稿第三十五页，共四十三页拆分非酸非碱：拆分非酸非碱：如：如：拆分醇时拆分醇时：可引入酸性基团：可引入酸性基团：或与旋光性酰氯作用：或与旋光性酰氯作用：拆分醛酮时拆分醛酮时，与旋光性的肼作用：，与旋光性的肼作用：本讲稿第三十六页，共四十三页8.7 手性合成（不对称合成）手性合成（不对称合成）得到外消旋体得到外消旋体 手性合成手性合成手性合成手性合成（不对称合成不对称合成）不经过拆分直接合成出不经过拆分直接合成出具有旋光性的物质的方法。具有旋光性的物质的方法。若反应在某种手性条件下进行若反应在某种手性条件下进行旋光性物质的混合物旋光性物质的混合物本讲稿第三十七页，共四十三页8.
24、8环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构顺反异构顺反异构对映异构对映异构本讲稿第三十八页，共四十三页环丙烷：不同取代基环丙烷：不同取代基环丙烷：相同取代基环丙烷：相同取代基本讲稿第三十九页，共四十三页1,2-取代取代1,3-取代取代环丁烷：含有两个相同的取代基时：环丁烷：含有两个相同的取代基时：本讲稿第四十页，共四十三页8.9 不含手性碳原子化合物的对映异构不含手性碳原子化合物的对映异构丙二烯分子：丙二烯分子：当当1、3 碳原子分别连有不同基团时，分子有手性碳原子分别连有不同基团时，分子有手性本讲稿第四十一页，共四十三页反式大环烯烃：反式大环烯烃：联苯分子：联苯分子：本讲稿第四十二页，共四十三页8.10含有其它手性原子化合物的对映异构含有其它手性原子化合物的对映异构本讲稿第四十三页，共四十三页