对映异构和非对映异构课件.ppt

4 对映异构和非对映异构对映异构和非对映异构本章要点本章要点•旋光现象与分子结构的关系；旋光现象与分子结构的关系；•手性分子的投影表示和手性分子的投影表示和Fischer投影式；投影式；•手性化合物的种类与性质手性化合物的种类与性质1对映异构和非对映异构•分子构型产生于碳原子及其它原子的原子轨分子构型产生于碳原子及其它原子的原子轨道空间分布，形成的分子随之产生相对于一道空间分布，形成的分子随之产生相对于一个参照的空间特征分布；个参照的空间特征分布；•构造相同的有机物分子会有不同的构型或构构造相同的有机物分子会有不同的构型或构象；如果因这些不同而产生有机物性质不同，象；如果因这些不同而产生有机物性质不同，即产生异构现象：构型异构及构象异构；即产生异构现象：构型异构及构象异构；•构型异构包括几何异构和旋光异构构型异构包括几何异构和旋光异构2对映异构和非对映异构4.1 和和 4.2 一、旋光现象一、旋光现象•旋光性质：能使平面偏振光的偏振面发生旋转的旋光性质：能使平面偏振光的偏振面发生旋转的性质；性质；•旋光性物质：具有旋光性质的物质；旋光性物质：具有旋光性质的物质；•旋光度：旋光能力的度量；旋光度：旋光能力的度量；•比旋光度：比旋光度是在一定测量条件下，单位比旋光度：比旋光度是在一定测量条件下，单位浓度的旋光性物质在单位光程下的旋光度，浓度的旋光性物质在单位光程下的旋光度，用用 表示。

表示3对映异构和非对映异构1234对映异构和非对映异构二、分子的手性与分子结构二、分子的手性与分子结构 1，手性与旋光性，手性与旋光性•手性物质：一个物质的实体与其镜象若不能重叠，手性物质：一个物质的实体与其镜象若不能重叠，称其有手性；称其有手性；•有手性的分子称为手性分子，手性分子组成的手有手性的分子称为手性分子，手性分子组成的手性化合物有旋光性；性化合物有旋光性；•分子有手性是由于分子结构不对称（分子没有对分子有手性是由于分子结构不对称（分子没有对称面、对称中心等对称因素）；称面、对称中心等对称因素）；•连有四个不同原子和原子团的碳原子是手性碳原连有四个不同原子和原子团的碳原子是手性碳原子；子；5对映异构和非对映异构6对映异构和非对映异构7对映异构和非对映异构8对映异构和非对映异构 2，对映异构现象和对映异构体，对映异构现象和对映异构体•手性分子与其镜象不能重叠，是两个不同的化合手性分子与其镜象不能重叠，是两个不同的化合物，这两个化合物是一对对映异构体；物，这两个化合物是一对对映异构体；•对映异构体之间构造相同，仅是分子中原子或原对映异构体之间构造相同，仅是分子中原子或原子团在空间的伸展方向不同；子团在空间的伸展方向不同； 9对映异构和非对映异构•对映异构体之间在熔点、沸点、折光率等物理对映异构体之间在熔点、沸点、折光率等物理性质和多数化学性质上没有差别；但在生物学性质和多数化学性质上没有差别；但在生物学上意义重大；上意义重大；•对映异构体具有不同的旋光性质，其一使偏振对映异构体具有不同的旋光性质，其一使偏振光左旋（光左旋（ - - ），另一使偏振光右旋（），另一使偏振光右旋（ + ），两），两者的比旋光度绝对值相同；者的比旋光度绝对值相同；•等量的对映异构体混合物旋光性质抵消，混合等量的对映异构体混合物旋光性质抵消，混合物没有旋光性，称为外消旋混合物（化合物？）物没有旋光性，称为外消旋混合物（化合物？）•外消旋表示为（外消旋表示为（±）） ；；10对映异构和非对映异构 3，手性碳原子与含一个手性碳原子的分子手性碳原子与含一个手性碳原子的分子•只含有一个手性碳原子的分子是不对称分只含有一个手性碳原子的分子是不对称分子，此分子有手性；子，此分子有手性；•手性碳原子的手性碳原子的 绝对构型与绝对构型与R/S 标记法：标记法：–将手性碳原子上的四个原子和原子团按取代基将手性碳原子上的四个原子和原子团按取代基次序规则排序；次序规则排序；–将最小的一个远离观察者，看其它的三个按大将最小的一个远离观察者，看其它的三个按大小排列的旋转方向：顺时针排列者为小排列的旋转方向：顺时针排列者为R构型，构型，逆时针者为逆时针者为S构型；构型；11对映异构和非对映异构12对映异构和非对映异构•已知已知绝对构型的手性分子的绝对构型的手性分子的Fischer投影式投影式–以不对称碳原子为中心，将最长的碳链投影在以不对称碳原子为中心，将最长的碳链投影在竖直方向，并使编号最小的碳原子写在上面；竖直方向，并使编号最小的碳原子写在上面；–投影时投影时必须必须遵循将分子中竖直分布的价键指遵循将分子中竖直分布的价键指向后方，水平分布的价键指向前方；向后方，水平分布的价键指向前方；–按构型在水平方向写出另两个基团；按构型在水平方向写出另两个基团；13对映异构和非对映异构14对映异构和非对映异构•根据根据Fischer投影式判断构型投影式判断构型–依照次序规则区分出四个基团的大小顺序；依照次序规则区分出四个基团的大小顺序；–看最小基团的指向：若指向后方，其它三看最小基团的指向：若指向后方，其它三个基团顺时针方向排列时为个基团顺时针方向排列时为R构型，反时构型，反时针方向为针方向为S构型；构型；–若指向前方，其它三个基团顺时针方向排若指向前方，其它三个基团顺时针方向排列时为列时为S 构型，反时针方向为构型，反时针方向为R构型；构型；15对映异构和非对映异构最小的甲基连接在水平键上，最小的甲基连接在水平键上，朝前，其它三个基团顺时针排朝前，其它三个基团顺时针排列，因此是列，因此是S构型；构型；(S)-3-甲基甲基-3-氯氯-1-戊烯戊烯最小的甲基连接在竖直键上，最小的甲基连接在竖直键上，朝后，其它三个基团顺时针排朝后，其它三个基团顺时针排列，因此是列，因此是R构型；构型；(R)-2-氯氯- 2-溴丁烷溴丁烷16对映异构和非对映异构•表示旋光特征时，左旋乳酸标记为表示旋光特征时，左旋乳酸标记为(–)-乳酸乳酸（如蔗糖发酵得到的乳酸），右旋乳酸标记为（如蔗糖发酵得到的乳酸），右旋乳酸标记为(+)-乳酸（如从动物肌肉中提取的乳酸）；乳酸（如从动物肌肉中提取的乳酸）；•此旋光特征标记与构型标记不是一回事，此旋光特征标记与构型标记不是一回事，没有任何可供比较的意义；没有任何可供比较的意义；17对映异构和非对映异构4，含两个手性碳原子的化合物，含两个手性碳原子的化合物•含两个含两个不相同不相同手性碳原子的分子具有手性，有两手性碳原子的分子具有手性，有两对对映异构体对对映异构体；•四个化合物互为异构体，且为两对对映异构体；四个化合物互为异构体，且为两对对映异构体；•不是对映体的化合物称为非对映异构体；不是对映体的化合物称为非对映异构体；18对映异构和非对映异构•含两个相同手性碳原子的分子，不能构成两对对含两个相同手性碳原子的分子，不能构成两对对映异构体映异构体： •I和和II是一对对映异构体，是一对对映异构体，III和和IV是同一个化合物是同一个化合物；；•III或或IV分子中有对称面，不是手性分子，称为内消旋分子中有对称面，不是手性分子，称为内消旋体，记为体，记为meso或或(±)；；•I和和III、、IV，， II和和III、、IV互为非对映异构体；互为非对映异构体；IIIIIIIV2R,3S19对映异构和非对映异构5，不含手性碳原子的旋光性分子，不含手性碳原子的旋光性分子•丙二烯类化合物丙二烯类化合物 ：丙二烯三个双键碳原子中间的一个是：丙二烯三个双键碳原子中间的一个是sp杂化，结构中两个双键平面互相垂直，当两端的双键杂化，结构中两个双键平面互相垂直，当两端的双键碳原子都连接不同基团时分子不对称，从而具有旋光性；碳原子都连接不同基团时分子不对称，从而具有旋光性；尽管分子中没有手性碳原子；尽管分子中没有手性碳原子； 20对映异构和非对映异构•联苯类化合物：联苯类化合物： 联苯分子中两个苯环的联苯分子中两个苯环的2、、6位上有不同位上有不同取代基时，两个苯环不能处于同一个平面上，分子不对称，取代基时，两个苯环不能处于同一个平面上，分子不对称， 从而具有旋光性；尽管分子中也没有手性碳原子从而具有旋光性；尽管分子中也没有手性碳原子；21对映异构和非对映异构三、旋光异构体的性质三、旋光异构体的性质•内消旋体没有旋光性；内消旋体没有旋光性；•一对对映异构体的等量混合物也没有旋光性，一对对映异构体的等量混合物也没有旋光性，称为外消旋化；称为外消旋化；•非对映异构体之间在物理性质和化学性质个方非对映异构体之间在物理性质和化学性质个方面都有很大的差别，而对映异构体之间仅在手面都有很大的差别，而对映异构体之间仅在手性性质方面有差别性性质方面有差别: 如旋光性、生物酶活性等；如旋光性、生物酶活性等；•对映异构体混合物常用的分离方法是拆分：用对映异构体混合物常用的分离方法是拆分：用另一种旋光性化合物与对映体化合物反映生成另一种旋光性化合物与对映体化合物反映生成两个非对映异构体，这是较容易分离的混合物；两个非对映异构体，这是较容易分离的混合物；22对映异构和非对映异构23对映异构和非对映异构24对映异构和非对映异构。