有机化学-第三章立体化学[精选].ppt

* * 第三章 对映异构 【基本要求】 1、掌握立体异构、光学异构、对称因素（主要指对称面、对称中心）、手性碳原子、手性分子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体等基本概念。 2、掌握书写费歇尔投影式的方法。 3、掌握构型的D、L和R、S标记法。 4、掌握判断分子手性的方法。 ? 对映异构是指分子式、构造式相同，构型不同，互呈镜像对映关系的立体异构现象。 对映异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，只是对平面偏振光的旋转方向（旋光性能）不同。 在空间的排列上，可以看出他们是不相同的 为什么要研究对映异构呢？因为： 1．天然有机化合物大多有旋光现象。 2．物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维生素C可治抗坏血病，而右旋的不行）。 3．用于研究有机反应机理。 可见，这两个异构体是互相对映的，互为物体与镜像关系，故称为对映异构体。对映异构体中，一个使偏振光向右旋转，另一个使偏振光向左旋转，所以对映异构体又称为旋光异构。 §3—1 物质的旋光性 一、平面偏振光和物质的旋光性 1．平面偏振光 光是一种电磁波，光波的振动方向与光的前进方向垂直 如果让光通过一个象栅栏一样的 Nicol 棱镜 (起偏镜)就不是所有方向的光都能通过，而只有与棱镜晶轴方向平行的光才能通过。这样，透过棱晶的光就只能在一个方向上振动，象这种只在一个平面上振动的光，称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。 2．物质的旋光性 能使平面偏振光振动平面旋转的物质称为物质的旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性物质（也称为光活性物质）。 能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体，用“D”与“+”表示；能使偏振光振动平面向左旋转的物质称左旋体，用“L”与“-”表示。使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度，用α表示。 二、旋光仪与比旋光度 1.旋光仪 2.比旋光度 旋光性物质的旋光度的大小决定于该物质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长等因素有关。为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用比旋光度来表示。 §3—2 对映异构现象与分子结构的关系 一、对映异构现象的发现 1848年巴斯德[L.Pasteur (1822-1895)]在研究酒石酸钠铵的晶体时，发现无旋光性的酒石酸钠铵是两种互为镜象不同的晶体的混合物。把混合物分成两小堆：一小堆是右旋的晶体，另一小堆是左旋的晶体。虽然原先的混合物是没有旋光性的，现在各堆晶体溶于水以后都是有旋光性的！还有，两个溶液的比旋光度完全相等，但旋光方向相反。这两个物质的其他性质都是相同的。 Pasteur指出，对映异构现象是由于分子中的原子在空间的不同排列所引起的。 1874年随着碳原子四面体学说的提出，Van‘t Hoff指出，如果一个碳原子上连有四个不同基团，这四个基团在碳原子周围可以有两种不同的排列形式，即两种不同的四面体空间构型。它们互为镜像，和左右手之间的关系一样，外形相似但不能重合。 不对称碳原子：这种与四个不同的原子或原子团相连的碳原子称为不对称碳原子。通常用“*”号标出 二、手性和对称因素 1． 手性 （以乳酸CH3C*HOHCOOH为例来讨论） 乳酸有两种不同构型（空间排列） 特征： （1）不能完全重叠， （2）呈物体与镜象关系（左右手关系）。 物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右手一样）彼此不能完全重叠的特征，称为分子的手性。 具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子叫做手性分子。 连有四个各不相同基团的碳原子称为手性碳原子（或手性中心）用C*表示。 凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具有手性，是手性分子。 物质具有手性就有旋光性和对映异构现象，那么，物质具有怎样的分子结构才与镜象不能重合，具有手性呢？ 要判断某一物质分子是否具有手性，必须研究分子的对称性质，下面介绍分子中常见的几种对称因素：对称面（σ）、对称中心（i）、对称轴（Cn）、更替对称轴（Sn）。 ??? 凡物质分子在结构上不具有对称面、对称中心或四重更替对称轴，这个物质就具有手性，它和镜象互为对映异构，具有旋光性。 1.对称面（σ）： 分子中有对称面，它和它的镜象就能够重合，分子就没有手性，是非手性分子（Achiral molecule），因而它没有对映异构体和旋光性。 2.对称中心（i） 若分子中有一点P，通过P点画任何直线，两端有相同的原子，则点P称为分子的对称中心（用i表示）。 具有对称中心的化合物和它的镜象是能重合的，因此它不具有手性。 3.对称轴（Cn） 如果穿过