有机化学理论课 第五章 旋光异构[精选].doc

第五章 旋光异构 Optical Isomerism) 一、教学目的和要求 同分异构是有机化合物的普遍现象，因此同分异构化学即立体化学的一个重要部分，它是研究组成分子的各个原子在空间的不同排布方式所引起的异构现象,以及因这些异构现象而引起的分子的物理和化学性质的差异的影响.所以讨论立体化学时,总是先从立体异构现象谈起.前面我们已在第二章、第三章、第四章讨论了某些立体异构现象，例如，烷烃构像、脂环烃构像、含双键和脂环化合物顺反异构。本章在对上述内容作简要小结后，重点讨论立体异构现象中最重要，也是不易掌握的对映异构现象，为进一步学习碳水化合物、蛋白质，以及各类反应中的立体化学现象打好基础 本章学习的具体要求 1、掌握有机化合物异构的分类 2、掌握对映异构、手性、手性分子、非手性分子、旋光活性、旋光活性物质、旋光度和比旋光度等有关概念 3、掌握对映异构体数目的计算方法和对映、非对映、外消旋体和内消旋体的概念。 4、掌握费歇尔投影式和投影规则 5、了解外消旋化。 二、教学重点与难点 重点是旋光异构，旋光与分子结构的关系；含不对称碳原子化合物的旋光异构； 难点是旋光异构的表示方法；R、S命名法。 三、教学内容 1、偏振光和旋光性 分子的对称性，手性，旋光活性 构型表示方法D/L，R/S 含有多于一个手性碳原子的立体异构 取代丙二烯类和取代联苯类的旋光异构 立体专一反应和立体有择反应 外消旋体的拆分5.1 各种异构现象的归纳 ? 旋光异构又称对映异构或光学异构，是指两个分子或多个分子间，由于构型的差异而表现出不同的旋光性能的现象，这些分子互为旋光异构体。 ? ? 5.2 物质的旋光性Optical Activities of Substances 偏振光（plane-polarized light） ? ? 使偏振光的振动平面发生偏转的特性叫旋光性。 物质旋光能力的大小用比旋光度（specific rotation）表示。 ? ? 5.3 分子的对称性、手性（chirality）与旋光活性 什么样的物质具有旋光性？ 一、手性、手性碳原子、和手性分子 实物与其镜象不能重合的特征称为手性，有如左右手的关系。 生活中还有其它一些物体也具有手性，如风扇叶片、螺钉、鞋…等。 与四个不同的原子或基团相连接的碳原子称为手性碳原子或不对称碳原子(用C*表示)，如2-丁醇中的2-位碳原子就是手性碳原子： ? 手性分子—与镜影不能重叠。 手性碳原子是构成手性分子的重要原因。 如何从分子结构上来判断一个化合物是否具有手性?根本的办法是判断分子是否具有对称因素。 对称因素有: 对称面、对称轴和对称中心。 ? 二、手性与对称因素的关系 对称面： 如下图3：2-氯丙烷(a)有对称面，2-氯丁烷(b)无对称面，后者是手性分子。 而E-1,2-二氯乙烯、Z-1,2-二氯乙烯都有对称面，因此都不是手性分子。 ? 对称中心： 通过一点做任意直线、在直线距中心点等距的两端有相同的原子或基团，则这一点就是分子的对称中心。 反-2.4-二甲基-反-1.3-环丁二酸有对称中心，不是手性分子。 反-2.,4-二甲基-顺-1,3-环丁二酸无对称中心，但有对称面，因此也无旋光活性。 具有对称因素的分子不具备手性，无旋光性，不具备对称因素的分子才有旋光异构。 5.4 含一个手性碳原子化合物的旋光异构 一、对映体（enantiomer） 　　互为镜象的光学异构体称为对映体。如乳酸，有二种不同的空间排列，互为镜象，称为对映体。它们化学性质相同，m.p、b.p亦相同，比旋光度数值相等，唯旋光方向相反，其中一个代表“＋”，另一个代表“－”。 图：乳酸的对映体球棍模型 ? 二、外消旋体（racemic mixture，or racemate） ?等量对映体的混合物无旋光性，称为外消旋体。 含一个手性碳的化合物有二个旋光异构体，它们是一对对映体，可组成外消旋体。 三、Fischer投影式　 投影规则： (1) 碳链竖放，碳链编号最小的碳原子位于上端。 (2) 用交叉的“+”代表手性碳原子。 (3) 与手性碳原子相连的横线表示伸向纸面前方的化学鍵。 (4) 与手性碳原子相连的竖线表示伸向纸背面的化学健。 几点注意： ? 1、投影式在纸面上旋转90°,构型反转。 ? 2、在纸面上旋转180°，构型不变。 ? 3、离开纸面翻转，则构型反转。 ? 4、固定任意一个原子或基团不动，其它三个基团作顺时针或逆时针轮换,构型不变； 若有二个位置互换则构型反转。 ? 5.5 旋光异构体构型的表示法 一、D、L 标记法 1951年前，人为规定用