对映异构-重点实验室.doc

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对映异构-重点实验室

第六章 对映异构 教学要求: 1、了解偏振光和物质的旋光性;2、了解旋光仪,旋光度和比旋光度;3、熟悉手性分子和旋光性,手性与对称因素之间的关系;4、含一个手性碳原子分子的对映异构;5、对映异构体的性质差异 §6-1 物质的旋光性 一、平面偏振光和旋光性 1、普通光的特点 ⑴光波的振动方向和传播方向垂直。 ⑵光波可在任何可能的平面上振动。 2、平面偏振光 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。 3、物质的旋光性 能使平面偏振光振动平面旋转的性质称为物质的旋光性。 具有旋光性的物质称为旋光性物质或光活性物质。 能使平面偏振光振动平面向右旋转称为右旋体用(+)表示; 能使平面偏振光振动平面向左旋转称为左旋体用(-)表示。 旋光物质使平面偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度,通常用α表示。 二、旋光仪和比旋光度 1.旋光仪:是测定物质旋光度的仪器。 2.比旋光度 (用来比较物质的旋光性能) 通常规定:1ml含1g旋光物质的溶液,放在1dm长的盛液管中测得的旋光度为该物质的比旋光度。 比旋光度是旋光物质特有的物理常数。可按下式计算: λ为测定时光的波长,一般采用钠光(波长为589 nm,用D表示)。 §6-2 对映异构与分子结构的关系 一、对映异构现象的发现 1848年,巴斯德(Louis Pasteur)在研究酒石酸钠铵的晶体时,发现酒石酸钠铵有两种不同的晶体,这两种晶体互为实物和镜象的关系,外形相似,但不能重合。 到1874年,随着C原子四面体学说提出,范特霍夫(Vant Hof)指出,如果一个C原子连有四个不同基团,这四个基团在C原子周围可以有两种不同的排列形式,有两种不同的四面体空间构型,它们互为镜象,和左右手之间的关系一样,外形相似,但不能重合。它们的关系称作实物与镜象的对映关系。 这种与四个不同基团相连的C原子称不对称C原子,又称手性C原子。用C*表示。 二、手性和对称因素 1.手性 手性:物质的分子和它的镜象不能重合,就和我们的左右手虽然很相象,但不能重叠一样,把物质的这种特征称为手性或手征性。 具有手性的分子叫手性分子。 注意:手性分子必定旋光,旋光的分子必定是手性的。 2.对称因素 · 手性分子在结构上有哪些特点? ·· 手性物质是否一定含有手性C原子? ···含有手性C原子的是否一定有旋光性? 分子的手性(而不是手性碳)是其具有旋光性和对映异构现象的充分必要条件。要从分子模型判断分子手性,虽然直观,但很麻烦。因而从微观分子的对称性入手。 ① 对称面(σ) 假设分子中有一平面能把分子切成互为镜象的两半,该平面就是分子的对称面。 结论:具有对称面的化合物非手性分子,它没有对映异构体和旋光性。 ② 对称中心(i) 结论:具有对称中心的化合物,是非手性的,它没有对映异构体和旋光性。 ③ 对称轴(Cn) 如果穿过分子画一直线,分子以它为轴旋转一定角度后,可以获得与原来分子相同的形象,这一直线即为该分子的对称轴。当分子沿轴旋转360°/n,得到的构型与原来的分子相重合,这个轴即为该分子的n重对称轴,用Cn表示。 此化合物分子中同时含有对称面和对称中心,为非手性分子。 但有些含对称轴的化合物,却不含对称面和对称中心,也具有手性。例如,反-1,2-二氯环丙烷分子中有二重对称轴,但没有对称面和对称中心,如下图所示 3、结论 ①有对称面或对称中心的分子,不具有手性,就没有旋光性。 ②有无对称轴不能作为判断分子有无手性的标准。 ③手性碳原子所连的四个原子或基团都不相同,既没有对称面,又没有对称中心,所以含一个手性碳原子的化合物具有手性。 此外,还有不少含有其他手性因素的化合物如含手性氮等化合物及某些不含有手性碳原子的化合物。 §6-3 含一个手性碳原子化合物的对映异构 一、对映体 1.定义:分子式、构造式相同,构型不同的两个分子,在空间有两种不同的排列方式互呈物体和镜象的对映关系,互称对映异构体,简称为对映体。 对映异构体都有旋光性,其中一个是左旋的,一个是右旋的。所以对映异构体又称为旋光异构体。 2.性质 ① 理化性质一般都相同。但旋光度大小相等,方向相反。 ② 生物活性不同。例:(+)葡萄糖在动物代谢中能起独特的作用,具有菅养价值,但其对映体(-)葡萄糖则不能被动物代谢;(-)氯霉素有抗菌作用,其对映体则无疗效。 二、外消旋体 1.定义:对映体中等量左、右旋体的混合物。 2.性质 ① 无旋光性。 ② 物理性质与左、右旋体,不同。无旋光性,熔点、沸点、密度等不同。化学性质则基本相同。 ③ 在生理作用方面,外消旋体仍各发挥其所含右旋和左旋的相应效能。例:合霉素的抗菌能力仅为左旋氯霉素的一半。合霉素是左右旋氯霉素的等量混合物,其中左旋氯霉素是

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