有机化学教学之四对映异构.doc

????????? 第四章 对映异构 ??? 异构现象在有机化学中非常普遍，前面我们学过了构造异构，构型异构，顺反 异构，构象异构等，下面我们把它们归纳一下 ??异构现象包括构造异构和立体异构，其中构造异构按原子相互连接方式、次序 不同，又可分为碳架异构和位置异构；立体异构按原子在空间排列方式不同分为构 型异构和构象异构（单键旋转产生构型不同），构型异构按构型方式分为顺反异构 （环的存在引起构型不同）和对映异构。 ?? 本章主要讨论对映异构。 ?? 对映异构体与旋光性密切相关，要测定物质旋光度的大小，需要用旋光仪，下 面分别介绍有关内容。 ?§4.1 旋光性 ?4.1.1偏振光 ?? 光波是一种电磁波，它的振动方向与其前进方向垂直，在普通光里，光波在垂 直前进方向上可以有无数个振动平面。 ?? 如果有圆圈代表光线前进方向的一个横截面，那么光线透过Nicol棱晶时，只 有振动面与棱晶光轴平行的光才能通过，而在其他平面上振动的光被阻挡，即产 生偏振光。这种只在一个平面上振动的光叫平面偏振光或偏光。当偏光射到另一 个Nicol棱晶上时，若其光轴相互垂直，光线全被阻挡。这就是旋光仪的工作原理。 ?4.1.2 旋光仪 ?? 在两个光轴平行的Nicol棱晶之间放一样品管（旋光管），自然光透过第一个 固定的棱晶后成为偏光，偏光透过旋光管后射到第二个棱晶上（可转动）。若样 品对偏光没发生作用，我们可以观察到光线能全部透过第二个棱晶（见偏时）， 我们从目镜中看到视场最亮。此时，刻度盘为零。 ?? 若样品与偏光发生作用，使其偏转，这时光线就不可能全部通过第二个棱晶， 从目镜中观察到视场变暗，我们可通过旋转检偏器，使视场恢复到最亮。检偏器 所旋转的角度。即旋光度。 ? ?? 使检偏器顺时针旋转的物质，称右旋物质，用+α表示；使检偏器逆时针旋转的 物质，称左旋物质，用-α表示。 ? ?旋光度的大小与溶液的浓度、样品管的长度、光的波、温度及溶剂都有关系， 为便于比较，常用比旋度[α]表示。 ?4.1.3比旋光度 ?? 比旋光度——偏光透过厚度为10cm，浓度为1g/ml样品溶液所产生的旋光度。 公式：??? ? ?? t温度，常用20℃；λ波长，常用钠光589nm；c－g/ml ；l－10cm。 ?? 比旋光度是旋光物质特有的物理常数。eg，有一物质的水溶液，浓度为5g/100 ml，在10cm长的管内，它的旋光度是-4.64°，求 ????????????????? ?? 查手册得出，果糖的，故该物质可能是果糖水溶液。 ?? 相反，若知道某物质的后，也可测定该物质溶液的浓度。 ?? 制糖工业经常利用旋光度来控制糖液的浓度。 注：浓度的单位是单位体积溶液中所含溶质的质量，不是质量百分比。 ?? 若所测旋光物质为纯液体，计算时，将c换成d密度g/cm3? ?§4.2? 对映异构和分子结构的关系 ?4.2.1 对映异构现象的发现 ?? 1848年法国化学巴斯德在研究酒石酸钠铵晶体时，发现有两种不同的晶体，外 形非常相似，但不能重叠，互为镜相关系。巴斯德细心用镊子将其分开，分别溶于 水中，测旋光度，发现一种是右旋，另一种为左旋，并且比旋光度相等。此时，他 意思到旋光性与晶体的不对称性有关系，但溶于水后，晶体消失了，而旋光性依然 存在，显然旋光性与分子内部的结构及不对称性有关。由此他提出了两个重要概念： ?1、对映异构现象是由于分子中原子在空间排列不同引起的； ?2、 ?? 为了说明对映异构产生的原因，1874年荷兰化学家霍夫和法国化学家勒贝尔分 别提出了碳原子的四面体学说。认为当一个碳原子连接四个不相同的原子或基团时， 它们在空间有两种不同的排列方式，即构型不同，互为镜象关系，有旋光性。 ?如：乳酸? ? ? 分子中连有四个不同原子或基团的碳原子叫不对称碳原子（手性碳原子）， 用表示 ????? ? ?4.2.2 手性和对称因素 ?在讨论对映异构时，人们常用手性这个概念。 ?1、手性? 人们把物体与它的镜象不能重合这种特性叫手性。这种情况与左右手 的关系相似，故借用描述。具有手性的分子叫手性分子，手性分子必定旋光，旋 光的分子必定是手性的。存映异构体。反之，非手性分子必定不旋光，不旋光的 分子必定是非手性的分字，不存在对映异构体。 ?? 判断一个分子是否存在对映异构，最简单的方法是搭模型。先搭出分子的构型， 再搭出其镜象。若两者不能重合，即有对映异构体，若能重合就不存在对映异构， 这种方法直观、形象，但繁琐，对复杂的分子，难以判断。我们可以借助分子的对 称因素来判断分子是否具有手性。 ?2、对称因素 ?①、对称面σ ?? 若一个平面能把一个分子切成两个部分，且一部分正好是另一部分的镜象，则 这个平面就是该分子的对称面。 甲烷C（a a a a）