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第8章立异构
学 习 目 标 说说出立体异构、光学异构、手性分子、手性碳原子、对应体、非对应体、外消旋体和内消旋体的概念 叙述费歇尔投影式的方法 详述构型的D、L及R、S的标记法 简述出对映异构的理化性质 五年制卫生高职有机化学课件 有机化学课件 第八章 立体异构 第一节 旋光异构 1.平面偏振光 光波是一种电磁波,它的振动方向与前进方向垂直。 一、平面偏振光和物质的旋光性 在光前进的方向上放一个(Nicol)棱晶或人造偏振片,只允许 与棱晶晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱晶,而在其它平 面上振动的光线则被挡住。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,能使偏振光振动 平面向左旋转的物质称左旋体,使偏振光振动平面旋转的角度称为 旋光度,用α表示。 二、旋光度、比旋光度与旋光仪 1.旋光仪与旋光度 测定化合物的旋光度是用旋光仪,旋光仪主要部分是有两个尼 可尔棱晶(起偏棱晶和检偏棱晶),一个盛液管和一个刻度盘组 织装而成。 若盛液管中为旋光性物质,当偏光透过该物质时会使偏光向左 或右旋转一定的角度,如要使旋转一定的角度后的偏光能透过检 偏镜光栅,则必须将检偏镜旋转一定的角度,目镜处视野才明亮, 测其旋转的角度即为该物质的旋光度α。如下图所示: 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。比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下。 当物质溶液的浓度为1g/ml,盛液管的长度为1分米时,所测物质 的旋光度即为比旋光度。若所测物质为纯液体,计算比旋光度时, 只要把公式中的C换成液体的密度d即可。 最常用的光源是钠光(D),λ=589.3nm,所测得的旋光度记为 所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。因此在不用水为溶剂时, 需注明溶剂的名称,例如,右旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋光 度为: = +3.79 (乙醇,5%)。 三、分子的手性与分子结构的关系 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) 镜子 (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。 特征: 2.分子对称因素 (1)对称面 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,例如: 具有对称面的分子无手性。 物质分子能否与其镜象完全重叠(是否有手性),可从分子中有无对称因素来判断,最常见的分子对称因素有对称面和对称中心。 (2)对称中心 若分子中有一点P,通过P点画任何直线,如果在离P等距离直线 两端有相同的原子或基团,则点P称为分子的对称中心。例如: 有对称中心的分子没有手性。 物质分子在结构上具有对称面或对称中心的,就无手性,因而没 有旋光性。 物质分子在结构上既无对称面,也无对称中心的,就具有手性, 因而有旋光性。 四、对映体的构型及命名法 1.构型的表示方法 对映体的构型可用立体结构(楔形式和透视式)和费歇尔 (E·Fischer)投影式表示, (1)立体结构式 手性分子与其镜像互称对映异构体 (2)Fischer投影式 为了便于书写和进行比较,对映体的构型常用费歇尔投影式表示: 投影原则: 1° 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子,位于纸平面。 2° 横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面,竖线表示指 向纸平面的后面。 3° 将含有碳原子的基团写在竖线上,编号最小的碳原子写在竖 线上端。 使用费歇尔投影式应注意的问题: a 基团的位置关系是“横前竖后” b 不能离开纸平面翻转180°;也不能在纸平面上旋转90°或270° 与原构型相比。 C 将投影式在纸平面上旋转180°,仍为原构型。 2.判断不同投影式是否同一构型的方法: (1)将投影式在纸平面上旋转180°,仍为原构型。 (2)任意固定一个基团不动,依次
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