1、1,第三章 立体化学,在三维空间对分子的结构、性质进行的研究,2,3,3.1 对映异构和四面体碳,1848年，巴斯德(法国）借助放大镜拆分,4,*对映异构,对映异构体: 两异构体互为镜像，却不能重合。,手性,手性物体,手性:实物和镜像不能重合。,非手性物体,5,例如右旋乳酸和左旋乳酸,互为实物与镜象的两个构型异构体又称对映体。它们构造相同。互相对映却不能叠合。,6,3.4 手性分子和手性碳(P58),7,8,9,普通光 Nicol 棱镜 平面偏振光,3.2 偏振光和分子的旋光性(P56),光是一种电磁波，光波的振动方向与其前进方向垂直。普通光在所有垂直于其前进方向的各个平面上振动。偏振光只在一
2、个平面上振动。,10,旋光性能使偏振光的振动方向旋转一定角度的性质 右旋 (+) ； 左旋 (),旋光度旋光性物质使偏振光的振动平面所旋转的角度用表示溶液的旋光度与浓度、盛液管长度成正比,11,一对对映体对偏振光的作用不同，一个使偏振光向顺时针方向偏转，另一个使偏振光向逆时针方向偏转，两者偏转数值相同。,据此可把化合物分成两类:一类有旋光性另一类没有旋光性,12,比旋光度单位浓度、单位盛液管长度下测得的旋光度，用 t表示。,为了表示,比较不同物质旋光能力，引入比旋光度,比旋光度(P59)（教材3.5）,比旋光度的符号和大小是旋光性物质的一个物理常数。,例如，在温度为20C时，用钠光灯为光源测得
3、的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52.2,应记为：D20=+52.2（水）,物质的比旋光度与测量时的温度、光源的波长以及所使用的溶剂有关。表示比旋光度时，需要标明。,13,3.3 对称元素和手性,如何依据结构判断分子是否有旋光性？,需要考虑的对称元素主要有以下二种,14,(1)一个分子的所有原子都处在该平面上(平面分子)； (2)有一个穿过分子并能把它分成互为物体和镜像两部分的平面。,H,Cl,CC,H,Cl,(甲) 对称面（）,15,例如:,对称面的对称操作是反映（即照镜子）。,环丙烷,16,设想分子中有一个点，从分子中任何一个原子出发，向这个点作一直线，再从这个点将直线延长出去，则在该点前一
4、线段等距离处，可以遇到一个同样的原子，这个点就是对称中心,H,Cl,H,F,Cl,H,F,H,(乙）对称中心,17,当分子中有对称面或对称中心时,其实物与镜象的分子可以完全重合,分子就没有旋光性。,依据对称元素判断旋光性:,反之,当分子中没有对称面或对称中心时，(在绝大多数情况下)其实物与镜象就不能叠合，产生对映异构现象,如同左右手的关系,故又称为手性。,手性分子 旋光性,18,判断下列化合物是否有手性碳？是否是手性分子?,有两个手性碳却不是手性分子！,含一个手性碳原子的分子一定是个手性分子。含多个手性碳原子的分子不一定是个手性分子,不能仅从分子中有无手性原子来判断其是否为手性分子,19,判断
5、下列化合物哪些是手性分子？如有手性碳，用星号标出。,课堂习题,*,*,*,*,*,*,*,*,20,手性分子的获得,获得手性分子的重要意义药物与人类的关系构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的。,手性分子的来源自然界: 糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物不对称有机合成反应,21,(S)-天冬酰胺（苦味）,(R)-天冬酰胺（甜味）,22,球棍模型不方便,透视式锯架式 (从斜侧面看分子模型的形象)和纽曼投影式(从碳碳键轴的延长线上来观察),3.6. 手性分子的表示方法(P59),3.6 含一个手性碳原子的化合物,23,乙烷重叠式和
6、交叉式构象的透视式、锯架式和Newman投影式,复习烷烃构象的表示方法,24,手性分子的表示法,一对对映体的透视式表示法,直观，但书写麻烦,25,3.6.2 Fischer投影式(P60),i） 十字线交叉点表示手性碳原子；ii）主链碳放在垂直方向，氧化态高的在上端；iii）横前，竖后（左右朝前，上下朝后）。,Fischer 投影式,2-丁醇,-由四面体进行投影而得到,26,投影式描述的立体结构全是重叠式结构所以，式是式的重叠式加以平板化。,例：2, 3-丁二醇,逆向看,27,锯架透视式,*各构型式间转换: (1)透视式或纽曼投影式改写成费歇尔投影式时，先把交叉式构象旋转成重叠式构象，然后按投
7、影要求写出相应的费歇尔投影式。(2)判断每一个手性碳的R,S构型。,费歇尔投影式,纽曼投影式,28,.R/S构型标记法,R拉丁字Rectus（右）； S 拉丁字Sinister（左） 英语RightR/S标记法是根据手性碳原子上所连的四个原子或原子团在空间的实际排列方式来标记的。,3.6.3 R/S命名和次序规则(P61),1) 排序 2) 观察 3) 定构型,29,abcd,吖顺时针： R-构型 ！,1) 排序：将手性碳原子上所连的4个原子或原子团按照原子序数(次序规则)排列，确定大小次序。 2) 观察：眼-手性碳-最小原子（团）成一线，并将最小基团放在后边，按优先次序依次轮看其余三个基团。
8、 3) 定构型：顺时针（右）为 R，逆时针为S。,R/S构型标记法,30,嗷 逆时针， S-构型！,可形象记为 右手定则右-R；左-S,31, 次序规则：,（1） 原子序数较大的为优先基团 I Br Cl S O N C,（2） 同位素较重的为优先基团 D H,32,（3） 第一个原子相同，则比较第二个，依次外推,33,（4） 双键或三键相当于两个或三个相同的原子,34,3. 次序规则的应用,标记构型,1) 排序,2) 观察,3) 定构型,35,标记： 的构型。,根据次序规则：OHCOOHCH3H,36,直接从Fischer投影式判断R/S构型概括地说：“横变竖不变”,37,一、 从透视式标定
9、构型,课堂习题,从Fischer投影式判断构型,S,38,3. CO2CH3 COCH3 CH2OCH3 CH2CH3, ,39,如果不知道原子团在空间的实际排列方式来标记？,答：根据手性碳原子上所连的四个原子或原子团在空间的实际排列方式来标记的。,R/S标记法是根据什么来标记的?,3.7 相对构型和绝对构型, D/L构型标记法,绝对构型,相对构型,40,DL标记法是以甘油醛的构型为对照标准来进行的。,人为指定,先指定一个标准构型，然后通过已知反应进行关联：实验证明其构型与右旋甘油醛相同的化合物都为D型，与左旋构型相同的为L型。,41,注 意,RS标记法与DL标记法的依据不同：RS法依据与C相
10、连的四个原子或原子团的大小顺序；DL法依据与D甘油醛的构型是否相同；,R/S构型是绝对构型，DL标记一个手性碳的相对构型。,构型与旋光方向是两个不同的概念，无必然联系。,42,3.8.1 含两个取代不同手性碳原子的对映异构,2羟基3氯丁二酸总共有几种立体异构体？,3.8 含两个手性中心的对映异构(P64),43,外消旋体：等量的对映体相混合而构成的混合物。,(I)与 (III)或(IV)、(II)与(III)或(IV) 等分别构成非对映体：即不对映的立体异构体。,（I)与(II) ，(III)和(IV)是对映体,44,3.8.2 含两个取代相同手性碳原子的对映异构,酒石酸分子中含有2个C，可能
11、的异构体有：,(I)与(II)是对映体；(III)与(IV)是同一种分子内消旋酒石酸，其分子内有一对称面。有手性碳原子而没有旋光活性的分子称为内消旋体；,45,不是手性分子,46,47,注 意！,外消旋体与内消旋体都没有旋光性，但它们有本质的不同：外消旋体是等量左旋体和右旋体的混合物，可拆分；内消旋体是分子内有对称面的单一化合物，不可拆分。,48,3.9 对映异构体的特性,49,对映体分子内能是相同的,其性质在非手性环境中相同.但在手性环境中不同,P66 表3-1,50,第 3 章 立体化学 小结, 手性、手性分子与手性碳、对映体与非对映体、内消旋体、外消旋体等的概念； 对称因素与分子的手性间的关系； Fischer投影式的写法、R/S标记法。,51,1. 写出下列化合物的菲舍尔投影式，并用R，S标明手性碳原子。,S,S,S,横前竖后,右-R横变竖不变,课堂习题,
