1、4.4.1 分子的对称性与偶极矩分子偶极矩的对称性判据: 分子中有反演中心 、或四重反轴、或至少有两个对称元素相交于唯一的一点， 满足其中任何一条即为非极性分子.在常见的分子点群中, 极性分子的点群有Cn、Cnv、Cs .,4.4 分子对称性与偶极矩、旋光性的关系,4.4.2 分子的对称性与旋光性,振幅为A、位相为t的平面偏振光可看作是周期、振幅相同而旋转方向相反的两个圆偏振光的合成. 对于每一个圆偏振光, 如果对着它传来的方问看，偏振面顺时针旋转称为右旋圆偏振光，逆时针旋转称为左旋圆偏振光.,左、右旋圆偏振光合成平面偏振光,物质旋光性产生机理：偏振光与旋光性物质相互作用时，左、右圆偏振光传播
2、相速度变得不同：设右旋圆偏振光速度vd大于左旋圆偏振光速度vl，则到达介质深度l的某点时其位相d 超前于l ，合成的平面偏振光向右转过一个角度 .,左、右旋圆偏振光速度不同导致旋光,任何图形，包括分子，都可以设想用“镜子”产生其镜象。(由于不强求镜象与分子必须相同,所以，这“镜子”不必是分子的镜面), 但镜象是否与分子完全相同，却分两种情况：,1. 分子手性与对称性的关系,分子旋光性与分子对称性、手性密切相关.下面将这三个概念联系起来，得到旋光性的对称性判据.,分子,镜象,第一种情况: 分子与其镜象完全相同, 可通过实际操作将完全迭合，这种分子是非手性分子. 请单击图片动态观察:,实操作,从对
3、称性看, 分子若有虚轴Sn , 就能用实操作将分子与其镜象迭合, 是非手性分子. 请看下图：,(具有Sn的)分子,镜象,分子,反映,旋转,旋转反映,橙色虚线框表明，分子与其镜象能够通过实操作旋转完全迭合，而前提是“分子具有Sn”. 根据n的不同可以写出: S1=，S2=i，S4=S4。结论：具有、或i、或S4的分子,可通过实际操作与其镜象完全迭合，称为非手性分子。,橙色虚线框表明，分子与其镜象不能够通过实操作(旋转)而完全迭合，原因来自“分子不具有Sn”这一前提(从而也没有、没有i、没有S4 ) .,(没有Sn的)分子,镜象,分子,旋转反映,反映,旋转,第二种情况: 分子不具有Sn (也就没有
4、、或i、或S4), 分子与其镜象只是镜象关系，并不全同. 这种分子不能用实际操作与其镜象完全迭合, 称为手性分子. 图解如下:,左手与右手互为镜象. 你能用一种实际操作把左手变成右手吗？对于手做不到的, 对于许多分子也做不到. 这种分子就是手性分子.,结论：不能用实际操作将分子与其镜象完全迭合的分子是手性分子，分子没有虚轴Sn ,也就没有、没有i、没有S4 （任何分子, 包括手性分子, 都能用“镜子”产生镜象, 但手性分子本身并无镜面）.,将分子与其镜象的旋光度分别记作R与R ，则(1) 对手性或非手性分子，都有R = - R； (2) 对非手性分子，又有R = R .结论：非手性分子没有旋光
5、性，手性是分子产生旋光性的必要条件.,2. 分子的手性与旋光性的关系,3. 以上分别讨论了对称性与分子手性、手性与旋光性的关系. 综合这两点就得出三者的关系：,对称性、分子手性、旋光性的关系,分子旋光性的对称性判据: 具有虚轴Sn(包括、或i、或S4 )的分子是非手性分子,没有旋光性；没有虚轴Sn(也就没有、i和S4 )的分子是手性分子, 具备产生旋光性的必要条件（但能否观察到还要看旋光度的大小）.手性分子通常属于Cn 、Dn群.,注意： 分子中有不对称C原子(C*) 并非都有旋光性，没有不对称C原子的分子也并非都没有旋光性. 分子虽有C*, 但由于其内部作用而无旋光性的现象称内消旋. 例如（
6、R，S）构型的2,3-二氯丁烷就是内消旋体(meso).,分子中两个手性中心若在化学上相等, 其异构体可能有如下关系：,（R，R）,内消旋体（R，S）或（S，R）,（S，S）,对映体,分子无C*却有旋光性的实例:,螺旋型分子都是手性分子，旋光方向与螺旋方向一致；匝数越多旋光度越大；螺距小者旋光度大；分子旋光度是螺旋旋光度的代数和.,螺旋形分子,旋光体和消旋体的研究不仅对阐明分子结构有重要意义，对阐明反应机理也有帮助.,反应机理与旋光性,SN2反应进行时有完全的立体化学转化：,SN1反应进行时发生部分外消旋化：,先离去，然后：,这种产物较多,这种产物较少,对称性的自发破缺上帝是一个弱左撇子 Wo
7、lfgang Pauli化学教科书通常说：除旋光方向相反外，对映异构体有相同的物理性质；除了对于旋光性试剂表现出不同的反应性能外，对映异构体有相同的化学性质.但是，现代科学中一直有一个未解之谜：为什么组成我们机体的重要物质蛋白质都是由L-氨基酸构成？而构成核糖核酸的糖又都是D型？大自然这种倾向性选择的根源何在它是纯粹的偶然因素还是有着更深刻的原因？,许多科学家都关注着自然界这一类对称性破缺. 1937年，Jahn与Teller指出，非线型分子不能稳定地处于电子简并态，分子会通过降低对称性的畸变解除这种简并. 例如，MnF3中Mn3+周围虽然有6个F-配位，却不是标准的正八面体，而是形成键长为0
8、.179、0.191、0.209 nm的3种Mn-F键. 在线型分子中,类似地也有Renner-Teller效应. 1956年，李政道、杨振宁提出弱相互作用下宇称不守恒假说，同年由吴健雄等证实. 到了21世纪, 物理学提出了五大理论难题,其中之一就是对称性破缺问题.英国沃里克大学数学教授伊恩斯图尔特在自然之数一书中说：互为对映异构体的分子，其能级并不完全相等. 例如，一个特定氨基酸与其镜象的能级相差约10-17(注: 中译本无单位, 原文不详, 可能指能级差的相对值). 尽管这是一个极小的数，但计算表明这一差异足以使低能形式以98%的概率在约10万年间占支配地位！然而, 造成这种差异的原因仍是
9、一个谜.,氨基酸和蛋白质,由天然蛋白质水解所得的氨基酸为L型 -氨基酸.蛋白质是氨基酸缩聚失水成肽键而相连的链型多肽大分子.,丙氨酸残基,氨基酸在多肽和蛋白质中的连接,核糖,脱氧核糖,这个O脱去,DNA的双螺旋结构,药物分子的不对称合成对称性破缺在生命科学中产生了极为深远的影响，因为构成生命的重要物质如蛋白质和核酸等都是由手性分子缩合而成，生物体中进行的化学反应也受到这些分子构型的影响. 药物分子若有手性中心，则对映异构体对人体可能会有完全不同的作用，许多药物的有效成份只有左旋异构体有活性, 右旋异构体无效甚至有毒副作用。例如，早期用于减轻妇女妊娠反应的药物酞胺哌啶酮因未能将R构型对映体分离出
10、去而导致许多胎儿畸形. 类似的情况还有很多，仅举几例, 它们的有效对映体和另一对映体的构型与作用如下：,乙胺丁醇（ 抗结核药） SS， 抗结核菌 RR，导致失明氯霉素（ 抗菌药） RR，抗菌 SS，抗菌活性低酮基布洛芬（ 抗炎药） S， 抗炎 R，防治牙周病 所以，药物的不对称合成就成为极为引人注目的研究领域. 1990年以来, 世界范围上市新药中, 手性药物从55%逐步上升, 总体趋势是越来越多, 其中1995年占59%. 世界手性药物的销售额从1994年的452亿美元激增到1997年的879亿美元, 几乎每年以20%30%的速度增长.当然, 不对称合成并非只对医药工业具有重要意义, 它对材料科学也是非常重要的.,手性有机化合物的合成方法主要有4种: （1）旋光拆分,（2）用光活性化合物作为合成起始物,（3）使用手性辅助剂,（4）使用手性催化剂. 一个好的手性催化剂分子可产生10万个手性产物.21世纪的第一个诺贝尔化学奖授予威廉S诺尔斯、野依良治、K巴里夏普莱斯, 就是表彰他们在手性催化反应方面的贡献.,为什么手性分子与生物体作用时必须考虑不对称因素？可从下列示意图说明：,这一对对映异构体分别具有柠檬和橙子气味,（R）-苎烯,（S）-苎烯,生物分子的手性甚至会反映到生物体的外形上试留心观察一下：自然界有无“左旋蜗牛”? 打假新问题? 真假“牛魔王”,你是假的 你是假的!,？,
