1、第五章 立体化学基础：手性分子,构造异构 立体异构,(分子中原子间的连接顺序、结合方式),(构造相同，原子在空间排布方式不同),同分异构,对映异构又叫光学异构或旋光异构。它是一类与物质的旋光性质有关的立体异构。,第五章 立体化学基础,*基本概念：手性、手性分子、手性碳、对映异构、对映异构体、旋光性、（左旋、右旋）、内消旋体、外消旋体、非对映异构体、对称因素（对称面，对称中心）,*产生对映异构的原因：因为分子具有手性，而产生手性的原因则是分子的不对称性。,*手性分子立体结构的平面表示法：Fischer投影式,*手性分子的构型命名：D/L构型命名、 R/S构型命名,观察自己的双手，左手与右手有什么
2、联系和区别？,一、手性,第一节、手性分子和对映体,左、右手互为镜像与实物关系，而又不能重合，这种性质称为“手性”。,左手的镜像是右手 对映关系,左手 镜 右手,左手和右手不能重合,Question 1：下述物质哪些具有手性？手套、剪刀、脚、鼻子、 耳朵,任何物体都有它的镜像。一个有机分子在镜子内也会出现相应的镜像。实物与镜像相应部位与镜面具有相等的距离。实物与镜像的关系叫对映关系。,实物与镜像,镜面,二、手性分子和对映体,若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所代表的两个分子为同一个分子。,所有基团都重合,乙醇分子模型的重叠操作,对于某些分子，两个互为实物与镜像关系的分子不能重合，如乳酸。,
3、具有对映而不能重合关系的立体异构体，互称为对映异构体（简称对映体enantiomers）。,有对映异构体的分子称为手性分子（Chiral molecule），或称分子具有手性(chirality).乙醇没有对映体，因此是非手性分子。,与4个不同基团相连的碳原子称为手性碳原子(常用*C表示)。 *C是引起分子手性的一种常见因素。,*,*,手性分子,非手性分子,（注意：透视式的书写方法）,Question 2 :下列化合物哪些是手性的？指出它们所含的手性碳原子。,*,*,*,要判断一个分子是否具有手性？模型：比较实物和镜像是否能完全重合。考察分子有无对称因素：如果分子中没有对称面和对称中心，则该分
4、子是手性分子，存在对映异构体。在大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳原子来判断分子是否有手性。,三、对称面和非手性分子,1、对称面(m)：具有对称面的分子与其镜像能够重合，是非手性分子。,丙酸分子的对称面,分子的对称面,具有对称面的分子为非手性分子,四、判断对映体的方法,1、看分子和它的镜像能不能重合。如果不能重合，就具有对映异构现象。 2、寻找对称面和对称中心。如果分子没有对称因素（对称面和对称中心），就具有对映异构现象。 3、寻找手性中心。如果分子只有一个手性碳原子，就具有对映异构现象。（含多个手性碳的化合物就不一定）,第二节、旋光性（原第三节P74）,一、平面偏振光(plane-po
5、larized light )和旋光性,光电磁波，它的振动方向与其前进方向垂直(图a).普通光的光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平面上振动(图b).,只在一个平面上振动的光叫平面偏振光。简称偏振光。,(a) 水等不旋光物质,(b) 乳酸等旋光物质,图 物质的旋光性,A为盛液体 或溶液的管子,手性物质如乳酸、葡萄糖等，能使偏振光的振动平面旋转一定的角度 a(图b).,能旋转偏振光振动方向的性质叫旋光性 (optical activity ) ，手性化合物都具有旋光性。,物理常数 a 称为比旋光度。它是单位长度和单位浓度下的旋光度。,一对对映体的比旋光度大小相等，方向相反。,t：测定温度()
6、D：光源(钠D线，589nm) L：旋光管长度(dm) C：溶液浓度(gml-1or kgL-1), 纯液体为密度 通常还要注明溶剂,a = a LC,如：aD20 = +98.3o (C, 0.05, CH3OH),（二）、比旋光度,对映异构体结构的表示方法,1.其它表示法,第三节 费歇尔投影式（原第二节 ）,透视式,2、Fischer投影式,（1）“横前竖后”：与*C结合的两个横键代表朝向纸平面的前方,两个竖键代表朝向纸平面的后方。（这一条必须遵守！）,Fischer投影式书写规则（投影规则）,（2） 一般将主碳链放在竖直线上，把命名时编号最小的碳原子放在上端。投影到纸面上得到投影式，“十
7、”字交叉点相当于*C，它位于纸面上。,按此方式得到的Fischer投影式为最严格的Fischer式，用D/L法命名时必须用这种Fischer式。,费歇尔投影式,横前 竖后,（1）Fischer投影式不能离开纸面进行翻转。（2）在纸面上旋转动180构型不变, 旋转90或 270 构型变 。,比较投影式时必须遵守下列规则：,n 90,n=偶数 构型不变,n=奇数 构型变,在纸平面内旋转 180，构型不变,Fischer式的平移或纸平面内旋转180, 其构型不变。,Fischer 投影式离开纸面翻转, 构型改变！,Fischer 式纸平面内旋转90(或270), 构型改变！,（3）、 Fischer
8、式中同一个*C上所连原子或基团可以两两交换偶数次。若交换奇数次，将会使构型变为它的对映体。,即：固定*C上某个基团，其它三基团顺序轮换，不改变其构型。,即: 若将手性碳原子上所连任何两个原子或基团相互交换，将会使构型变为它的对映体。,交换偶数次后与1同,命名具有立体特征的化合物时，应标出分子中连在手性碳上各个基团在空间的排列方式（即构型）。,1、构型的D/L命名法：选择甘油醛作为标准，并人为 地规定它的构型。（碳链竖直，醛基在上端）,第六节、对映异构体构型标记法（提前）,规则：在严格的Fischer投影式中，C*上取代基处于右侧为D-构型；处于左侧为L-构型。,L-2-氨基丙酸,D/L标记法一
9、般用于糖类和氨基酸的构型标记。,1979年，国际上根据IUPAC的建议采用了R/S构型系统命名法，这种命名法的适应性更广。直接根据化合物的实际构型或投影式命名，不需要与其他化合物联系比较。,2、构型的R/S命名法,手性碳上所连的四个原子或基团排序：大、中、小、最小。然后把最小的基团放在方向盘的连杆上，其它三个基就在方向盘上。然后再观察这三个基的大、中、小走向，顺时针为R，反时针为S。,方法：次序规则排次序，方向盘上定构型。,abc顺时针: R构型,abc逆时针：S构型,直接利用Fischer投影式命名：,S-2-氯丁烷,直接根据Fischer投影式命名的简便方法介绍,R-(-)-乳酸,S-(+
10、)-乳酸,S-2,3-二氯丙醇,用R/S法命名下列化合物。,R-2,3-二氯丙醇,最小基在横键上，纸面走向与实际走向相反，顺时针为S型，逆时针为R型。,最小基在竖键上，纸面走向与实际走向相同，顺时针为R型，逆时针为S型。,COOH H HHO H C=C CH3H Cl H CH3 COOH C HCH CH3,(2R,3S)-2-羟基-3-氯丁二酸,Problem 6: Give the names of the following compounds。(by R/S nomenclature),2,3,Question 7：D/L 法和 R/S 有什么联系吗？,D/L 法和 R/S 是两种
11、不同的构型表示方法，二者间无直接逻辑联系，D和R以及L和S有时一致，有时不一致。,D-，R- D-，S-,QUESTION 11：物质的旋光方向与物质的构型有联系吗？是否右旋体的构型就一定为D-或R-构型，左旋体的构型一定为L-或S-构型？,R-或S-构型标志着手性分子的绝对构型，至今尚不知道化合物的旋光方向与构型的关系。,外消旋体 一对对映体的等量混合物。是一种特殊的混合物。常用()或 dl 表示。,一对对映体具有相同的熔点、沸点、密度，两者的比旋光度大小相等，方向相反。,熔点： 53 53 比旋光度： -3.82 +3.82,Question 12：外消旋体是否显旋光性？为什么？,答：不显
12、旋光性。因为一对对映体的等量混合物其旋光性正好相互抵消。外消旋体的其他物理性质也有差异。,当分子中有n个不相同C*，则最多有2n个旋光异构体。,非对映异构体 (彼此不成镜像关系的立体异构体),对映体,对映体,第五节、非对映体和内消旋化合物,一、非对映体,（3）分子中具有对称面，不表现旋光性。,对映体,对映体 ?,非对映异构体,(光学异构体数目2n),二、内消旋化合物,具有手性中心的非手性分子，称为内消旋体。,外消旋体与内消旋体的区别,等量对映体的混合物叫做外消旋体。无旋光性，有时可结晶为化合物。有手性中心的非手性分子（因有对称面）就叫做内消旋体。两者都无旋光性,但有本质不同。,具有对映而不能重
13、合关系的一对分子彼此互称为对映异构体，简称为对映体；没有对映关系，构造相同、只是手性碳原子的构型不完全相同的光学异构体之间互称为非对映异构体。一个对映体和一个非对映体不能组成外消旋体，其物理性质也不同。,对映体与非对映体的区别,手性分子的立体结构与受体的立体结构(受体靶位)有互补关系时，其活性部位才能进入受体的靶位，产生应有的生理作用。而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理效应。,对映体和非对映体的生物学性质往往大不相同。,如：(1R,2R)-(-)-氯霉素有效，而其对映体几乎无效，它们的抗菌活性为100:0.4。,*生物学性质,手性分子与手性生物受体之间的相互作用,a. 对映体的构型完全适合与受体靶位作用 b. 对映体不能合适地进入相同的受体靶位,1、丙二烯型化合物,戊二烯-2,3-的对映异构体,第七节 无手性碳原子的对映体（一般了解）,第八、九节（一般了解）,本,基本概念 手性碳；对映体；非对映体；内消旋体；外消旋体 2. 对映异构判据 对称因素；手性碳 3. 对映体的旋光性 比旋光度 Dt 4. 结构的表示方法 立体结构式；Fischer投影式 5. 对映体的命名 D/L法；R/S法：次序规则排次序，方向盘上定构型,章,要,点,THE END,作业P84,5-8 5-9 5-10 5-12 5-13,
