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第五章立体化学基础本讲稿第一页，共十九页二、二、手性分子和对映体手性分子和对映体 CH3CHCOOHOHaCCOOHHOHCH3bCCOOHHOHCH3c乳酸分子的两种结构a，b象人的两只手互为实物和镜像关系，因此是两个不同的化合物，互为对映异构体（enantiomerism）。简称对映体。不能与其镜像重叠的分子称为手性分子（chiral molecule）。在分子中有一个c原子连接四个互不相同的原子和基团，这个碳原子称为手性碳原子，也称为手性中心。本讲稿第二页，共十九页三、三、对称面和非手性分子对称面和非手性分子把分子结构剖成互为实物和镜像关系两半的假想平面，称为对称面（planes if symmetry)。分子中任意原子或原子团与P点连线的延长线上等距离处，仍是相同的原子或原子团时，P点就称为对称中心。凡具有对称面或对称中心任何一种对称因素的分子，称为非手性分子。本讲稿第三页，共十九页四、手性分子的判断：四、手性分子的判断：一般来说，只要分子一般来说，只要分子即没有对称面，又没有对称中心即没有对称面，又没有对称中心，就可以初步断定它是个就可以初步断定它是个手性分子手性分子。凡手性分子，必有互为镜像的构型，即存在对映异构体凡手性分子，必有互为镜像的构型，即存在对映异构体凡手性分子，必有互为镜像的构型，即存在对映异构体凡手性分子，必有互为镜像的构型，即存在对映异构体（简称（简称（简称（简称对映体对映体对映体对映体）。）。分子的手性分子的手性分子的手性分子的手性是存在是存在对映体对映体对映体对映体的必要和充分条件。的必要和充分条件。的必要和充分条件。的必要和充分条件。本讲稿第四页，共十九页五、五、五、五、对映体的性质对映体的性质 对映体之间结构差别很小对映体之间结构差别很小,它们具有相同的沸点它们具有相同的沸点它们具有相同的沸点它们具有相同的沸点,熔点熔点,溶解度溶解度溶解度溶解度,密度密度,折光率折光率折光率折光率,光谱等光谱等,对映体之间在对映体之间在对映体之间在对映体之间在物理性质物理性质上的不同，上的不同，上的不同，上的不同，只表现在对只表现在对偏振偏振光光的作用不同。的作用不同。本讲稿第五页，共十九页第二节 fischer 投影式 一、费歇尔投影式 将分子的主链放在竖线上，把命名时编号最小的碳原子放在上端。然后把这样固定下来的分子模型投影到纸平面上。这样将手性碳原子投影到纸面上，把分子模型中指向平面前方的两个原子或原子团投影到横线上，把指向平面后方的两个原子或原子团投影到竖线上（横前竖后），有时手性碳原子可略去不写。或或本讲稿第六页，共十九页费歇尔投影式须遵守下述规律，才能保持构型不变：（1）投影式中手性碳原子上任何两个原子或原子团的位置，经过两次或偶数次交换后构型不变。（2）如投影式不离开纸平面旋转180度，构型不变。（3）投影式中一个基团不动，其余三个按顺时针或逆时针方向旋转，构型不变。二、构型的标示方法（1）D、L命名法 D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛 本讲稿第七页，共十九页（2）R、S标示法 方法1:按次序规则（原子序数大小），对手性碳原子上连接的四个不同原子或原子团，按优先次序由大到小排列为abcd，然后将最小的d摆在离观察者最远的位置，最后绕abc划圆，如果为顺时针方向，则该手性碳原子为R构型；如果为逆时针方向，则该手性碳原子为S构型。R-甘油醛 R-乳酸 S-2-氯丁烷 S-2-氨基苯乙酸 本讲稿第八页，共十九页S-2-氨基-3-巯基丙酸 R-2-氯-1-丙醇(2R，3S)-2，3-二氯戊烷 最小基团处于Fischer投影式竖线上时，其它三个基团按优先顺序画弧，弧线是顺时针方向旋转为R型，反时针方向旋转是S型。最小基团处于Fischer投影式横线上时，其它三个基团按优先顺序画弧，弧线是顺时针方向旋转为S型，反时针方向旋转是R型。方法2:本讲稿第九页，共十九页第三节 旋光性 1.偏振光和旋光性 l偏振光：当普通光通过Nicol棱镜时，只有振动方向和棱镜晶轴平行的光才能通过，这种只在一个平面上振动的光叫做平面偏振光。l旋光性：化合物能使偏振光的偏振面发生旋转的性能称为旋光性。手性化合物具有旋光性。S-2-羟基-3-巯基丙酸123例如本讲稿第十页，共十九页2.旋光度和比旋光度 l旋光度：偏振光的偏振面被旋光性物质所旋转的角度，称为旋光度。用表示l比旋光度：一定温度、一定波长的入射光，通过一个1分米长盛满浓度为1gml-1旋光性物质的盛液管时所测得的旋光度，称比旋光度，用tD表示。本讲稿第十一页，共十九页右旋物质（顺时针旋转）：用右旋物质（顺时针旋转）：用“d”、“+”表示表示 左旋物质（反时针旋转）：用左旋物质（反时针旋转）：用“l”、“-”表示表示本讲稿第十二页，共十九页1、测得一个葡萄糖溶液的旋光角为+3.4，而葡萄糖的比旋光度为+52.7(mlg-1dm-1)，若盛液管长度为1dm，计算出葡萄糖的浓度为同样也可通过已知旋光度物质的浓度而求得该物质的比旋光度。本讲稿第十三页，共十九页第四节 外消旋体、内消旋化合物和非对映体 一、外消旋体（racemate）l 一对对映体的等量混合物称为外旋体(racemate)。外消旋体无旋光性。l 如：乳酸在自然界有三种：从肌肉组织中分离出的乳酸为右旋乳酸，由左旋乳酸杆菌使葡萄糖发酵而产生的是左旋乳酸，而一般化学实验合成的是外消旋体。本讲稿第十四页，共十九页 二、内消旋化合物(meso compound)和非对映体(diastereomers)（一）、含两个手性碳原子的化合物 1.含两个不同手性两个不同手性C C原子的化合物 与与及及与与之间分别呈镜像关系，互为对映体；而 （或（或）与及及之间无镜像关系，称非对映体。但、均互为旋光异构体均互为旋光异构体。本讲稿第十五页，共十九页2.含两个相同手性C原子的化合物与为一对对映体；与为同一化合物，（或）与、互为非对映体。、中的两个手性C原子一个为S型，另一个为R型，它们所引起的旋光性大小相等，方向相反，恰好在分子内抵消,故旋光度为0，这样的对映异构体称内消旋化合物。（-）酒石酸(S,S)（+）酒石酸(R,R)内消旋酒石酸(S,R)本讲稿第十六页，共十九页含一个手性碳原子的化合物，有两个光学异构体；含两个不相同手性碳原子的化合物，有4个光学异构体。依此类推，含有n个不相同手性碳原子化合物的光学异构体的数目应为2n个，组成对映体的数目则有2n-1对。小结3.含两个手性C原子的化合物R、S标记2R，3S 2S，3R 2S，3S 2R，3R 本讲稿第十七页，共十九页内消旋体和外消旋体是两个不同的概念。虽然两者都不显旋光性，但前者是纯净化合物，后者是等量对映体的混合物，它可以用化学方法或其它方法分离成纯净的左旋体和右旋体。注：第五节 手性分子的形成和生物作用一、手性分子的形成（一）、生物体中的手性分子 生物体中存在许多手性化合物，几乎都以单一的对映体存在。象生物催化剂酶（enzyme）。（二）、非手性分子转化成手性分子 本讲稿第十八页，共十九页CH3CH2CH2CH3+Cl2 CH3CH2CH Cl CH3 例如：产物是等量的一对对映体，也就是外消旋体，无旋光性？二、手性分子的生物作用(+)-(+)-(+)-(+)-多巴多巴多巴多巴(无生理效应无生理效应)(-)-(-)-(-)-(-)-多巴多巴多巴多巴(抗帕金森氏症抗帕金森氏症)抗菌活性 (-)(+)=100 0.4氯霉素氯霉素(-)-1R,2R (+)-1S,2S 本讲稿第十九页，共十九页
