有机化学课-图文课件ppt第14章.ppt

无机化学无机化学 第第1414章章 对对 映映 异异 构构分子的手性和对映异构物质的旋光性与对映异构体含有两个手性碳原子化合物的对映异构含有一个手性碳原子化合物的对映异构 14.1 14.1 物质的旋光性与对映异构体物质的旋光性与对映异构体 物质的旋光性1 14 4.1 1.1.1偏振光偏振光1.光是一种电磁波，光振动的方向与其前进的方向垂直。普通光的光波是在与前进方向垂直的平面内，向任何方向振动。如果使普通光通过一个尼科尔棱镜，那么只有和棱镜的晶轴平行振动的光才能通过。如果这个棱镜的晶轴是直立的，那么只有在这个垂直平面上振动的光才能通过，这种只在一个方向上振动的光称为平面偏振光，简称偏振光（或偏光）。如图14-1所示。图14-1 偏振光示意图 14.1 14.1 物质的旋光性与对映异构体物质的旋光性与对映异构体旋光性旋光性2.当偏振光通过某种物质时，偏振光的振动方向会发生旋转。这种偏振光的振动方向能发生旋转的性质称为旋光性。并不是所有的物质都能使偏振光发生旋转，把那些具有旋光性的物质称为旋光性物质或光活性物质。旋光性物质使偏振光的振动方向旋转的角度，称为旋光度，用表示。如果从面对光线入射方向观察，使偏振光的振动方向顺时针旋转的物质称右旋体，用“+”表示，而使偏振光的振动方向逆时针旋转的物质，称左旋体，用“-”表示。14.1 14.1 物质的旋光性与对映异构体物质的旋光性与对映异构体比旋光度比旋光度3.旋光性物质的旋光度和旋光方向可用旋光仪来测定。旋光度的大小和方向，不仅取决于旋光性物质的结构和性质，而且与测定时所用溶液的浓度（或纯液体的密度）、盛液管的长度、溶剂的性质、温度和光波的波长等有关。一定温度、一定波长的入射光，通过一个1dm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 表示。比旋光度可用下式求得：14.1 14.1 物质的旋光性与对映异构体物质的旋光性与对映异构体 式中,c是旋光性物质溶液的浓度（g/mL）；l为盛液管的长度(dm)；为旋光仪用的光源波长（通常用钠光做光源，用D表示，波长为589nm）。在一定的条件下，旋光性物质的比旋光度是一个物理常数。测定旋光度，可计算出比旋光度，从而可鉴定未知的旋光性物质。例如，某物质的水溶液浓度为5g/100mL，在1dm长的盛液管内，温度为20，光源为钠光，用旋光仪测出旋光度为-4.64。按照上面的公式，此物质的比旋光度应为:14.1 14.1 物质的旋光性与对映异构体物质的旋光性与对映异构体 对映异构体1 14 4.1 1.2 2 互为物体与镜像关系的立体异构体,称为对映异构体(简称为对映体)。简单地说就是两个异构体之间的关系就如同一个物体的立体结构在照镜子，这个立体结构和它在镜子中的像互为对映异构体,如图14-2所示。图14-2 互为镜像的一对对映异构体 14.2 14.2 分子的手性和对映异构分子的手性和对映异构 分子的手性和旋光性1 14 4.2 2.1 1 像人的两只手一样，左手和右手互为实物和镜像关系，但又不能完全重叠，称为手性。具有手性的分子，称为手性分子。判断一个化合物是不是手性分子，一般可考察它是否有对称面或对称中心等对称因素。而判断一个化合物是否有旋光性，则要看该化合物是否是手性分子。如果是手性分子，则该化合物一定有旋光性；如果是非手性分子，则没有旋光性。14.2 14.2 分子的手性和对映异构分子的手性和对映异构 分子的对称因素1 14 4.2 2.2 2对称面对称面1.如果组成分子的所有原子在同一平面上，或者有一个平面通过分子能把其分成互为镜像的两半，则这两种平面都是分子的对称面，如图14-3所示。图14-3 有对称面的分子 14.2 14.2 分子的手性和对映异构分子的手性和对映异构对称中心对称中心2.分子中任意原子或原子团与分子中某一点连线的延长线上等距离处，仍是相同的原子或原子团时，这一点就称为对称中心，如图14-4所示。图14-4 具有对称中心的分子 14.2 14.2 分子的手性和对映异构分子的手性和对映异构对称轴对称轴3.分子以某直线为旋转轴转2/n或其倍数，得到的构型与原来的分子重叠，则这条直线就是分子的n阶对称轴，写作Cn。但对称轴不是分子有无手性的判断依据，即有时有对称轴的分子也有手性，如左旋或右旋的酒石酸分子中就有一个二阶对称轴，如图14-5所示。图14-5 酒石酸分子 14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 构型的表示方法1 14 4.3 3.1 1透视式透视式1.对映异构体构型的表示方法可采用立体的三维空间关系的透视式。透视式规则：手性碳原子的四个化学键用三种不同的线来表示，实线表示位于纸面上的键，虚线表示伸向纸面后方的键，而楔形线表示伸向纸面前方的键。例如，2-溴代丁烷的一对对映体的透视式如下：14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构费歇尔投影式费歇尔投影式2.费歇尔投影式投影规则如下：十字线交叉点表示手性碳原子，一般将分子中含有碳原子的基团放在竖线相连的位置上，把命名时编号最小的碳原子放在上端。竖线上的两个基团伸向纸后方，横线上的两个基团伸向纸前方。手性碳原子可略去不写。费歇尔投影式在纸面上旋转180后，得到的新的投影式与原来的投影式代表同一化合物，如乳酸的一对对映体可用下式表示：14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 但若将费歇尔投影式在纸面上旋转90，或交换与手性碳原子相连的任意两个基团的位置，则得到其对映体。例如：14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 关于费歇尔投影式的几点说明：费歇尔投影式可以在纸面上旋转180，而保持构型不变；费歇尔投影式不能在纸面上转90或270；费歇尔投影式不能离开纸面翻转180；交换费歇尔投影式的任意两个基团，则其构型改变，交换两次，则构型不变；保持费歇尔投影式中的一个原子或基团不动，其余三个原子或基团在纸面上顺时针旋转或逆时针旋转，则构型不变。14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 构型的标记1 14 4.3 3.2 2D/LD/L法法1.在1951年以前还没有实验方法能测定分子的构型，因而当时人们通常选择一个简单的对映异构体，人为规定它的构型。例如，选择（+）-甘油醛作为标准，其投影式为三个碳原子在竖线上，-CHO位于上方，-CH2OH位于下方，（+）-甘油醛的羟基在右边，定为D构型；其对映体（-）-甘油醛的羟基在左边，定为L构型。14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 凡是由D-甘油醛通过化学反应得到的化合物或可转变为D-甘油醛的化合物，只要在转变过程中原来的手性碳原子构型不变，其构型就是D型，与L-甘油醛相关的就是L型。值得注意的是，D、L只是一种相对构型，不表示旋光方向，旋光方向用（+）、（-）号表示。D/L构型标示法有一定的局限性，它一般只能标示含一个手性碳原子的构型，而且有些化合物不易同甘油醛相联系，有时用不同的转化方法，统一反应物得到的转化产物可以是D型，也可以是L型。14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构R/SR/S法法2.R/S构型标示的方法，是1970年由国际纯粹和应用化学联合会建议采用的。它是基于手性碳原子的实际构型进行标示，因此是绝对构型。其方法是：按次序规则，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基团摆在离观察者最远的位置，最后绕abc画圆，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。14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 如甘油醛构型的确定：注意，旋光体的R/S构型以及D/L构型之间并没有必然的对应关系，它们是人为定义的化合物的空间构型，而旋光方向（+）或（-）则是化合物本身所固有的性质。14.3 14.3 含有一个手性碳原子化合含有一个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 含有一个手性碳原子化合物的对映异构1 14 4.3 3.3 3 分子中若含有一个连有四个不相同原子或原子团的碳原子，则这种碳原子称为手性碳原子。若分子中只含有一个手性碳原子，则该分子有手性。含有一个手性碳原子的分子，有一对对映异构体，如2-甲基-1-丁醇：在对映体中，二者的物理化学性质一般相同，但比旋光度数值相同，方向相反。等量的左旋体和右旋体的混合物，称为外消旋体，外消旋体无旋光性。14.4 14.4 含有两个手性碳原子化合含有两个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 含有两个不同手性碳原子的化合物1 14 4.4 4.1 1 由上可知，含一个手性碳原子的化合物，有两个光学异构体；而含两个不相同手性碳原子的化合物，有4个光学异构体。若用A、B代表两个不同的手性碳原子，手性碳原子A有两种相对映的构型，即A（R）和A（S），手性碳原子B也有两种构型，则化合物AB的对映异构体有以下四种：14.4 14.4 含有两个手性碳原子化合含有两个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 含两个手性碳原子的光学异构的构型，通常是用R/S构型标示方法，分别表示出手性碳原子的构型。对于费歇尔投影式，可直接按abc方向画圆，如最小基团在横键上，则顺时针方向为R构型，逆时针方向为S构型，如最小基团在竖直键上，则按abc方向画圆，所得构型应相反。例如：14.4 14.4 含有两个手性碳原子化合含有两个手性碳原子化合物的对映异构物的对映异构 含有两个相同手性碳原子的化合物1 14 4.4 4.2 2 当两个手性碳原子相同时，其立体异构体数目就要有所变化，如2，3-二羟基丁二酸（酒石酸）可以写出下列四种异构体：其中，（）和（）分子中有对称面，因而不是手性分子。将其在纸平面旋转180后，（）与（）完全重叠，因此二者是同一种化合物。这种由于分子中含有两个相同手性碳原子，分子内部互为物体与镜像关系，从而分子内部旋光性相互抵消的物质称为内消旋体，内消旋体没有手性，所以也没有旋光性。（）和（）互为对映异构体，其等量混合物为外消旋体。内消旋体与（）和（）是非对映异构关系，因此称其为非对映异构体。谢谢观看！