旋光异构精选课件.ppt

关于旋光异构第一页，本课件共有47页21.概概 述述 前前面面，我我们们对对有有机机化化合合物物中中的的许许多多异异构构现现象进行了讨论：象进行了讨论：碳链异构碳链异构官能团位置异构官能团位置异构几何异构几何异构 这这一一章章我我们们要要讨讨论论的的是是一一种种更更为为精精细细更更为重要的异构现象为重要的异构现象旋光异构旋光异构（也称（也称对映异构对映异构）。）。第二页，本课件共有47页3碳链异构碳链异构位置异构位置异构官能团异构官能团异构几何异构几何异构旋光异构旋光异构构造构造异构异构 立体立体异构异构异异构构现现象象第三页，本课件共有47页4 具有旋光异构的分子有什么特性呢？具有旋光异构的分子有什么特性呢？首先是在生物化学上，它们往往表现出首先是在生物化学上，它们往往表现出不同的性质来，如：合霉素（不同的性质来，如：合霉素（-）；丙氨酸，）；丙氨酸，它有两种构型，当把它们作为某种细菌的食它有两种构型，当把它们作为某种细菌的食物时，只有一种被吃掉，而另一种完全保留物时，只有一种被吃掉，而另一种完全保留下来。可见在生物体中的选择性是很高的。下来。可见在生物体中的选择性是很高的。这对于生物化学当然是相当重要的。这对于生物化学当然是相当重要的。第四页，本课件共有47页5普通光普通光:光是一种电磁波，其振动方向与前进方向垂直，光是一种电磁波，其振动方向与前进方向垂直，普通光是由各种波长的在垂直于前进方向的各个平面内普通光是由各种波长的在垂直于前进方向的各个平面内振动的光波所组成。振动的光波所组成。5.1 旋光性旋光性5.1.1 偏振光：偏振光：只在一个平面内振动的光只在一个平面内振动的光。第五页，本课件共有47页6旋光性：旋光性：可通过可通过旋光仪测定旋光仪测定。旋光性物质：使偏光振动平面旋转的物质称为旋光性物质：使偏光振动平面旋转的物质称为，分为，分为左旋左旋体和体和右旋右旋体。体。5.1.2 旋光仪和比旋光度旋光仪和比旋光度旋光仪的原理旋光仪的原理：第六页，本课件共有47页7旋光仪结构示意图旋光仪结构示意图第七页，本课件共有47页8旋光度和比旋光度w旋光度：使偏振光振动平面旋转的角度。用旋光度：使偏振光振动平面旋转的角度。用表示。其大表示。其大小与测定时所用溶液的浓度（小与测定时所用溶液的浓度（c)、盛液管的长度、盛液管的长度(d)、温、温度度(t)、光波、光波()以及溶剂的性质等有关。其值为检偏器以及溶剂的性质等有关。其值为检偏器刻度盘上的读数。刻度盘上的读数。w右旋：右旋：为为“+”，左旋：，左旋：为为“一一”w比旋光度：比旋光度：1g/ml溶液，放在溶液，放在1dm的的 盛液管中测出的旋盛液管中测出的旋光度。光度。注意注意*：w1）一般用钠灯（）一般用钠灯（D）作光源，）作光源，=589.3nm，t=20w2）C：g/100ml L：dm纯物质用密度纯物质用密度代代C第八页，本课件共有47页（3 3）溶液一般为稀溶液，否则测出的）溶液一般为稀溶液，否则测出的值不准（刻度盘可值不准（刻度盘可旋转旋转n n周）周）（4 4）若溶液不是水，则要在后面标出溶液及相应浓度）若溶液不是水，则要在后面标出溶液及相应浓度（5 5）可在手册中查到，故可用该公式来计算稀溶液的可在手册中查到，故可用该公式来计算稀溶液的浓度或验纯，也可用同一条件下测得的稀溶液的浓度或验纯，也可用同一条件下测得的稀溶液的值来值来测量旋光性的大小。测量旋光性的大小。5.2 手性手性5.2.1 对映异构现象：对映异构现象：分子式相同、构造式相同的两个分分子式相同、构造式相同的两个分子，子，构型不同构型不同，互呈实物与镜像对应关系的立体异构现，互呈实物与镜像对应关系的立体异构现象。称为象。称为对映异构对映异构。它们的旋光性能不同又。它们的旋光性能不同又称为旋光异构称为旋光异构或光学异构。或光学异构。第九页，本课件共有47页105.2.2 手性（手征性）：手性（手征性）：实物与镜像不能重叠的性质实物与镜像不能重叠的性质(同左、右手同左、右手)5.2.3 手性分子：手性分子：具有手性的分子称为手性分子具有手性的分子称为手性分子5.2.4 不对称碳原子（手性碳原子）不对称碳原子（手性碳原子）：连接四个不同原子或基团的碳连接四个不同原子或基团的碳原子称为手性碳原子以原子称为手性碳原子以C*标记标记5.2.5 对映异构体：对映异构体：若两个互为不能重叠的镜像关系，旋光大小相等但方若两个互为不能重叠的镜像关系，旋光大小相等但方向相反的立体异构体，则二者互为对映异构体向相反的立体异构体，则二者互为对映异构体 但手性分子中不一定含有手性碳原子；含手性碳原子的分子不一定是但手性分子中不一定含有手性碳原子；含手性碳原子的分子不一定是手性分子。一般有手性的分子就有光学活性。如：手性分子。一般有手性的分子就有光学活性。如：第十页，本课件共有47页115.3 分子的手性与对称性分子的手性与对称性5.3.1 对称因素对称因素（判断分子有无手性的依据判断分子有无手性的依据）(1)对称面对称面：用一个平面将分子分成两部分，若一部分正好是另一部用一个平面将分子分成两部分，若一部分正好是另一部分的镜像，则该平面就是该分子的分的镜像，则该平面就是该分子的对称面对称面。（。（下页下页）(2)对称中心对称中心 i：若分子中有一点若分子中有一点P，通过，通过P点画任何直线，如果在离点画任何直线，如果在离P点等距离的直线两端有相同的原子，点等距离的直线两端有相同的原子，则则点点P称为该分子的对称中称为该分子的对称中心心。（下下页下下页）第十一页，本课件共有47页12第十二页，本课件共有47页13对称中心w对称中心：若分子中有一点对称中心：若分子中有一点 P，通过，通过 P 点画点画任何直线，如果在离任何直线，如果在离 P 点等距离的直线两端点等距离的直线两端有相同的原子或基团，则点有相同的原子或基团，则点 P 称为分子的对称为分子的对称中心（称中心（i)第十三页，本课件共有47页14 具有对称中心或对称面的分子没有手性，即具有对称中心或对称面的分子没有手性，即没有旋光活性没有旋光活性w手性碳原子：和四个不相同的原子或基团手性碳原子：和四个不相同的原子或基团相连的碳原子，用相连的碳原子，用“*”标出。标出。第十四页，本课件共有47页155.4 含一个手性碳原子的化合物含一个手性碳原子的化合物外消旋体外消旋体：构型的书写构型的书写 费歇尔（费歇尔（Fischer)投影式投影式构型的表示方法（构型的表示方法（R S）描述手性）描述手性碳所连的四个基团在空间的分布状况。碳所连的四个基团在空间的分布状况。第十五页，本课件共有47页16第十六页，本课件共有47页17 含有一个手性碳原子的化合物只能有两种含有一个手性碳原子的化合物只能有两种构型，即两个对映异构体。构型，即两个对映异构体。5.4.1.外消旋体：外消旋体：等量的对映体组成的混合物，无旋光性，在手性条件等量的对映体组成的混合物，无旋光性，在手性条件下可拆分。下可拆分。5.4.2.构型的表示方法：构型的表示方法：锯架式（透视式），锯架式（透视式），契形式，契形式，Newman投影式，费歇尔投影式（为了书写方便）投影式，费歇尔投影式（为了书写方便）Fischer 投影规则：投影规则：用一个用一个“十十”字，字，以其交点代表手性碳原子，四端与以其交点代表手性碳原子，四端与四个不同原子或基团相连，将碳链放在竖直线上的四个不同原子或基团相连，将碳链放在竖直线上的两个顶点，氧化态较高的碳原子或编号为一号碳原两个顶点，氧化态较高的碳原子或编号为一号碳原子在上面。子在上面。以竖直线相连的原子或基团表示伸到纸以竖直线相连的原子或基团表示伸到纸后。即远离读者；以水平线相连的原子或基团表示后。即远离读者；以水平线相连的原子或基团表示伸出纸前即伸向读者，伸出纸前即伸向读者，然后用光照射，投到纸面上然后用光照射，投到纸面上的式子的式子即为即为Fischer投影式投影式第十七页，本课件共有47页18透视式和Fischer投影式第十八页，本课件共有47页19Fischer 投影式ABC第十九页，本课件共有47页20 费歇尔（Fischer)投影式第二十页，本课件共有47页21Fischer投影式注意事项：投影式注意事项：（1）“十十”的含义：交叉点表示手性的含义：交叉点表示手性C，四个端，四个端点连四个点连四个不同不同的基团；的基团；（2）四个基团的空间关系：）四个基团的空间关系：“横横”前前“竖竖”后后。（3）四点操作：）四点操作：第二十一页，本课件共有47页221、投影式不能离开纸面翻转；、投影式不能离开纸面翻转；2、在纸平面上只能转动、在纸平面上只能转动180o；不能转动；不能转动90o；3、投影式中任意两个基团不能对调；、投影式中任意两个基团不能对调；4、投影式中固定一个基团，其它三个可依次轮换如：、投影式中固定一个基团，其它三个可依次轮换如：第二十二页，本课件共有47页235.4.4 对映（异构）体的命名：对映（异构）体的命名：步步骤骤（1）根据次序规则确定四个基团的优先次序）根据次序规则确定四个基团的优先次序abcd，找出最小的基团。，找出最小的基团。注意：注意：Z型优先于型优先于E型，型，R型优先于型优先于S型；型；（2）确定）确定R、S：把最小基团：把最小基团d置于离观察者置于离观察者最远最远位位置，从置，从a，b，c为为顺时针顺时针旋转，则为旋转，则为R，若为若为逆时针逆时针旋旋转，则为转，则为S。第二十三页，本课件共有47页24Fischer投影式中投影式中R、S的简便确定法：的简便确定法：第二十四页，本课件共有47页25（1）若最小基团）若最小基团d在竖线上，则在竖线上，则a，b，c为顺时针旋转为为顺时针旋转为R型，逆时针为型，逆时针为S型；型；（2）若最小基团）若最小基团d在横线上，则在横线上，则a，b，c顺时针旋转为顺时针旋转为S型，逆时针为型，逆时针为R型。型。即：小横顺即：小横顺S.第二十五页，本课件共有47页265.5 含含n个个C*的开链化合物的对映异构体的开链化合物的对映异构体5.5.1 含两个含两个不不相同相同(C*)化合物的对映异构体化合物的对映异构体立体异构体总数：立体异构体总数：2n个个 2n-1个外消旋体即：个外消旋体即：2n-1对映异构对映异构体体 例例5.5.2 含两个相同含两个相同C*的化合物的化合物对映异构体对映异构体以酒石酸为以酒石酸为 例例内消旋体：内消旋体：含多个手性碳原子但不具有旋光性的化合物称为内含多个手性碳原子但不具有旋光性的化合物称为内消旋体（为纯净物）。分子内有一对称面。消旋体（为纯净物）。分子内有一对称面。第二十六页，本课件共有47页27含两个不同手性碳的化合物含两个不同手性碳的化合物COOHCH2OHOHHOOHOHHOOHHOHO第二十七页，本课件共有47页28含两个相同手性碳的化合物OHHOOHHOOHHOOHHO第二十八页，本课件共有47页295.6 碳环化合物的对映异构碳环化合物的对映异构1.环丙烷衍生物；环丁烷衍生物；环戊烷衍生物；环己烷衍环丙烷衍生物；环丁烷衍生物；环戊烷衍生物；环己烷衍生物。生物。2.环状化合物的立体异构。环状化合物的立体异构。第二十九页，本课件共有47页30环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构第三十页，本课件共有47页31二氯环丁烷，二氯环戊烷，二氯环己烷二氯环丁烷，二氯环戊烷，二氯环己烷第三十一页，本课件共有47页321.联苯型联苯型5.7 不含手性碳原子的化合物的对映异构不含手性碳原子的化合物的对映异构第三十二页，本课件共有47页332.丙二烯衍生物丙二烯衍生物第三十三页，本课件共有47页34练习：练习：1.反反-2-丁烯加溴得到丁烯加溴得到(2R,3S)-2,3-二溴丁烷二溴丁烷,即内消旋体即内消旋体,顺顺-2-丁烯加溴得到丁烯加溴得到(2R,3R)-2,3-二溴丁烷及其等量对映体二溴丁烷及其等量对映体,即外即外消旋体消旋体,试说明其立体化学过程试说明其立体化学过程第三十四页，本课件共有47页35对映异构体对映异构体50%50%50%第三十五页，本课件共有47页362.顺顺-2-丁烯与氯水反应生成氯醇丁烯与氯水反应生成氯醇(I)及其对映体及其对映体,反反-2-丁丁烯与氯水反应生成氯醇烯与氯水反应生成氯醇(II)及其对映体及其对映体,试说明其立体化试说明其立体化学过程学过程.第三十六页，本课件共有47页375.7 旋光异构体的性质旋光异构体的性质物理性质：物理性质：熔点、沸点、相对密度、比旋光度、溶解度等在非手熔点、沸点、相对密度、比旋光度、溶解度等在非手性环境中完全相同。性环境中完全相同。但旋光方向相反。但旋光方向相反。化学性质：化学性质：在非手性试剂的作用下完全相同在非手性试剂的作用下完全相同与手性试剂作用时。或在手性溶剂或手性催化剂的作用下，与手性试剂作用时。或在手性溶剂或手性催化剂的作用下，两者反应速率有所不同，两者反应速率有所不同，生理活性（药性）不同；生理活性（药性）不同；在某在某些特殊情况下，其中的一个根本不起反应。些特殊情况下，其中的一个根本不起反应。对映体可在手性条件下（手性试剂、手性催化剂等）拆对映体可在手性条件下（手性试剂、手性催化剂等）拆分。分。第三十七页，本课件共有47页38-氨基酸氨基酸构成生物体的有机物大多数都是有旋光性的构成生物体的有机物大多数都是有旋光性的第三十八页，本课件共有47页39 D-（+）-葡萄糖葡萄糖第三十九页，本课件共有47页409-9-D-D脱氧核脱氧核呋呋喃糖腺喃糖腺嘌嘌呤呤第四十页，本课件共有47页415.8 不对称合成，立体选择性反不对称合成，立体选择性反应，立体专一性反应应，立体专一性反应w由非手性的化合物合成手性化合物时，在无由非手性的化合物合成手性化合物时，在无外界手性因素的影响下，总是得到外消旋混外界手性因素的影响下，总是得到外消旋混合物。合物。w例：丁烷的氯代反应例：丁烷的氯代反应第四十一页，本课件共有47页42第四十二页，本课件共有47页43在已有一个手性中心的分子中引入第二个手在已有一个手性中心的分子中引入第二个手性中心时，得到不等量的非对映异构体，而性中心时，得到不等量的非对映异构体，而是一对对映体和内消旋体。第一个手性中心是一对对映体和内消旋体。第一个手性中心对对第二个手性中心的构型有控制作用。第二个手性中心的构型有控制作用。例：第四十三页，本课件共有47页44 71%29%第四十四页，本课件共有47页45不对称合成不对称合成 将分子中的一个非手性中心转化为手性中心时，将分子中的一个非手性中心转化为手性中心时，使某一个立体异构的量占优势的合成使某一个立体异构的量占优势的合成（asymmetric synthesis）。原因有二：原因有二：1)体积较大取代基距离较远的构象占体积较大取代基距离较远的构象占优势；优势；2）进攻基团进攻位置与最大基团在过）进攻基团进攻位置与最大基团在过渡态时最远占优势。渡态时最远占优势。(Grem)立体专一反应立体专一反应 有某一立体异构的反应物只有某一立体异构的反应物只得到某一特定的立体异构产物，这种反应得到某一特定的立体异构产物，这种反应叫立体专一反应。叫立体专一反应。第四十五页，本课件共有47页46外消旋体的拆分外消旋体的拆分化学分离法化学分离法生物分离法生物分离法柱层析分离法柱层析分离法晶种分离法晶种分离法第四十六页，本课件共有47页感谢大家观看第四十七页，本课件共有47页