价层电子对互斥理论PPT讲稿.ppt

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1、价层电子对互斥理论第1页，共53页，编辑于2022年，星期四2.分子形状的确定方法分子形状的确定方法例例：XeF22+(8-21)/2=5XeF44+(8-41)/2=6XeOF45+(8-12-41)/2=6XeO2F24+(8-22-21)/2=5VP=1/2A的价电子数的价电子数+X提供的价电子数提供的价电子数离子电荷离子电荷数数()首先先确定中心原子首先先确定中心原子A的价层电子对数的价层电子对数VP例例:VP()=(6+40+2)=4负负正正VP=BP+LP=与中心原子成键的原子数与中心原子成键的原子数+（中心原子价电子数（中心原子价电子数-配位原子未成对电子数之和配位原子未成对电子

2、数之和)2或者或者氧族元素的原子做中心时，价电子数为氧族元素的原子做中心时，价电子数为6。如如H2O或或H2S。做配体时，提供电子数为做配体时，提供电子数为0。如在。如在CO2中。中。第2页，共53页，编辑于2022年，星期四 确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式通式通式共用共用电子对电子对原子原子A在原子在原子B周围的排列方式周围的排列方式（理想的（理想的BAB键角）键角）结构结构中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状2直线直线(180)AB2AB33平面三角形平面三角形(120)AB44正四面体正四面体(10928)AB55三角双锥

3、(BaABa,180)(BeABe,120)(BeABa,90)Ba轴向B原子，Be平伏B原子AB66正八面体正八面体(90,180)第3页，共53页，编辑于2022年，星期四确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型LP=0 分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP=(2+2)=2LP=0VP=(3+3)=3LP=0VP=(4+4)=4LP=0VP=(5+5)=5LP=0VP=(6+6)=6LP=0第4页，共53页，编辑于2022年，星期四确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型LP=0 分子的空间构型

4、分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP=(2+2)=2LP=0VP=(3+3)=3LP=0VP=(4+4)=4LP=0VP=(5+5)=5LP=0VP=(6+6)=6LP=0第5页，共53页，编辑于2022年，星期四总电子总电子电子对电子对成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例对数对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对22033031第6页，共53页，编辑于2022年，星期四总电子总电子电子对电子对成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例对数对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对4403122第7页，共53页，编辑于2022

5、年，星期四总电子总电子电子对电子对成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例对数对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对550413223 孤对电子优先代替平孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相关键伏位置上的原子和相关键对电子对电子第8页，共53页，编辑于2022年，星期四总电子总电子电子对电子对成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例对数对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对6605142第第二二对对孤孤对对电电子子优优先先代代替替第第一一对对孤孤对对电电子子反反位位的的原原子子和和相相关关键对电子键对电子第9页，共53页，编辑于2022年，星期四第10页，共53页，编辑于2

6、022年，星期四2键的极性和中心原子的电负性会使键角改变键的极性和中心原子的电负性会使键角改变VP=(4+0+2)=3VP=(6+4)=5S=OFFFFC=OClClN:HHHN:FFF1当分子中有当分子中有 键时键时,键应键应排在相当于孤对电子的位置排在相当于孤对电子的位置 ！这两个问题还是要注意的！这两个问题还是要注意的！这两个问题还是要注意的！这两个问题还是要注意的！第11页，共53页，编辑于2022年，星期四判断判断 OF2分子的基本形状。分子的基本形状。写出路易斯结构式写出路易斯结构式,并读出中心原子周围价电子并读出中心原子周围价电子对的总数对的总数:中中心心原原子子价价层层有有4对

7、对电电子子。4对对价价电电子子的的理理想想排排布布方方式式为为正正四四面面体体,但但考考虑虑到到其其中中包包括括两两个个孤孤对对,所所以以分分子子的的实实际际几几何何形形状状为为角角形形,相相当当于于AB2E2型分子。型分子。FOF第12页，共53页，编辑于2022年，星期四判断判断 XeF4分子的基本形状分子的基本形状中中心心原原子子价价层层有有6对对电电子子。理理想想排排布布方方式式为为正正八八面面体体,但但考考虑虑到到其其中中包包括括两两个个孤孤对对,所所以以分分子子的的实实际际几几何何形形状状为为平平面面四四方方形形,相相当于当于AB4E2型分子。型分子。中中心心原原子子Xe的的价价电

8、电子子数数为为8，F原原子子的的未未成成对对电电子子数数为为1。可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为。可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为:(价层电子对总数价层电子对总数)=4(84)/2=6(孤电子对的数目孤电子对的数目)=(84)/2=2第13页，共53页，编辑于2022年，星期四三三价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论1940年年Sidgwick提出价层电子对互斥理论，用以判断分子的提出价层电子对互斥理论，用以判断分子的几何构型。几何构型。分子分子ABn中，中，A为中心，为中心，B为配体，为配体，n为配体的个数。配体为配体的个数。配体B均与均与A有键联关系。本节讨论的有键

9、联关系。本节讨论的ABn型分子中，型分子中，A为主族元素的原子。为主族元素的原子。1理论要点理论要点ABn型分子的几何构型取决于中心型分子的几何构型取决于中心A的价层中电子对的排的价层中电子对的排斥作用。分子的构型总是采取电子对排斥力平衡的形式。斥作用。分子的构型总是采取电子对排斥力平衡的形式。1中心价层电子的总数和对数中心价层电子的总数和对数a)中心原子价层电子总数等于中心中心原子价层电子总数等于中心A的价电子数的价电子数(s+p)加上配体加上配体B在成键过程中提供的电子数在成键过程中提供的电子数。如如CCl44+1 4=8第14页，共53页，编辑于2022年，星期四c)处理离子时，要加减与

10、离子价数相当的电子，如处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如PO435+0 4+3=8，NH45+1 41=8。2电子对数和电子对空间构型的关系电子对数和电子对空间构型的关系电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。2对电子对电子直线形直线形b)氧族元素的原子做中心时，价电子数为氧族元素的原子做中心时，价电子数为6。如。如H2O或或H2S。做做配体时，提供电子数为配体时，提供电子数为0。如在。如在CO2中。中。d)总数除以总数除以2，得电子对的对数，得电子对的对数。总数为奇数时，商进位。总数为奇数时，商进位。例。例如总数为如总数为9，则对数为，则对数为5。只有

11、一种角度，只有一种角度，180。第15页，共53页，编辑于2022年，星期四3对电子对电子正三角形正三角形只有一种角度，只有一种角度，120。只有一种角度，只有一种角度，10928。有三种角度，有三种角度，90，120，180。5对电子对电子三角双锥三角双锥A4对电子对电子正四面体正四面体A第16页，共53页，编辑于2022年，星期四3分子构型与电子对空间构型的关系分子构型与电子对空间构型的关系若配体的个数若配体的个数n和电子对数和电子对数m相一致，则分子构型和电子对相一致，则分子构型和电子对空间构型一致空间构型一致。这时，各电子对均为成键电子对。这时，各电子对均为成键电子对。配体数不可能大于

12、电子对数。为什么？配体数不可能大于电子对数。为什么？当配体数当配体数n小于电子对数小于电子对数m时，一部分电子对属于成键电时，一部分电子对属于成键电对，其数目等于对，其数目等于n，另一部分电子对成为孤电子对，其数目等于，另一部分电子对成为孤电子对，其数目等于mn。确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定。确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定。6对电子对电子正八面体正八面体有两种角度，有两种角度，90，180。90是常见的最小的夹角。是常见的最小的夹角。第17页，共53页，编辑于2022年，星期四电子对数电子对数配体数配体数孤电子对数孤电子对数电子对构型电子对构型分子构型分子构型(m)(n)(m

13、n)321三角形三角形“V”字形字形ABBA431正四面体正四面体三角锥三角锥ABBBA422正四面体正四面体“V”字形字形AABB第18页，共53页，编辑于2022年，星期四孤对电子的位置若有两种或两种以上的选择可供考虑时，则要选择斥孤对电子的位置若有两种或两种以上的选择可供考虑时，则要选择斥力易于平衡的位置。而斥力大小和两种因素有关：力易于平衡的位置。而斥力大小和两种因素有关：考虑分子构型时，只考虑原子考虑分子构型时，只考虑原子A，B的位置，不考虑电子、电子对的位置，不考虑电子、电子对等。以上三种情况中，孤对电子的位置只有一种选择。等。以上三种情况中，孤对电子的位置只有一种选择。a)键角键

14、角角度小时，电对距离近，斥力大角度小时，电对距离近，斥力大；结论结论要尽量避免具有较大斥力的电子对分布在互成要尽量避免具有较大斥力的电子对分布在互成90的方向上。的方向上。孤对电子孤对电子成键电对成键电对斥力居中斥力居中成键电对成键电对成键电对成键电对斥力最小斥力最小因为有配体原子核会分散电因为有配体原子核会分散电对的负电。对的负电。电子对的种类电子对的种类角度相同时，角度相同时，孤对电子孤对电子孤对电子孤对电子斥力最大斥力最大因为负电集中。因为负电集中。b)第19页，共53页，编辑于2022年，星期四孤对孤对孤对孤对00孤对孤对孤对孤对0015对电子，对电子，4个配体，个配体，1对孤对电子，

15、有对孤对电子，有2种情况供选择种情况供选择：甲甲乙乙5对电子，对电子，3个配体，个配体，2对孤对电子，有对孤对电子，有3种情况供选择种情况供选择：甲甲乙乙丙丙结论：乙种稳定，称结论：乙种稳定，称“T”字形。字形。孤对孤对成键成键23成键成键成键成键43从从90方向上的分布情况看，方向上的分布情况看，甲甲稳定，称变形四面体。稳定，称变形四面体。孤对孤对成键成键643成键成键成键成键022第20页，共53页，编辑于2022年，星期四6对电子对对电子对1对孤对电子对孤对电子四角锥四角锥6对电子对对电子对2对孤对电子对孤对电子正方形正方形6888510344435三角形三角形正四面体正四面体正四面体正

16、四面体正四面体正四面体三角形三角形三角双锥三角双锥例例1利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型。要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型构型。要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型。AlCl3H2SSO32-NH4+NO2IF3解：总数解：总数对数对数电子对构型电子对构型第21页，共53页，编辑于2022年，星期四电子对构型是十分重要的结构因素。电子对构型是十分重要的结构因素。同时必须注意价层电子对数和配体数是否相等。同时必须注意价层电子对数和配体数是否相等。分子构型分子构型三角形三角形V字构型字构型三角锥三角锥正四面

17、体正四面体V字形字形T字形字形2多重键的处理多重键的处理某配体（非某配体（非VIA族）与中心之间有双键或三键时，价层电子对族）与中心之间有双键或三键时，价层电子对数减数减1或减或减2。如，乙烯如，乙烯以左碳为中心以左碳为中心电子总数电子总数4+1 2+2=84对对减减13对对3个配体个配体平面三角形平面三角形。注意，这里是以左碳为中心讨论的注意，这里是以左碳为中心讨论的。第22页，共53页，编辑于2022年，星期四3影响键角的因素影响键角的因素1孤对电子的影响孤对电子的影响孤对电子的负电集中，将排斥其余成键电对，使键角变小。孤对电子的负电集中，将排斥其余成键电对，使键角变小。NH34对对电对构

18、型四面体电对构型四面体分子构型三角锥分子构型三角锥键角键角HNH为为107，这是由于孤对电子对，这是由于孤对电子对NH成键电对的排斥，成键电对的排斥，使使10928变小的原因。变小的原因。甲醛甲醛4+1 263对，对，中心与中心与VIA族元素的双键，族元素的双键，对数不减对数不减1，平面三角形。，平面三角形。VIA族元素的原子与中心之间的双键，为什么如此特殊族元素的原子与中心之间的双键，为什么如此特殊？2重键的影响重键的影响键角本应该为键角本应该为120，由于双键的电子云密度大，斥力大，故，由于双键的电子云密度大，斥力大，故HCH键角键角小于小于120，而而HCO键角大于键角大于120。第23

19、页，共53页，编辑于2022年，星期四3中心电负性的影响中心电负性的影响NH3HNH107键角依次减小，如何解释？键角依次减小，如何解释？PH3HPH93AsH3HAsH92SbH3HSbH91配体一致，中心电负性大，使成键电对距中心近，于是相互间距离小。故配体一致，中心电负性大，使成键电对距中心近，于是相互间距离小。故斥力使键角变大，以达平衡。如斥力使键角变大，以达平衡。如NH3中中HNH键角大些，而键角大些，而SbH3中中HSbH键角小些。键角小些。4配体电负性的影响配体电负性的影响中心相同，配体电负性大时，成键电对距离中心远，于是相互间距中心相同，配体电负性大时，成键电对距离中心远，于是

20、相互间距离大，键角可以小些。故有：离大，键角可以小些。故有：PCl3(100)PBr3(101.5)PI3(102)第24页，共53页，编辑于2022年，星期四分子的对称性分子的对称性第25页，共53页，编辑于2022年，星期四第26页，共53页，编辑于2022年，星期四第27页，共53页，编辑于2022年，星期四第28页，共53页，编辑于2022年，星期四第29页，共53页，编辑于2022年，星期四3 3 取向作用取向作用 两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称为取向作用。两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。第3

21、0页，共53页，编辑于2022年，星期四以以上上介介绍绍的的是是永永久久偶偶极极矩矩，它它是是分分子子固固有有的的性性质质，与与有有否否外外加加电电场场无无关关。没没有有电电场场时时，由由于于大大量量分分子子热热运运动动取取向向机机遇遇，平平均均偶偶极极矩矩为为0 0。电电场场中中，分分子子产产生生诱诱导导极极化化，它它包包括括两两部部分分：一一是是电电子子极极化化，由由电电子子与与核核产产生生相相对对位位移移引引起起。二二是是原原子子极极化化，由由原原子子核核间间产产生生相相对对位位移移，即即键长，键角变化引起的。键长，键角变化引起的。诱诱导导极极化化又又称称形形变变极极化化，对对于于极极性

22、性分分子子还还有有定定向向极极化化，极极性性分分子子在在电电场场中中永永久久偶偶极极矩矩转转到到与与电电场场方方向向反反平平行行，采采取取择择优优引引起起的的，诱诱导导极极化化产产生生诱诱导导偶偶极极矩矩 ，E E为为电电场场强强度度，为为诱诱导导极极化化率率，它它由由电电子子在在外外电电场场下下变变形形（这这是是主主要要的的）和和原原子子核核在在外外场场下下变变形形引引起起的的：,为为电电子子极极化化率率，为为原原子子极极化化率率，单单位位为为 ，对对于于极极性性分分子子还还要要加加上上定定向向极极化化率率 ,为为永永久久偶偶极极矩矩，k k为为波波兹兹曼曼常数，常数，T T为温度为温度.4

23、.4.2分子的诱导偶极矩和极化率第31页，共53页，编辑于2022年，星期四 用于定量表示极性分子的极性大小：用于定量表示极性分子的极性大小：=ql 式中式中:q 为极上所代电荷，为极上所代电荷，l 为偶极矩长度。为偶极矩长度。极性分子极性分子0非极性分子非极性分子=0双原子分子异核：双原子分子异核：HX同核：同核：H2,N2,O2多原子分子多原子分子O3(V形）形）NH3S8,P4BF3,CH4,CO210.4.1分子的偶极矩和极化率分子的偶极矩和极化率1.1.分子的偶极矩分子的偶极矩()第32页，共53页，编辑于2022年，星期四分子式分子式偶极矩偶极矩分子式分子式偶极矩偶极矩H20SO2

24、5.33N20H2O6.17CO20NH34.90CS20HCN9.85CH40HF6.37CO0.40HCl3.57CHCl33.50HBr2.67H2S3.67HI1.40分子的偶极矩分子的偶极矩(10-30C第33页，共53页，编辑于2022年，星期四 极性键构成的双原子分子：分子偶极距极性键构成的双原子分子：分子偶极距=键矩键矩 多原子分子的偶极矩多原子分子的偶极矩=键矩的矢量和键矩的矢量和 例如：例如：(SF6)=0，键矩互相抵消，键矩互相抵消 ；(H2O)00，键矩未能抵消，键矩未能抵消 。2.2.分子的极化率分子的极化率 用于定量地表示分子的变形性大小。分子的变形性大小指的是由用

25、于定量地表示分子的变形性大小。分子的变形性大小指的是由正电中心与负电中心发生位移（由重合变不重合，由偶极长度小变偶正电中心与负电中心发生位移（由重合变不重合，由偶极长度小变偶极长度大。）极长度大。）分子的偶极矩与键矩的关系：分子的偶极矩与键矩的关系：影响分子变形性大小的因素：影响分子变形性大小的因素：外因：外加电场愈强，分子变形愈厉害；外因：外加电场愈强，分子变形愈厉害；内因：分子愈大，分子变形愈厉害。内因：分子愈大，分子变形愈厉害。第34页，共53页，编辑于2022年，星期四 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正负分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正负电中心；任何分子都有变形

26、的性能。电中心；任何分子都有变形的性能。1.1.色散作用色散作用 由于瞬时偶极而产生的分子间的相互作用。色散力与分由于瞬时偶极而产生的分子间的相互作用。色散力与分子极化率有关。子极化率有关。大，色散力大。大，色散力大。2.2.诱导作用诱导作用 非极性分子与极性分子也有色散作用，此外还有一种非极性分子与极性分子也有色散作用，此外还有一种诱导作用，诱导作用固有偶极与诱导偶极之间的作用。诱导作用，诱导作用固有偶极与诱导偶极之间的作用。极性分子具有固有偶极，相对于非极性分子而言相当于极性分子具有固有偶极，相对于非极性分子而言相当于外加电场，在它的静电作用下，非极性分子极化，发生外加电场，在它的静电作用

27、下，非极性分子极化，发生了诱导偶极。诱导偶极又反作用于极性分子，使其偶极了诱导偶极。诱导偶极又反作用于极性分子，使其偶极长度变大。长度变大。2 2 分子间的吸引作用分子间的吸引作用第35页，共53页，编辑于2022年，星期四 极化分子的偶极矩：极化分子的偶极矩：愈大，诱导作用愈强愈大，诱导作用愈强非极性分子的极化率：非极性分子的极化率：愈大，诱导作用愈强愈大，诱导作用愈强 3.3.取向作用取向作用 两个极化分子相互靠近时，由于同极相斥，异极两个极化分子相互靠近时，由于同极相斥，异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。进一步

28、相互靠近。两个固有偶极间存在的同极取向、异极相斥的定两个固有偶极间存在的同极取向、异极相斥的定向作用称为取向作用。向作用称为取向作用。决定诱导作用强弱的因素：决定诱导作用强弱的因素：第36页，共53页，编辑于2022年，星期四 许多化合物，特别是有机物具有旋光性。化合许多化合物，特别是有机物具有旋光性。化合物是否具有旋光性，与它的分子对称性密切相关物是否具有旋光性，与它的分子对称性密切相关.1 1平面偏振光平面偏振光 普通的光是各种波长可见光的混合体，光波与光线普通的光是各种波长可见光的混合体，光波与光线前进方向成直角关系，单色光虽然具有单一波长，仍在前进方向成直角关系，单色光虽然具有单一波长

29、，仍在无数交错的平面内震动振动。无数交错的平面内震动振动。如果让一束光线通过冰晶石（如果让一束光线通过冰晶石（CaCOCaCO3 3）制的棱镜，可）制的棱镜，可使光线分解成原来光线强度一半的两束光线。一束遵循折使光线分解成原来光线强度一半的两束光线。一束遵循折射定律的平常光线，一束异于折射定律的非常光线，它们射定律的平常光线，一束异于折射定律的非常光线，它们所含的光波只在一个平面内振动所含的光波只在一个平面内振动平面偏振光。平面偏振光。4.5 4.5 分子的手性和旋光性分子的手性和旋光性第37页，共53页，编辑于2022年，星期四最早发现旋光性是从石英开始的。天然石英最早发现旋光性是从石英开始

30、的。天然石英有二种。晶体不具对称性，呈实物有二种。晶体不具对称性，呈实物镜像关系，镜像关系，一种为右旋，一种为左旋，但熔融后旋光性消失。一种为右旋，一种为左旋，但熔融后旋光性消失。1848年年Pasteur发现旋光的酒石酸钠铵是由二种不发现旋光的酒石酸钠铵是由二种不同的结晶状态的混合物组成，他用镊子小心地分同的结晶状态的混合物组成，他用镊子小心地分离二种晶体，其中一种多一些，都具旋光性，将离二种晶体，其中一种多一些，都具旋光性，将它们分别溶在水中仍有旋光性。它们分别溶在水中仍有旋光性。由此而知，石英的旋光性与其不对称性的晶体结由此而知，石英的旋光性与其不对称性的晶体结构有关。而酒石酸钠铵的旋光

31、性不受物态的影响，显构有关。而酒石酸钠铵的旋光性不受物态的影响，显然与分子内部的结构不对称性有关。这个发现对后来然与分子内部的结构不对称性有关。这个发现对后来立体化学的建立和发展极为重要。立体化学的建立和发展极为重要。第38页，共53页，编辑于2022年，星期四（Chiralityandchiralmolecules）人的手是不对称的，它不能与镜像完全重人的手是不对称的，它不能与镜像完全重叠，这种叠，这种实物与镜像不能重合的现象称为手性实物与镜像不能重合的现象称为手性。把它推广到分子上，一个分子如果它的实物把它推广到分子上，一个分子如果它的实物与镜像不能重合称为手性分子。与镜像不能重合称为手性

32、分子。凡是手性分子都有凡是手性分子都有旋光性旋光性，如果能重合则是非手性分子。非手性分，如果能重合则是非手性分子。非手性分子实物与镜像是同一化合物，不是异构体；而手子实物与镜像是同一化合物，不是异构体；而手性分子实物与镜像是不同的化合物，是一对立体性分子实物与镜像是不同的化合物，是一对立体异构体，称为异构体，称为对映体对映体。故旋光异构又称为。故旋光异构又称为对映对映异构异构。手性和手性分子手性和手性分子第39页，共53页，编辑于2022年，星期四饱和碳原子具有四面体结构，其立体结构可用模型饱和碳原子具有四面体结构，其立体结构可用模型清楚地表达出来。当四面体结构模型的中心碳原子连清楚地表达出来

33、。当四面体结构模型的中心碳原子连有四个不同的原子或原子团时，如乳酸分子中有四个不同的原子或原子团时，如乳酸分子中C2连着连着H、CH3、OH和和COOH，则可得到两种结构的模型，则可得到两种结构的模型，无论把它们怎样放置，都不能使它们完全重叠。因此，无论把它们怎样放置，都不能使它们完全重叠。因此，它们并不是相同的。它们并不是相同的。手性手性第40页，共53页，编辑于2022年，星期四这两个模型的关系就像左手和右手的关系一样：它这两个模型的关系就像左手和右手的关系一样：它们互为镜像与实物，彼此又不能叠合。们互为镜像与实物，彼此又不能叠合。这种互为镜像与实物关系，彼此又不能叠合的现这种互为镜像与实

34、物关系，彼此又不能叠合的现象称为手性。连有四个不同的原子或原子团的碳原象称为手性。连有四个不同的原子或原子团的碳原子称为手性碳原子（或叫不对称碳原子），通常用子称为手性碳原子（或叫不对称碳原子），通常用星号（星号（*）标出，例如：）标出，例如：第41页，共53页，编辑于2022年，星期四第42页，共53页，编辑于2022年，星期四两个互相不能叠合的分子模型具备互为镜像与实物两个互相不能叠合的分子模型具备互为镜像与实物的关系，因此它们都具有手性。它们代表不同的分子！的关系，因此它们都具有手性。它们代表不同的分子！如下图所示，它们分别代表两种立体结构不同的乳酸如下图所示，它们分别代表两种立体结构不

35、同的乳酸分子，这两种乳酸分子都具有手性。分子，这两种乳酸分子都具有手性。手性分子与对映体手性分子与对映体第43页，共53页，编辑于2022年，星期四第44页，共53页，编辑于2022年，星期四第45页，共53页，编辑于2022年，星期四简单地说，不能与其镜像分子重叠的分子称为手性分子，反之为非简单地说，不能与其镜像分子重叠的分子称为手性分子，反之为非手性分子。互为镜像与实物关系的两个分子互为对映异构体（简称对手性分子。互为镜像与实物关系的两个分子互为对映异构体（简称对映体）。映体）。对映体是互为镜像的立体异构体。它们具有相同的熔点、沸点、对映体是互为镜像的立体异构体。它们具有相同的熔点、沸点、

36、偶极矩、折光率、相对密度、和在一般溶剂中的溶解度，也具相同偶极矩、折光率、相对密度、和在一般溶剂中的溶解度，也具相同的光谱性质。与非手性试剂作用时，其化学性质也一样。但对映体的光谱性质。与非手性试剂作用时，其化学性质也一样。但对映体在立体结构上的差异，必然在性质上有所反映。对映体在物理性质在立体结构上的差异，必然在性质上有所反映。对映体在物理性质上的不同，反映在具有不同的旋光性，即对偏振光的作用不同。上的不同，反映在具有不同的旋光性，即对偏振光的作用不同。在有机化学中，凡是手性分子，都具有旋光性，而非手性分子在有机化学中，凡是手性分子，都具有旋光性，而非手性分子都没有旋光性。对映体是一对互相对

37、映的手性分子，它们都有旋光都没有旋光性。对映体是一对互相对映的手性分子，它们都有旋光性，而且它们的旋光能力是相同的，所不同的是两者的旋光方向相性，而且它们的旋光能力是相同的，所不同的是两者的旋光方向相反，即一个对映体是左旋的，另一个对映体是右旋的。也就是：一反，即一个对映体是左旋的，另一个对映体是右旋的。也就是：一对对映体分子，如果其中之一在一定条件下右旋多少度，则另一个对对映体分子，如果其中之一在一定条件下右旋多少度，则另一个在同样条件下左旋相同的度数。在同样条件下左旋相同的度数。第46页，共53页，编辑于2022年，星期四一个分子能否与其镜像重合，即分子是否具有手性，与分子的对一个分子能否

38、与其镜像重合，即分子是否具有手性，与分子的对称性有关。因此，只要考察分子的对称性就能判断它是否具有手性。称性有关。因此，只要考察分子的对称性就能判断它是否具有手性。考察分子的对称性，需要考察的对称因素有四种，即：考察分子的对称性，需要考察的对称因素有四种，即：对称面对称面、对对称中心称中心、对称轴对称轴和和交替对称轴交替对称轴。凡具有对称面、对称中心、交替对称轴其中一种对称因素的分子，凡具有对称面、对称中心、交替对称轴其中一种对称因素的分子，都能与其镜像分子叠合，都是非手性分子。反之，都不具有上述对都能与其镜像分子叠合，都是非手性分子。反之，都不具有上述对称因素的分子，是手性分子。是否有对称轴

39、对分子是否有手性没有称因素的分子，是手性分子。是否有对称轴对分子是否有手性没有决定作用。决定作用。在有机化合物中，绝大多数非手性分子都具有对称面或对称在有机化合物中，绝大多数非手性分子都具有对称面或对称中心，或者同时还具有中心，或者同时还具有4重交替对称轴。没有对称面或对称中心，重交替对称轴。没有对称面或对称中心，只有只有4重交替对称轴的非手性分子是极个别的。因此，重交替对称轴的非手性分子是极个别的。因此，只要能判只要能判断一个分子既没有称面，也没有对称中心，一般能初步断定它是断一个分子既没有称面，也没有对称中心，一般能初步断定它是一个手性分子一个手性分子。对称性和分子手性对称性和分子手性第4

40、7页，共53页，编辑于2022年，星期四 光是一种电磁波。光波振动的方向是与光的前进光是一种电磁波。光波振动的方向是与光的前进方向垂直的。普通光的光波在各个不同的方向上振方向垂直的。普通光的光波在各个不同的方向上振动。但如果让它通过一个尼科尔动。但如果让它通过一个尼科尔(Nicol)棱镜（用棱镜（用冰洲石制成的棱镜），则透过棱镜的光就只在一个冰洲石制成的棱镜），则透过棱镜的光就只在一个方向（偏振面）上振动。这种光就叫做平面偏振光。方向（偏振面）上振动。这种光就叫做平面偏振光。偏振光能完全通过晶轴与其偏振面平行的尼科尔棱偏振光能完全通过晶轴与其偏振面平行的尼科尔棱镜，而不能通过晶轴与其偏振面垂直

41、的尼科尔棱镜。镜，而不能通过晶轴与其偏振面垂直的尼科尔棱镜。旋光性旋光性第48页，共53页，编辑于2022年，星期四当平面偏振光通过某种介质时，有的介质对偏振光没当平面偏振光通过某种介质时，有的介质对偏振光没有作用，即透过介质的偏振光的偏振面保持不变。而有有作用，即透过介质的偏振光的偏振面保持不变。而有的介质却能使偏振光的偏振面发生旋转。这种能旋转偏的介质却能使偏振光的偏振面发生旋转。这种能旋转偏振光的偏振面的性质叫做旋光性。具有旋光性的物质叫振光的偏振面的性质叫做旋光性。具有旋光性的物质叫做旋光性物质或光活性物质。做旋光性物质或光活性物质。第49页，共53页，编辑于2022年，星期四能使偏振

42、光的偏振面向右旋的物质，叫做右旋物质；反之，叫做左能使偏振光的偏振面向右旋的物质，叫做右旋物质；反之，叫做左旋物质。通常用旋物质。通常用d（拉丁文（拉丁文dextro的缩写，的缩写，右右的意思）或的意思）或+表示表示右旋；用右旋；用l（拉丁文（拉丁文laevo的缩写，的缩写，左左的意思）或的意思）或-表示左旋。表示左旋。偏振光的偏振面被旋光物质所旋转的角度，叫做旋光度，用偏振光的偏振面被旋光物质所旋转的角度，叫做旋光度，用表示。表示。物质旋光性的大小可用比旋光度表示。物质旋光性的大小可用比旋光度表示。第50页，共53页，编辑于2022年，星期四图光的振幅与前进方向垂直图光的振幅与前进方向垂直

43、第51页，共53页，编辑于2022年，星期四 有有机机化化学学中中经经常常有有含含不不对对称称C原原子子的的分分子子导导致致旋旋光光异异构构现现象象：例例如如乳乳酸酸、酒酒石石酸酸、苹苹果果酸酸等等，这这些些化化合合物物至至少少含含有有一一个个结结合合四四个个不不同同基基团团的的不不对对称称C C原原子子。乳乳酸酸的的不不对对称称C原原子子与与H、OH、CH3、COOH四四个个互互不不相相同同的基团结合，如图它只能有两种异构体的基团结合，如图它只能有两种异构体.第52页，共53页，编辑于2022年，星期四 又如酒石酸，它分子中两个不对称碳原子都结合又如酒石酸，它分子中两个不对称碳原子都结合H、OH、COOH和和CH(OH)COOH四个不同的基团，酒石酸的立体异构体只有三个：两个四个不同的基团，酒石酸的立体异构体只有三个：两个具有旋光性的异构体分子不能相互重叠，互呈对映体关系，能组成一个具有旋光性的异构体分子不能相互重叠，互呈对映体关系，能组成一个外消旋体。第三个异构体含有一个对称平面，所以不具旋光性，称为内外消旋体。第三个异构体含有一个对称平面，所以不具旋光性，称为内消旋酒石酸。消旋酒石酸。第53页，共53页，编辑于2022年，星期四