第五章立体异构新编PPT讲稿.ppt

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1、第五章立体异构新编第1页，共69页，编辑于2022年，星期三 一般说来，含有一般说来，含有n个不同的手性碳原子，个不同的手性碳原子，理论上有（理论上有（2n）个立体异构体。）个立体异构体。C47H51NO14 紫杉醇是一种全紫杉醇是一种全新的光谱抗癌药，副作新的光谱抗癌药，副作用小，国际医疗界认为用小，国际医疗界认为紫杉醇是近紫杉醇是近10年来发现年来发现的最有希望的抗癌药物。的最有希望的抗癌药物。红豆杉红豆杉紫杉醇紫杉醇（taxol）第2页，共69页，编辑于2022年，星期三对对映映异异构构又又叫叫光光学学异异构构或或旋旋光光异异构构。它它是是一一类类与与物物质质的的旋光性质有关的立体异构。

2、旋光性质有关的立体异构。构型异构构型异构(分子中原子间的排列分子中原子间的排列顺序、结合方式顺序、结合方式)(构造相同，原子在构造相同，原子在空间排布方式不同空间排布方式不同)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构象异构构象异构构造异构构造异构立体异构立体异构同分异构同分异构isomerismconstitutionalstereoiseomerism configurational顺反异构顺反异构对映异构对映异构conformational第3页，共69页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 顺反异构顺反异构1.分子中存在限制原子自由旋转的结构因素双键或环 2.不能自由旋转

3、的原子上连接2个不相同的原子或基团一、产生顺反异构的条件第4页，共69页，编辑于2022年，星期三二、顺反异构体的命名1.顺、反命名法第5页，共69页，编辑于2022年，星期三顺反命名法的缺陷顺反命名法的缺陷是当相关的四个原子或基团是当相关的四个原子或基团互不相等时，结构式互不相等时，结构式:ad、ae、bd、be时时 第6页，共69页，编辑于2022年，星期三2.Z、E命名法 Z/E命名法的步骤:先定出每个双键碳上所连的两个原子或基团的先后次序，若两个优先基处在双键的同侧，称为 Z 型，反侧称为 E 型。a d a e C=C C=C b e b dZ-型型E-型型 假设：假设：a b,d

4、e第7页，共69页，编辑于2022年，星期三次序规则次序规则:1.原子序数较大的优先原子序数较大的优先 Br Cl O N C D H 2.若相连的两个基团的第一个原子相同若相连的两个基团的第一个原子相同,比较与比较与 第一个原子相连的其他原子第一个原子相连的其他原子C2H5 CH3；CH2Cl CH(CH3)2 第8页，共69页，编辑于2022年，星期三3.3.含双键和叁键的取代基含双键和叁键的取代基,可看成可看成2 2个或个或3 3个单键个单键第9页，共69页，编辑于2022年，星期三Z-2-丁烯丁烯E-1-甲基甲基-2-氯环丙烷氯环丙烷E-1-氘丙烯氘丙烯Z-型型第10页，共69页，编辑

5、于2022年，星期三注意：注意：Z型型顺式；顺式；E型型反式。反式。如：如：2-溴溴-2-丁烯丁烯 CH3CBrCHCH3 反式异构体比顺式异构体稳定 第11页，共69页，编辑于2022年，星期三回顾：回顾：1.影响亲核取代反应机理的因素影响亲核取代反应机理的因素2.消除反应活性、消除反应的取向消除反应活性、消除反应的取向3.不同类型卤代烯烃的活泼性不同类型卤代烯烃的活泼性4.产生顺反异构的条件，顺反异构体的命名产生顺反异构的条件，顺反异构体的命名5.次序规则次序规则6.偏振光与旋光性偏振光与旋光性第12页，共69页，编辑于2022年，星期三第二节 旋光异构一、偏振光与旋光性一、偏振光与旋光性

6、振动面振动面偏振光偏振光：普通光经过尼克尔棱镜后，只在一个平面上：普通光经过尼克尔棱镜后，只在一个平面上 振动的光。振动的光。振动面振动面：偏振光前进的方向和其质点振动的方向所构：偏振光前进的方向和其质点振动的方向所构 成的平面。成的平面。第13页，共69页，编辑于2022年，星期三 偏振光能否透过第二个偏振光能否透过第二个Nicol 棱镜棱镜(检偏镜检偏镜)取决于取决于两个棱镜的晶轴是否平行，平行则可透过；否则不能通过。两个棱镜的晶轴是否平行，平行则可透过；否则不能通过。第14页，共69页，编辑于2022年，星期三结论：结论：物质有两类物质有两类（1 1）旋光性物质旋光性物质（光学活性物质）

7、（光学活性物质）:具有旋光性的物质，具有旋光性的物质，叫做叫做旋光性旋光性物质物质。能使偏振光振动面旋转的性质，叫做能使偏振光振动面旋转的性质，叫做旋光性旋光性。（2 2）非旋光性物质）非旋光性物质:不具有旋光性的物质，叫做不具有旋光性的物质，叫做 非旋光性物质。非旋光性物质。生检生检第15页，共69页，编辑于2022年，星期三二、旋光度与比旋光度二、旋光度与比旋光度 旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度称为旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度称为旋光度旋光度（observed rotation），以以“”表示。表示。旋光性物质的旋光方向和旋光度大小用旋光性物质的旋光方向和旋光度大小用旋光

8、仪旋光仪测定测定从面对光线的入射方向观察从面对光线的入射方向观察第16页，共69页，编辑于2022年，星期三 旋光仪旋光仪(polarmeter)：定量测量液体或溶液的：定量测量液体或溶液的 旋光程度的仪器。旋光程度的仪器。第17页，共69页，编辑于2022年，星期三WXG-4 圆盘旋光仪圆盘旋光仪WZZ-3 自动旋光仪自动旋光仪第18页，共69页，编辑于2022年，星期三 旋光度的旋光度的大小大小，除了与，除了与分子的结构分子的结构有关，还与测定有关，还与测定溶液溶液的浓度的浓度成成正比正比，也与测定，也与测定溶液的厚度（旋光管的长度）溶液的厚度（旋光管的长度）成成正比正比。还与测定的。还与

9、测定的温度温度,光源波长光源波长以及以及测量溶剂测量溶剂有关系。有关系。比旋光度比旋光度（specific rotation）:注意单位注意单位D-钠光，波长为钠光，波长为589nm；t-测定温度，单位为测定温度，单位为a a-实测的旋光度；实测的旋光度；L-旋光管旋光管的长度，单位为的长度，单位为dm；C-为样品的浓度，单位为为样品的浓度，单位为gml-1。第19页，共69页，编辑于2022年，星期三 比旋光度是旋光性物质的物理常数。比旋光度是旋光性物质的物理常数。鉴定旋光性物质鉴定旋光性物质 方法：测定物质的旋光度，计算出其比旋光度。方法：测定物质的旋光度，计算出其比旋光度。测测浓度浓度

10、方法：比旋光度已知的物质，测定其溶液的旋光度。方法：比旋光度已知的物质，测定其溶液的旋光度。第20页，共69页，编辑于2022年，星期三三、旋光性与分子结构的关系三、旋光性与分子结构的关系1.手性和手性分子手性和手性分子两种乳酸分子的模型两种乳酸分子的模型第21页，共69页，编辑于2022年，星期三 手性手性：物体与其镜像不能重合的特性。：物体与其镜像不能重合的特性。手性分子手性分子：具有：具有手性手性的分子。的分子。第22页，共69页，编辑于2022年，星期三 实物与镜像的关系叫实物与镜像的关系叫对映关系对映关系。实物与镜像实物与镜像 对映异构体对映异构体：具有对映而不能重合的立体异构体：具

11、有对映而不能重合的立体异构体 （简称（简称对映体对映体 enantiomers）对映体对映体的旋光性不同，又叫的旋光性不同，又叫旋光异构体旋光异构体。第23页，共69页，编辑于2022年，星期三井冈山风景桂林风情生活中的对映体 第24页，共69页，编辑于2022年，星期三2.分子的手性和分子结构的关系分子的手性和分子结构的关系（1）对称面）对称面()顺顺-1,2-二氯乙烯二氯乙烯 顺顺-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷存在对称面的分子能与其镜像重合，为非手性分子，存在对称面的分子能与其镜像重合，为非手性分子，无旋光性，无对映体。无旋光性，无对映体。sigma 第25页，共69页，编辑于2022

12、年，星期三（2）对称中心）对称中心具有对称中心的分子与其镜像能重合，为非手性分子，具有对称中心的分子与其镜像能重合，为非手性分子，无旋光性，无对映体。无旋光性，无对映体。第26页，共69页，编辑于2022年，星期三（3）对称轴）对称轴 对称轴不能作为判断分子是否有手性的依据对称轴不能作为判断分子是否有手性的依据 有对称面或对称中心，为非手性分子，没有旋光性，有对称面或对称中心，为非手性分子，没有旋光性，无对映体。无对映体。第27页，共69页，编辑于2022年，星期三四、含一个手性碳原子的化合物四、含一个手性碳原子的化合物1.对映体对映体*手性原子手性原子 第28页，共69页，编辑于2022年，

13、星期三 对映体的旋光度大小相同，旋光方向相反。对映体的旋光度大小相同，旋光方向相反。物理性质和化学性质在一般条件下都相同。物理性质和化学性质在一般条件下都相同。1.物理性质物理性质 （1）手性溶剂中溶解度不同）手性溶剂中溶解度不同 （2）用单一的圆偏振光时折射率不同）用单一的圆偏振光时折射率不同 2.化学性质化学性质 与手性试剂反应时，反应活性不同与手性试剂反应时，反应活性不同 生物活性可能相同，但多数不同。生物活性可能相同，但多数不同。对映异构体的理化性质：对映异构体的理化性质：第29页，共69页，编辑于2022年，星期三对映异构体中的一种可能具有疗效，而另一种可能不但对映异构体中的一种可能

14、具有疗效，而另一种可能不但无效甚至有害：无效甚至有害：(+)葡萄糖能被动物代谢，葡萄糖能被动物代谢，(-)葡萄糖不能被动物代谢。葡萄糖不能被动物代谢。左旋的氯霉素有抗菌作用，但其对映体则无疗效。左旋的氯霉素有抗菌作用，但其对映体则无疗效。在欧洲出售的一种叫在欧洲出售的一种叫反应停反应停（沙利度胺（沙利度胺thalidomide)的的药物却导致药物却导致1.2万个海豹畸形儿出生的惨剧。万个海豹畸形儿出生的惨剧。镇静剂镇静剂无致畸作用无致畸作用无镇静作用无镇静作用致畸变致畸变RS第30页，共69页，编辑于2022年，星期三2.外消旋体（外消旋体（racemate or racemic mixtur

15、e）等量的对映体组成的混合物称为外消旋体。等量的对映体组成的混合物称为外消旋体。外消旋体无旋光性外消旋体无旋光性外消旋体用符号外消旋体用符号（）或或 dl 表示表示外消旋体的化学性质一般与对映体相同外消旋体的化学性质一般与对映体相同 物理性质有差异：物理性质有差异：(+)-乳酸：熔点为乳酸：熔点为53，()-乳酸：熔点为乳酸：熔点为53，()-乳酸：熔点为乳酸：熔点为18。第31页，共69页，编辑于2022年，星期三（1）球棍模型球棍模型CH3CH3OHOHCOOHCOOHHH3.旋光异构体的表示方法旋光异构体的表示方法最好方法：球棍模型和伞形式最好方法：球棍模型和伞形式第32页，共69页，编

16、辑于2022年，星期三伞形式：伞形式：（2）透视式）透视式写透视式时将手性原子写在纸面上，实线表示写透视式时将手性原子写在纸面上，实线表示在纸面上的键，虚线表示指向纸面后的键，楔在纸面上的键，虚线表示指向纸面后的键，楔形线表示由纸面前指向手性原子的键，用元素形线表示由纸面前指向手性原子的键，用元素符号表示原子和基团。符号表示原子和基团。第33页，共69页，编辑于2022年，星期三（3）费歇尔投影式）费歇尔投影式投影时一般是将碳链竖直，编号小的碳原子放在上边。投影时一般是将碳链竖直，编号小的碳原子放在上边。横前竖后横前竖后手性碳在纸平面上手性碳在纸平面上严格的费歇尔投影式严格的费歇尔投影式第34

17、页，共69页，编辑于2022年，星期三对费歇尔投影式进行如下操作，构型不变：对费歇尔投影式进行如下操作，构型不变：投影式在平面上旋转投影式在平面上旋转900的偶数倍的偶数倍 （不可以离开平面反转不可以离开平面反转）；）；不离开纸面转不离开纸面转900的偶数倍的偶数倍，是原来的分子。，是原来的分子。900的奇数倍的奇数倍，是其对映异构体。，是其对映异构体。第35页，共69页，编辑于2022年，星期三对映异构体对映异构体同一化合物同一化合物第36页，共69页，编辑于2022年，星期三同一物质第37页，共69页，编辑于2022年，星期三同一物质对映体第38页，共69页，编辑于2022年，星期三 判别

18、不同的费歇尔投影式是否重合，不能离开纸面，判别不同的费歇尔投影式是否重合，不能离开纸面，只能在纸面内平移。只能在纸面内平移。一对对映体一对对映体若其一离开纸面翻若其一离开纸面翻1800，就成为同一物质。，就成为同一物质。第39页，共69页，编辑于2022年，星期三 固定某一个基团，另外三个基团可以依次换位；固定某一个基团，另外三个基团可以依次换位；第40页，共69页，编辑于2022年，星期三CH3HC2H5ClCH3ClC2H5H第41页，共69页，编辑于2022年，星期三这些操作可以用于判断书写不同的费歇尔投影式这些操作可以用于判断书写不同的费歇尔投影式是否代表同一种旋光异构体。是否代表同一

19、种旋光异构体。交换任意两个基团偶数次。交换任意两个基团偶数次。第42页，共69页，编辑于2022年，星期三五、旋光异构体构型的命名五、旋光异构体构型的命名（1）D、L构型标记法构型标记法L-2-2-氨基丙酸氨基丙酸D-(+)-甘油醛甘油醛L-(-)-甘油醛甘油醛第43页，共69页，编辑于2022年，星期三化合物的构型与旋光方向没有直接的对应关系化合物的构型与旋光方向没有直接的对应关系D、L 与与“+、-”没有必然的联系没有必然的联系因其局限性且由于习惯，只适用因其局限性且由于习惯，只适用糖类化合物糖类化合物和和氨基酸氨基酸第44页，共69页，编辑于2022年，星期三（2）R、S构型标记法构型标

20、记法把手性碳原子C*上所连的四个原子或基团按“次序规则”排 序：abcd。把次序排在最后的原子或基团d放在观察者视线的远端，观 察者沿着C*d键的方向，观察其余三个原子或基abc 的顺序，如果是顺时针，该手性碳原子为R构型；如果为 逆时针，该手性碳原子为S构型。R构型构型S构型构型第45页，共69页，编辑于2022年，星期三2-氯丁烷氯丁烷 R-第46页，共69页，编辑于2022年，星期三 确定确定费歇尔投影式费歇尔投影式R/S构型的方法：构型的方法：最小基团位于竖线上，比较其他三个基团的优先最小基团位于竖线上，比较其他三个基团的优先 顺序确定构型。顺序确定构型。S-构型构型R-构型构型S-构

21、型构型S-构型构型第47页，共69页，编辑于2022年，星期三平面内构型与实际构型相反：平面内构型与实际构型相反：平面内构型：平面内构型：S实际构型：实际构型：RR-3-甲基甲基-1-戊烯戊烯R-2-氯丁烷氯丁烷 SR第48页，共69页，编辑于2022年，星期三六、含两个手性碳原子的化合物六、含两个手性碳原子的化合物1.含两个不同手性碳原子的化合物含两个不同手性碳原子的化合物和和、和和互为对映体互为对映体和和 或或、和和 或或 为为非对映体非对映体第49页，共69页，编辑于2022年，星期三 旋光异构体可以分为两类：对映体和非对映体。旋光异构体可以分为两类：对映体和非对映体。对映体相应手性碳的

22、构型是相反的。对映体相应手性碳的构型是相反的。非对映体的旋光性不同，物理和化学性质也有差异非对映体的旋光性不同，物理和化学性质也有差异 含一个手性碳原子的分子有两个旋光异构体含一个手性碳原子的分子有两个旋光异构体 含两个不同手性碳原子的分子有四个旋光异构体含两个不同手性碳原子的分子有四个旋光异构体 含有含有n个不同手性碳原子的化合物存在个不同手性碳原子的化合物存在2n个旋光异个旋光异 构体（构体（2n-1对对映体）对对映体）第50页，共69页，编辑于2022年，星期三2.含两个相同手性碳原子的化合物含两个相同手性碳原子的化合物相同是指两个手性碳原子上所连接的基团具有一一对应的关系相同是指两个手

23、性碳原子上所连接的基团具有一一对应的关系第51页，共69页，编辑于2022年，星期三内消旋体内消旋体 分子内含有平面对称性因素的没有旋光性的立分子内含有平面对称性因素的没有旋光性的立体异构体称为内消旋体。是非手性分子。体异构体称为内消旋体。是非手性分子。第52页，共69页，编辑于2022年，星期三 内消旋体：分子内部形成对映两半的化合物。内消旋体：分子内部形成对映两半的化合物。(有平面对称因素有平面对称因素)。具有两个手性中心的内消旋结构一定是（具有两个手性中心的内消旋结构一定是（RSRS）构型）构型 内消旋体无旋光性内消旋体无旋光性(两个相同取代、构型相反的手性两个相同取代、构型相反的手性

24、碳原子，处于同一分子中，旋光性抵消碳原子，处于同一分子中，旋光性抵消)。含相同手性碳原子的旋光异构体的数目少于含相同手性碳原子的旋光异构体的数目少于2n个。个。第53页，共69页，编辑于2022年，星期三七、不含手性碳原子化合物的旋光异构(自学)1.丙二烯型化合物第54页，共69页，编辑于2022年，星期三2.联苯型化合物第55页，共69页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 构象异构构象异构构象异构：是指由于分子中单键的旋转或扭曲构象异构：是指由于分子中单键的旋转或扭曲 （不是把键断开），使得分子中的原子或基（不是把键断开），使得分子中的原子或基 团在空间产生不同的排列方式的一种立体异构。

25、团在空间产生不同的排列方式的一种立体异构。一、乙烷的构象一、乙烷的构象第56页，共69页，编辑于2022年，星期三构构象象的的表表示示方方法法锯架式(透视式)sawhorse formula交叉式重叠式Newman投影式600第57页，共69页，编辑于2022年，星期三 乙乙烷烷分分子子是是处处于于交交叉叉、重重叠叠以以及及介介于于两两者者之之间间的的无无数数构构象象的的动态平衡动态平衡混合体系，但各种构象体存在的比率不同。混合体系，但各种构象体存在的比率不同。乙烷的交叉式内能最低，最为稳定。称为乙烷的交叉式内能最低，最为稳定。称为优势构象优势构象.第58页，共69页，编辑于2022年，星期三

26、二、丁烷的构象二、丁烷的构象第59页，共69页，编辑于2022年，星期三四种构象稳定性次序：四种构象稳定性次序：对位交叉对位交叉 邻位交叉邻位交叉 部分重叠部分重叠 全重叠全重叠丁丁烷烷构构象象的的能能量量曲曲线线第60页，共69页，编辑于2022年，星期三三、环己烷的构象三、环己烷的构象1.椅式构象和船式构象椅式构象和船式构象第61页，共69页，编辑于2022年，星期三2.椅式构象的竖键和横键椅式构象的竖键和横键第62页，共69页，编辑于2022年，星期三3.取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析（1）一取代环己烷）一取代环己烷5 95取代基位于取代基位于e键的为优势构象键的为优势构象第6

27、3页，共69页，编辑于2022年，星期三（2）二取代环己烷）二取代环己烷顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷ea 构象构象 ae 构象构象反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷ee构象构象 aa 构象构象优势构象优势构象第64页，共69页，编辑于2022年，星期三顺顺-1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷ee构象构象 aa 构象构象ea 构象构象 ae 构象构象优势构象优势构象第65页，共69页，编辑于2022年，星期三反反-1-甲基甲基-2-叔丁基环己烷叔丁基环己烷顺顺-1-甲基甲基-2-叔丁基环己烷叔丁基环己烷ee构象构象 aa 构象构象优势构象优势构象

28、ae 构象构象 ea构象构象优势构象优势构象第66页，共69页，编辑于2022年，星期三 取代环己烷的优势构象的判断：取代环己烷的优势构象的判断：椅式构象为稳定构象。椅式构象为稳定构象。取代基占横键越多的为优势构象。取代基占横键越多的为优势构象。含不同取代基时，体积较大的处于横键为优势构象。含不同取代基时，体积较大的处于横键为优势构象。体积大的基团如叔丁基处于横键的为优势构象，叔体积大的基团如叔丁基处于横键的为优势构象，叔 丁基被称为控制构象的基团。丁基被称为控制构象的基团。第67页，共69页，编辑于2022年，星期三四、十氢萘的构象四、十氢萘的构象平面结构式：平面结构式：立体结构式：立体结构式：ee稠合稠合 ae稠合稠合 稳定稳定第68页，共69页，编辑于2022年，星期三第五章第五章 小结小结1.顺反异构顺反异构2.旋光度旋光度、比旋光度、比旋光度；3.手性分子的判断，对映体、非对映体；手性分子的判断，对映体、非对映体；4.内消旋体的判断和外消旋体的概念；内消旋体的判断和外消旋体的概念；5.费歇尔投影式；费歇尔投影式；6.次序规则，用次序规则，用DL和和RS标示构型。标示构型。7.乙烷、丁烷、环己烷、十氢化萘的构象乙烷、丁烷、环己烷、十氢化萘的构象作业题作业题(p103)：1.4.A、C、E、I 5.6.7.12.第69页，共69页，编辑于2022年，星期三