立体化学基础.pptx
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1、1.掌握立体化学中的一些基本概念(光学异构、顺反异构、对称面、对称中心、手性碳原子、手性分子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体等);费歇尔投影式,R、S构型标记法;判断分子手性的方法。3.了解D、L构型标记法,苏式、赤式构型。外消旋体的拆分;二环环烷烃的构象。2.熟悉平面偏振光、比旋光度、旋光度及相关计算;对应异构体间及非对应异构体间理化性质的区别;卤代反应的立体化学。第五章立体化学基础【目标】第1页/共90页讨论分子的立体结构及立体结构与分子物理性质之间的关系讨论分子的立体形象对化学反应的影响及产物分子和反应物分子在立体结构上的关系等。立体化学静态立体化学动态立体化学立体化学(stere
2、ochemistry)是研究分子的立体结构、反应的立体性及其相关规律和应用的科学。第五章立体化学基础第2页/共90页同分异构构造异构立体异构碳架异构丁烷与异丁烷官能团异构乙醚与丁醇互变异构烯醇式与酮式位置异构1-丁醇与2-丁醇 构象异构构型异构顺反异构对映异构(光学异构)第五章立体化学基础第3页/共90页对映异构enantiomerism概念:构造相同,互为实物与镜像构型的两分子;简称对映体。第4页/共90页二十世纪60年代,药物“反应停”(thalidomide)在欧洲出售,它是有力的镇静剂和止吐剂。很多孕妇服用,产下畸形的婴儿(一万二千)。科学家们对这个化合物进行了深入的研究。发现“反应停
3、”是具有对映异构体的化合物的混合物,它的(R)构型异构体是强力的镇静剂,而(S)构型异构体却是强烈的致畸剂。它们的熔点、沸点都同,对偏振光的作用不同。(S)-thalidomider致畸剂(R)-thalidomeder镇静剂研究手性的意义:反应停事件第5页/共90页对映(光学)异构体的重要性:1天然有机化合物大多有旋光现象(手性)。3物质的旋光性与药物的疗效有关2用于研究有机反应机理。第五章立体化学基础第6页/共90页一、平面偏振光和旋光性概念:普通光通过Nicol棱镜形成的只在一个平面上振动的光。简称偏振光或偏光。偏振光的振动平面称为偏振面.第7页/共90页(一)旋光性旋光物质:具有光学活
4、性(旋光性)的物质。概念:能使偏振光振动面旋转的性质。第8页/共90页(二)旋光仪和旋光度概念:旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度,用“”表示。旋光度“”是一个变量,它受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响,为了便于比较,就要使其成为一个常量,故用比旋光度来表示。旋光方向顺时针 右旋 用“”表示逆时针 左旋 用“”表示第9页/共90页 在一定温度和波长(钠光)条件下,样品浓在一定温度和波长(钠光)条件下,样品浓度为度为1 g.mL-1 时,在时,在 1 dm 长的盛液管中测得的旋长的盛液管中测得的旋光度。是一物理常数。光度。是一物理常数。式中:为实测旋光度;c为试样的质量浓度,单位g.m
5、L-1;若试样为纯液体则为密度。l 为盛液管的长度,单位 dm。t 测样时的温度()。为旋光仪使用的光源的波长(通常用钠光,以D表示,=589.3nm)。(三)比旋光度第10页/共90页比旋光度比旋光度 能够体现物质特性LdmC gmL-125+2.6(水)D例如:右旋乳酸通过旋光度的测定可计算旋光性物质的纯度和含量,鉴别光学活性物质。摩尔旋光度:第11页/共90页Nicol棱镜(偏振片)偏振光偏振光普通光有无数个振动方向,振动方向与光的前进方向相垂直偏振光与棱镜晶轴平行的振动方向晶轴a ab bc cd d只有一个振动方向的光 旋光度旋光度非旋光物质旋光性物质光活性物质光活性物质第12页/共
6、90页光源起偏镜盛液管检偏镜观察目镜刻度盘非旋光物质(2)旋光性怎样测定?旋光仪工作原理示意图旋光物质亮暗亮旋光度旋光度 光源:钠光589.3nm盛液管1dm第13页/共90页1848年 路易斯 巴斯德发现对映异构体二、手性和对映异构1808年 马露发现偏振光1815年 法国物理学家拜奥特发现晶体旋光性酒石酸盐晶体第一节 概 述第14页/共90页手性:象左右手一样,互为实物与镜像关系,彼此不能重合的现象。生活中的手性第一节 概 述第15页/共90页3_1平面偏振光及比旋光度第一节 概 述手性分子:实物与其镜像不能重合的分子。对映异构体:构造相同,但实物与其镜像不能重合的异构体,简称对映体(或叫
7、旋光异构体)。C2H5HOHCCH3C2H5OHCH3HC第16页/共90页第一节 概 述*手性碳原子:连有四个互不同的原子或基团的碳原子(又叫不对称碳原子不对称碳原子,用*C表示)。第17页/共90页第一节 概 述*?不是手性碳一个分子中如果只含有一个手性碳原子,它肯定是手性分子,存在一对对映异构体。第18页/共90页乳酸D葡萄糖CCC第19页/共90页邻乙酰基-乳香酸4.手性碳原子*第20页/共90页对称面():能把分子剖成实物和镜像两部分的平面。(一)对称因素三、分子的对称性和手性有对称面的分子是对称分子(非手性分子)。第21页/共90页H对称中心(i):如果分子中有一点,所有通过这个点
8、画的直线都以等距离遇到相同的基团。OHCH3HHH.OHCH3三、分子的对称性和手性一个分子只可能有一个对称中心。有对称中心的分子也是非手性分子。第22页/共90页对称轴(Cn):通过物体或分子的一条直线,以这条直线为转轴旋转一定的角度(360/n),得到的物体或分子形象与原物体或分子的形象无法区别。没有对称面也没有对称中心的分子是手性分子,而对称轴不作为判别手性分子依据。C2C3C6C2C2三、分子的对称性和手性第23页/共90页有手性碳原子的分子为手性分子。手性碳原子与手性分子无手性碳原子的分子为非手性分子。可见分子中有无手性碳原子不是判断分可见分子中有无手性碳原子不是判断分子是否具有手性
9、的依据。子是否具有手性的依据。第24页/共90页不含手性中心的手性分子分子中没有手性中心端位上连接的基团处于垂直平面第25页/共90页结论:A.有对称面、对称中心、四重交替对称轴的分子均可与其镜象重叠,是非手性分子;反之,为手性分子。至于对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。B.大多数非手性分子都有对称轴或对称中心,只有交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物是少数。既无对称面也没有对称中心的,一般可判定为是手性分子。分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。如果分子中不存在对称面、对称中心和四重更迭对称轴,则这个分子具有手性第26页/共90页二烯烃的特性反应:共轭加成和D-A反应。偏振光、比旋
10、光度、对映体、对称因素、手性碳原子、手性分子判断:既无对称面也没有对称中心的,一般可判定为是手性分子。分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。小结第27页/共90页二烯烃的特性反应:共轭加成和二烯烃的特性反应:共轭加成和D-A反应。反应。偏振光、比旋光度、偏振光、比旋光度、对映体、对称因素、对映体、对称因素、手性碳原子手性碳原子、手性分子判断:、手性分子判断:既无对称面也没有对称中心的,一般可判定为是既无对称面也没有对称中心的,一般可判定为是手性分子。手性分子。分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。第28页/共90页对称面():能把分子剖成实物和镜像两
11、部分的平面。(一)对称因素三、分子的对称性和手性有对称面的分子是对称分子(非手性分子)。第29页/共90页H对称中心(i):如果分子中有一点,所有通过这个点画的直线都以等距离遇到相同的基团。OHCH3HHH.OHCH3三、分子的对称性和手性一个分子只可能有一个对称中心。有对称中心的分子也是非手性分子。第30页/共90页对称轴(Cn):通过物体或分子的一条直线,以这条直线为转轴旋转一定的角度(360/n),得到的物体或分子形象与原物体或分子的形象无法区别。没有对称面也没有对称中心的分子是手性分子,而对称轴不作为判别手性分子依据。C2C3C6C2C2三、分子的对称性和手性第31页/共90页有手性碳
12、原子的分子为手性分子。有手性碳原子的分子为手性分子。手性碳原子与手性分子手性碳原子与手性分子无手性碳原子的分子为非手性分子。无手性碳原子的分子为非手性分子。可见分子中有无手性碳原子不是判断分可见分子中有无手性碳原子不是判断分子是否具有手性的依据。子是否具有手性的依据。第32页/共90页不含手性中心的手性分子不含手性中心的手性分子分子中没有手性中心分子中没有手性中心端位上连接的基团端位上连接的基团处于处于垂直垂直平面平面第33页/共90页一、含一个手性碳的化合物第二节 对映异构和非对映异构第34页/共90页一、含一个手性碳的化合物名称名称来源来源熔点熔点旋光度旋光度pKapKa溶解度溶解度()乳
13、酸乳酸肌肉肌肉53533.823.823.793.79()乳酸乳酸 糖发酵糖发酵53533.823.823.793.79()()乳酸乳酸 酸牛奶酸牛奶1818003.793.79乳乳 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质外消旋体:一对对映体的等量混合物。用外消旋体:一对对映体的等量混合物。用()()或或dl表示表示第35页/共90页对映体性质的异同对映体性质的异同相同点相同点:熔点熔点、沸点沸点、溶解度溶解度(非手性溶剂中非手性溶剂中););与非手性试剂的作用。与非手性试剂的作用。不同点不同点:对偏振光的作用对偏振光的作用(旋光性旋光性)不同不同;与手性与手性试剂作用时,或在手性溶剂或手性催化剂
14、的作用试剂作用时,或在手性溶剂或手性催化剂的作用下,二者的反应速率不同下,二者的反应速率不同;生理作用、药效有差异生理作用、药效有差异一、含一个手性碳的化合物第36页/共90页(一)对映异构体的表示方法COOHCH3OHH投影原则投影原则:C C链竖放;编号从上到下链竖放;编号从上到下 横键在前、竖键在后横键在前、竖键在后 将分子结构投影在平面上,交叉点表示将分子结构投影在平面上,交叉点表示C*C*使用原则:使用原则:不能离开纸面翻转不能离开纸面翻转;在纸平面上不能旋转在纸平面上不能旋转9090的奇数倍的奇数倍;任意两个基团调换偶数次,构型不变任意两个基团调换偶数次,构型不变;调换调换奇数次,
15、构型改变。奇数次,构型改变。Fischer投影式投影式第37页/共90页可以沿纸面旋转,但不能离开纸面翻转。第38页/共90页可以旋转180,但不能旋转90的奇数倍。第39页/共90页第40页/共90页(二)对映异构体构型的命名1.D/L构型标记法D-(+)-甘油醛甘油醛L-(-)-甘油醛甘油醛以甘油醛为标准,规定:甘油醛的Fischer投影式中,羟基在右边的为右旋甘油醛,定为D构型;羟基在左边的为左旋甘油醛,定为L构型。第41页/共90页(二)对映异构体构型的命名D-乳酸乳酸L-乳酸乳酸其他物质与甘油醛比较,若手性C上的取代基在Fischer投影式右边称该构型为D型;若在左边,则称为L型(若
16、有多个手性碳,以编号最大的手性碳为主)。如:HHOCOOHCH3OHHCOOHCH3D-葡萄糖葡萄糖CHOOHHCH2OHHHOOHHOHH第42页/共90页(二)对映异构体构型的命名D、L构型与旋光性没有联系,旋光性用(+)(-)表示;一对对映体中若一个为D型,则另一个必为L型;若D型为左旋体,L型必为右旋体,反之亦然。绝对构型:分子中手性碳原子所连接原子或基团在空间排列的真实情况。第43页/共90页2.构型的构型的 R/S命名法命名法依次序规则将4个基团按大小排序,abcd将末优基团d放在距观察者眼睛最远的位置上,观察abc,由大到小排列顺时针为R,逆时针为S;若手性碳上连有Z/E型相同基
17、团,则ZE。acbdCacdCbSR第44页/共90页顺序规则顺序规则(Sequence rule)与手性碳直接相连的原子不同时,原子序数大者“较优”。同位素以相对原子质量大者“较优”。IBrClSPFONCDH若与手性碳直接相连的原子相同时,可比较相同原子所连的其他原子的原子序数,原子序数大者“较优”,依次类推,直到比较出大小为止。CH2CH3CH3CH2ClCH2OHCH(CH3)2CH2C(CH3)3第45页/共90页若相连的基团中含有不饱和键时,如C=O,CN等时,则分别看作C两次与O相连,三次与N相连。顺序规则顺序规则(Sequence rule)CHOCH2OH(O,O,H)(O,
18、H,H)若取代基互为对映异构体时,R-构型优先于S-构型;取代基互为几何异构时,Z式大于E式。第46页/共90页R/S型标示法RR2.R/S 标记法S 乳酸乳酸R 乳酸乳酸R 乳酸乳酸第47页/共90页2.R/S 标记法NH2 C6H5 CH=CH2 CH(CH3)2R 4-甲基甲基-3-苯基苯基-3-氨基氨基-1-戊烯戊烯第48页/共90页(R)-2-羟基丙酸羟基丙酸(2R,3R)-2-氯氯-3-溴戊烷溴戊烷单个手性碳单个手性碳不写位次不写位次多个手性碳写多个手性碳写出位次出位次2-氯氯-3-溴戊烷溴戊烷RR RIBrClFONCH第49页/共90页Fischer投影式R/S 构型标记的规律
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