有机化学PPT立体化学.pptx





《有机化学PPT立体化学.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《有机化学PPT立体化学.pptx(69页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、8.0 有机化合物结构的概念与分类 (1)立体化学的基本概念 立体化学的研究对象是有机化合物分子的三维空间结构(立体结构)及其对化合物物理性质和化学反应的影响.立体异构体分子的构造相同,只是立体结构不同的化合物是立体异构体;包括构型和构象异构.构型是指分子中原子或原子团在空间的排列方式,构型的改变需要断裂化学键.构象是指相同构造的分子由于键的旋转导致原子或原子团在空间排布方式的不同,构象的改变不需要断裂化学键.构造指的是分子中原子相互联结的方式和次序,构造的变更需要断裂化学键.第1页/共69页(2)有机化合物的同分异构现象及分类构造异构constitution立体异构 Stereo-碳链异构(
2、如:丁烷/异丁烷)官能团异构(如:乙醚/乙醇)位置异构(如:辛醇/仲辛醇)构型异构configuration构象异构(如:乙烷的交叉式与重叠式)conformation顺反,Z、E异构(烯烃)对映异构同分异构 isomerism本章主要讨论立体化学中的对映异构.第2页/共69页8.1 镜象、手性、对称因素与对映体镜象:物体通过镜面反映出来的形象.特征是以镜面为对称轴,实物与镜象互相对称,但不能重合.例1:自然中的镜象第3页/共69页左右手互为镜象例2:生活中的镜象第4页/共69页在立体化学中,不能与镜象叠合的分子叫手性分子,而能叠合的分子叫非手性分子.手性(Chirality)与手性分子的概念
3、 一个物体若与自身镜象不能叠合,叫具有手性.左手和右手不能叠合 左右手互为镜象第5页/共69页例:乳酸2-羟基丙酸 CH3-CHOH-COOH的立体结构:饱和碳原子饱和碳原子(sp(sp3 3杂化杂化)具有四面体结构具有四面体结构.乳酸的分子模型图两个乳酸模型不能叠合 乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样,它们不能相互叠合,但却互为镜象,乳酸是手性分子.一个分子是否能与镜象叠合,与分子的对称性相关,通过考察分子的对称性可以判断是否手性分子.第6页/共69页 考察分子的对称性,要考察的对称因素对称因素有以下四种:设想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋转360/n后,(n=正整数),得到的分子
4、与原来的分子相同,这条直线就是分子的n重对称轴.有2重对称轴的分子(C2)分子的对称性与手性的关系(1)对称轴(旋转轴)-Cn旋转180 n=2例:2-丁烯第7页/共69页设想分子中有一平面,它可以把分子分成互为镜象的两半,这个平面就是对称面.有对称面的分子(2)对称面(镜面)-例:氯乙烷第8页/共69页设想分子中有一一个个点点,从分子中任任何何一一个个原原子子出发,向这个点作一直线,再从这个点将直线延长出去,在与该点前一线段等等距距离离处,可以遇到一一个个同同样样的原子的原子,这个点就是对称中心对称中心.有对称中心的分子(3)对称中心-i1,3-二甲基环丁烷1,2-二氯乙烯第9页/共69页设
5、想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋转360/n后,再用一个与此直线垂直的平面进行反映(即作出镜象),如果得到的镜象与原来的分子完全相同,这条直线就是交替对称轴交替对称轴.()旋转90后得(),()作镜象得(),()等于()该分子为有4重交替对称轴的分子(4)交替对称轴(旋转反映轴)-Sn4n=4第10页/共69页以下分子中存在哪些对称因素?ClClClClClCl ClClClClClCl绕轴旋转90镜面C2;2;无i;S4 重 合第11页/共69页 手性分子既没有对称面,又没有对称中心,也没有4重交替对称轴的分子,都不能与其镜象叠合,都是手性分子.非手性分子凡具有对称面、对称中心或交替
6、对称轴的分子.对称轴的存在与否对分子是否具有手性没有决定作用.在有机化学中,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4重对称轴.没有对称面或对称中心,只有4重交替对称轴的非手性分子是个别的.结论:对称因素与手性的关系手性分子的一般判断:只要一个分子既没有对称面,又没有对称中心,就可以初步判断它是手性分子.第12页/共69页 凡凡是是手手性性分分子子,必必有有互互为为镜镜象象的的构构型型.分分子子的手性是存在对映体的必要和充分条件的手性是存在对映体的必要和充分条件.互为镜象的两种构型的异构体叫做对对映映异异构构体体,简称简称对映体对映体.一对对映体的构造相同,只是立体结构不同,这
7、种立体异构就叫对映异构对映异构.对映异构与对映异构体例如:乳酸是手性分子,故有对映体存在.对映体之间性质差异?第13页/共69页 对映体的一般物理性质(熔点,沸点,相对密度.,以及光谱)都相同,只有对偏振光的作用不同.8.2 旋光性和比旋光度8.2.1 旋光性偏正光的形成偏正光的旋转第14页/共69页 旋光性旋光性:能旋转偏正光的振动方向的性质.旋光性物质旋光性物质(或光活性物质光活性物质):具有旋光性的物质.旋光的相关概念及旋光性的表示方法:在有机化学中,凡是手性分子都具有旋光性;而非手性分子则没有旋光性.对映体是一对相互对映的手性分子,它们都有旋光性,两者的旋光方向相反,但旋光度(能力)相
8、同.右旋物质-能使偏正光的振动方向向右旋的物质.通常用“d”或“+”表示右旋.左旋物质-能使偏正光的振动方向向左旋的物质.通常用“l ”或 “-”表示左旋.旋光度-偏正光振动方向的旋转角度.用“”表示.第15页/共69页 由旋光仪测得的旋光度,甚至旋光方向,不仅与与物物质质结结构构有有关关,而且与测定的条件(样品浓度,盛放样品管的长度,偏正光的波长及测定温度等)有关.8.2.2 比旋光度(1)比旋光度在溶液浓度规定为1g/mL,盛液管的长度规定为1dm的条件下测得的旋光度叫比旋光度.一般用表示.比旋光度只决定于物质的结构,各种化合物的比旋光度是它们各自特有的物理常数.第16页/共69页 用任一
9、浓度的溶液,在任一长度的盛液管中进行测定,然后将实际测得的旋光度,按下式换算成比旋光度:=式中:C-溶液浓度(g/ml);l -管长(dm)若被测得物质是纯液体,则按下式换算:=/l 式中:-液体的密度(g/cm3).(2)比旋光度的测定与换算lC第17页/共69页通常将测定时的温度和偏正光的波长标出:t 溶剂对比旋光度也有影响,所以也要注明溶剂.例:在20时,以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52.5,记为:“D”代表钠光波长.因钠光波长589nm相当于太阳光谱中的D线.(3)比旋光度的表示方法20=+52.5(水)D第18页/共69页手手性性碳碳原原子子 有机化合物中手性分子大
10、都含有与与四四个个互互不不相相同同的的基基团团相相连连的的碳碳原原子子。这种碳原子没有任何对称因素,叫不对称碳原子或手性碳原子.在结构式中通常用*标出手性碳原子。含有一个手性碳原子的分子一定是手性分子.一个手性碳原子可以有两种构型。具有手性的物质与分子中有无手性碳原子无关.8.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构第19页/共69页例:乳酸 CH3CHOHCOOH*右旋乳酸 15=+2.6 熔点=53 左旋乳酸15=-2.6 熔点=53 外消旋体不仅没有旋光性,且其他物理性质也往往与单纯的旋光体不同.例如:外消旋体乳酸熔点为18.外消旋体由等量的对映体相混合而成的混合物.*DD第20页/共6
11、9页乳酸的分子模型和投影式菲舍尔投影式:两个竖立的键表示向纸面背后伸去的键;两个横在两边的键表示向纸面前方伸出的键.8.4 构型的表示法,构型的确定和构型的标记8.4.1 构型的表示法(1)菲舍尔投影式在纸面上旋转180构型不变;旋转90或270或翻身镜象牢记第21页/共69页1.不能离开纸面翻转。翻转180。,变成其对映体。2.在纸面上转动90。,270。,变成其对映体。3.在纸面上转动180。构型不变。4.保持1个基团固定,而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置,构型不变。5.任意两个基团调换偶数次,构型不变。6.任意两个基团调换奇数次,构型改变。总结:Fischer投影式的转换规则第2
12、2页/共69页例如(对照模型):任意两个基团调换偶数次,构型不变。相当于一个固定,另3个顺时针调换位置.非平面,立体!第23页/共69页将手性碳原子表示在纸面上,用实线表示在纸面上的键,虚线表示伸向纸后方的键,用锲形实线表示伸向纸前方的键。(2)锲形式比较直观Fischer投影式锲形式式形锲式影投Fischer第24页/共69页8.4.2 构型的确定 菲舍尔投影式、锲形式看不出左、右旋;旋光仪可测定旋光方向,但不能判断构型。甘油醛 标准比较法:人为指定()为右旋甘油醛(+)的构型;()为左旋甘油醛(-)的构型。以甘油醛这种的构型为标准,再确定其他化合物的相对构型。利用反应过程中与手性碳原子直接
13、相连的键不发生断裂,以保证手性碳原子的构型不发生变化,最后和规定构型的甘油醛结构进行比照。第25页/共69页右旋甘油醛左旋乳酸指定右旋甘油醛的构型。测定此乳酸旋光方向为左旋D-D-例:通过化学反应证明左旋乳酸和右旋甘油醛的构型一致.D-第26页/共69页 两种甘油醛的绝对构型-和规定的一致右旋酒石酸铷钠的绝对构型:(1)标准比较法得出此构型,测得结果为右旋。(2)X X光光衍衍射射直直接接确确定定右旋酒石酸铷钠与此推出的构型一致。(3)所以人人为为指指定定的的甘甘油油醛醛的的构构型型也也是是其其绝绝对对构构型。型。以此为标准确定的其它相对构型也是绝对构型。注意:从构型上不能判定物质的旋光方向(
14、须测定).构型的确定在于阐明左、右旋某物质的构型形式(即分子中各原子或基团在空间的排列方式)。第27页/共69页 构造相同而构型不同的异构体在命名时,有必要对它们的构型给以一定的标记。构型的标记方法有两种:右旋甘油醛的构型定为D型,左旋甘油醛的构型定为L型.凡通过实验证明其构型与D-相同的化合物,都叫D型,在命名时标以“D”;而构型与L-甘油醛相同的,都叫L型,在命名时标以“L”.例:左旋乳酸:D-(-)-乳酸;右旋乳酸:L-(+)-乳酸8.4.3 构型的标记(1)以甘油醛为对照标准的DL法:D、L只表示构型,而不表示旋光方向。旋光方向以“+”(右旋)、“-”(左旋)表示。D-L标记法只适合分
15、子中含有一个手性碳原子的构型.第28页/共69页 根据手性碳原子所连接的四个不同基团在空间的排列次序来标记构型的方法:假 定 手 性 碳 原 子 所 连 接 的 四 个 基 团 为a,b,c,d,并将它们按次序(烯烯烃烃次次序序规规则则:原原子子序序数数大大小小)排队.若a,b,c,d四个基团的顺序是abcd,将该手性碳原子在空间作如下安排:(2)R-S标记法 把排在最后的基团d放在离观察者最远的位置,然后按轮转方向a b c观察其他三个基团。若轮转方向是顺时针的,则该手性碳原子的构型标记为“R”(表示右);逆时针则标记为“S”(表示左).第29页/共69页例如:锲形式的R-S标记法RS顺时针
16、反时针基团次序为:abcdR:Rectus(右)S:Sinister(左)第30页/共69页(1)将次序排在最后的基团d放在一个竖立的(即指向后方的)键上,然后依次轮看a、b、c。(2)如果是顺顺时时针针方向轮转的,则该投影式代表的构型为R型;如果是逆时针逆时针方向轮转的,则为S型。c(3)菲舍尔投影式的R-S标记法:基团次序为:abcd顺时针逆时针(一)菲舍尔投影式中最小的基团d在竖键上第31页/共69页 顺时针方向轮转的-该投影式代表的构型为S型 逆时针方向轮转的-该投影式代表的构型为R型。基团次序为:abcd(二)菲舍尔投影式中最小的基团d在横键上d在竖键上d在横键上顺时针逆时针RS逆时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 有机化学 PPT 立体化学

限制150内