第三章 立体化学《有机化学》教学同步课件（化学工业出版社）

立体化学 有机化合物结构复杂、种类繁多、数量巨大， 一个重要原因是有机化合物中普遍存在着异构体。 异构体是指具有相同的分子式而具有不同结构的化合物，这种产生异构体的现象就称为同分异构现象。 同分异构现象 异构现象 构造异构 分子中原子成键顺序不同。（分子式相同，构造式不同） 碳架异构 官能团位置异构 官能团异构 互变异构 立体异构 构象异构 顺反异构 对映异构 分子中原子成键顺序相同，在空间排列的方式不同。（分子式同，构造式同，构型式不同） 立体异构 分子构造相同，但原子在三维空间排列不同而产生的异构。 立体异构 构型异构 对映异构 （一）物质的旋光 平面偏振光 光是一种电磁波，它振动着前进，振动方向垂直于前进方向。普通光在所有可能的平面上振动。 平面偏振光及比旋光度 如果使单色光通过Nicol 棱镜，只有同棱镜晶轴平行的平面上振动的光线才可以通过棱镜，因此通过这种棱镜的光线就只在一个平面上振动，这种只在一个平面上振动的光就是平面偏振光。 当平面偏振光通过一些物质，如水、乙醇等时，这些物质对偏振光的振动平面不发生任何影响，而有些物质，如葡萄糖、酒石酸等能使通过的平面偏振光振动平面旋转一定的角度。这种能使平面偏振光振动平面发生旋转的性质称为旋光性或光学活性，具有这种性质的物质称为旋光性物质或光学活性物质。 旋光仪示意图 能使偏振光向右旋转的，称为右旋化合物，用(+)或d 表示；能使偏振光向左旋转的，称为左旋化合物，用(-) 或l表示。 （二）比旋光度 1.旋光度 旋光性物质使偏振光旋转的角度称为旋光度，用α表示。 物质旋光度α的大小与盛液管的长度、溶液的浓度、光源的波长、测定时的温度、所用的溶剂的有关。 2.比旋光度 在一定条件下，某物质的旋光性为一常数，称为比旋光度。 通常用比旋光度[α]来表示物质的旋光属性。 比旋光度公式如下： α: 测得的旋光度； C: 质量浓度，g/ml； L: 盛液管的长度，dm; t: 测定时的温度; λ: 光源的波长。 t D [] 1.手性分子 化合物分子中的一个碳原子与四个不同的原子相连时，这个化合物在空间有两种不同排列，即两种构型。这两种不同构型的化合物相互不能重叠，像人的两只手。 对映异构和手性 2-丁醇 手性分子：与其镜像不能重合。 连有两个以上相同基团的碳原子称为非手性碳 与镜像能重合的分子为非手性分子 2.手性碳原子 与四个不同的原子或基团相连的碳原子为手性原子，或不对称碳原子，用C*表示。 3.对映异构 互为镜象但不能叠合的两种不同构型的化合物。 分子的对称性和手性 （一）对称因素 1. 对称面 2. 对称中心 凡有对称面或对称中心的分子， 一定是非手性的，无对映异构体，无旋光性。 3. 对称轴 以设想直线为轴旋转360°/ n，得到与原分子相同的分子，该直线称为n重对称轴（又称n阶对称轴）。 （二）对映异构的判断 分子中没有对称面，也没有对称中心 非手性分子 手性分子 * 对映异构和非对映异构 对映异构体的表示方法与构型标记 （一）对映异构体的表示方法 有机化合物是立体的，在一个二维的平面上去表示一个三维的分子，最好的方法当然是用画家画画的方式，但这也是相当麻烦的。为更简洁地但准确地表示有机物分子中各原子的立体关系，有许多的方法提出。 1.透视式 2-丁醇的球棒模型 四面体式 2.Fischer投影式 用平面形式表示具有手性碳原子分子的立体模型的式子为Fischer投影式。 规定: ①手性碳放在平面上，用横竖线交点表示。 ②横的表示伸向前方；竖的表示伸向后方。 习惯上: ①把含碳原子的基团(主碳链)放在竖键的方向。 ②编号较小的放在上端。 由于费歇尔投影式对处于水平和垂直方向的原子或基团的位置都有严格的规定，因此，在对不同费歇尔投影式进行转换时，必须遵循一定的规则，否则其构型就可能会发生变化。对于仅含有一个手性原子化合物的费歇尔投影式进行转换时需遵循的基本规则如下： ①投影式中手性碳原子上任意两个原子或基团的位置，经偶数次互换，其构型保持不变；若进行奇数次互换，则构型发生了变化。 ②固定一个基团，其它三个基团依次旋转（顺时针或逆时针），构型不变。 ③将投影式在纸平面上旋转 90°或其奇数倍，得到其对映异构体的投影式。 (+)-2-Bromobutane (-)- 2-Bromobutane Turn 90° ④将投影式在纸平面上旋转 180°或其整数倍，得到的投影式所代表的构型不变。 我们此前已经学习过表示有机化合物结构的其他方法，如纽曼式、伞形式、锯架式等。它们与费歇尔投影式之间的转换可采用下面的方法进行： 【练习】指出下列化合物之间的关系。 【答案】（1）和（2）为同一化合物，（3）和（4）为同一化合物。 （1）和（3），（1）和（4）互为异构