06 第六章 立体化学（课件）- 《有机化学》同步教学（高教版）

第六章 立体化学 有机化学 Organic Chemistry 1 本章内容 异构体的分类 手性和对称性，对映异构，对映异构体，对称因素 手性分子的性质——光学活性：旋光性与比旋光度 具有一个手性中心的对映体，构型的表示法与标记法 具有两个手性中心的对映异构 脂环化合物的立体异构 不含手性中心化合物的对映异构 手性中心的产生、拆分及应用 立体化学(Stereochemistry) —— 以三维空间研究分子结构和性质的科学 6.1 异构体的分类 碳架异构 官能团位次异构 官能团异构 异构现象 (isomeri- zation) 构造异构 (constitutional isomerization) 立体异构 (stereo- Isomerization) 具有相同的分子式，原子成键的顺序不同 具有相同的构造，原子或基团在空间的排布不同。 构型异构 构象异构 顺反异构 对映异构 非对映异构 6.2 手性和对称性 当一个碳原子与四个不同的原子或基团相连时，分子在空间有两种不同的排列方式。 两个分子为实物和镜像的关系：如同人的左、右手。 6.2.1 分子的手性 对映异构 对映体 1-溴-1-氯乙烷 一些概念： 非手性分子 (achiral molecule) 能与自身镜像重合的分子，是对称性的分子。 手性分子 (chiral molecule) 不能与自身镜像重合的分子。是不对称性的分子。 手(征)性 (chirality) 分子与它的镜像不能重合的性质。 对映异构体 (enantiomers) 手性分子具有互为影像且不能重合的两种构型，即对映异构体。 1-氯-1-氟甲烷为非手性分子 对映体的特点 具有相同的分子构造 两者的关系为：实物与镜像 不能相互重叠 物理性质相同 化学性质相似 对偏振光有不同旋转方向 手性分子一定有其对映体，对映体也称旋光异构体. 丁-2-醇 6.2.2 对称因素 (1) 对称面 (σ)： 对称面把分子分成互为影象的两部分 2–氯丙烷 平面型分子 平面型分子所在的平面即是对称面。例如: ： (E)–1,2–二氯乙烯 (2) 对称中心(i) 任何的直线通过分子的中心，在距中心等距离处遇到相同的原子。 手性与对称因素 含有对称面或对称中心的分子都是对称分子，是非手性分子(achiral molecules)；分子与其镜像能重合，无对映异构体。 手性分子是不对称分子，不含以上两种对称因素，分子与其镜象不能重合，有一对对映体。 分子与其镜象不能重合，有一对对映体 (+)-乳酸 (+)-Lactic acid (-)-乳酸 (-)-Lactic acid 1,2-环氧丙烷 6.3 手性分子的性质 光学活性 6.3.1 旋光性 普通光 平面偏振光 当平面偏振光通过手性分子的每个对映体时，偏振光振动的方向发生旋转。手性分子的两个对映体使偏振光旋转的角度相同，而方向相反。 使偏振光振动平面旋转的物质—旋光性物质或光学活性物质 6.3.2 旋光仪和比旋光度 旋光仪(polarimeter): 检测偏振光平面旋转的仪器。 比旋光度 α： 旋光度； l: 样品管长度(dm); ρB: 质量浓度(g/mL); t: 温度； λ： 波长, 钠光D线, 589nm 左旋与右旋 使偏振光反时针旋转的对映体——左旋体(–)， 使偏振光顺时针旋转的对映体——右旋体(＋)。 等量的对映体的混合物——外消旋体(±) [α]D = –13.25° [α]D = +13.25° 左旋体 右旋体 (–)-丁-2-醇, (+)-丁-2-醇 6.4 具有一个手性中心的对映异构 6.4.1 对映体和外消旋体的性质 * * * * * * * 1,2-环氧丙烷 柠檬油精 乳酸 2-溴丁烷 含一个手性中心的分子具有一对对映体。 乳酸 (-)-乳酸 (+)-乳酸 (±)-乳酸 mp : 18℃ mp : 26 ℃ mp : 26 ℃ 葡萄糖发酵得到 肌肉中含有 6.4.2 构型的表示法 (1) 透视式 (+)-乳酸 (–)-乳酸 (+)丁-2-醇 (2) Fischer投影式 用平面形式表示的手性碳原子的分子立体模型。 规则： 如： 手性碳原子置于纸面 两线的交点为手性碳原子，用 表示； 将最长的碳链置于垂直的方向； 将编号最小的碳原子置于顶端； 竖线两端上的基团在纸面的下方； 横线两端上的基团在纸面的上方。 6.4.3 构型的标记法 (1) D,L– 标记法 D-(+)-甘油醛 L-(–)-甘油醛 D型 D-(+)-甘油醛 L-(+)-酒石酸 X射线衍射 Bijroet J.M. 1951 D-(–