有機(jī)化合物的構(gòu)造構(gòu)型和構(gòu)象構(gòu)造構(gòu)型PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1有機(jī)化合物的構(gòu)造構(gòu)型和構(gòu)象構(gòu)造構(gòu)型有機(jī)化合物的構(gòu)造構(gòu)型和構(gòu)象構(gòu)造構(gòu)型(conformation)。第1頁/共83頁同分異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu) 立體異構(gòu)碳鏈（骨架）異構(gòu)官能團(tuán)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)互變異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)順反異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)第2頁/共83頁構(gòu)造異構(gòu)體分四種情況：碳鏈異構(gòu)碳鏈異構(gòu)，官能團(tuán)異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)， 官能團(tuán)位置異構(gòu)官能團(tuán)位置異構(gòu)，互變異構(gòu)互變異構(gòu)。第3頁/共83頁CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3CH3CH3CH3CHOCHO第4頁/共83頁CH3CH3CH3CH3BrCOOHBrCOOHOO第5頁/共83頁CH3OCH3CH3CH2OHCH3CH2CHO CH3COCH3C

2、H3CH2COOHCH3COOCH3CH3COCl ClCH2CHO第6頁/共83頁CH3CCH2COOEtOCH3CCCOOEtOHHCH3CCH2CCH3OOCH3CCCOCH3OHH酮式烯醇式酮式烯醇式第7頁/共83頁第8頁/共83頁第9頁/共83頁第10頁/共83頁第11頁/共83頁Ethane乙烷乙烷 碳碳SP3雜化雜化 四面體結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)舉例第12頁/共83頁第13頁/共83頁第14頁/共83頁第15頁/共83頁構(gòu)型異構(gòu)包括構(gòu)型異構(gòu)包括順反異構(gòu)順反異構(gòu)和和對對映異構(gòu)。映異構(gòu)。第16頁/共83頁一、順反異構(gòu)一、順反異構(gòu)2-丁烯丁烯中中的原子的原子在空間在空間有兩種有兩種分布，分布，

3、不能重不能重合合第17頁/共83頁由于由于鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，使得與雙鍵相連的四鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，使得與雙鍵相連的四個(gè)原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生兩種不同的排布，是個(gè)原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生兩種不同的排布，是兩個(gè)不同的化合物，稱為兩個(gè)不同的化合物，稱為順反異構(gòu)體。順反異構(gòu)體。一、順反異構(gòu)一、順反異構(gòu)第18頁/共83頁環(huán)烷烴環(huán)烷烴上由于環(huán)不能任意旋轉(zhuǎn)，如果環(huán)上由于環(huán)不能任意旋轉(zhuǎn)，如果環(huán)上有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶有不同取代基或上有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶有不同取代基或原子的碳，則也存在原子的碳，則也存在順反異構(gòu)體。順反異構(gòu)體。第19頁/共83頁CCCCAACDADACCCCCAABBABBA第20頁/共83頁判斷下面兩個(gè)化合物是

4、否存在順反異構(gòu)？第21頁/共83頁第22頁/共83頁順反標(biāo)記法如果兩個(gè)相同的原子或基團(tuán)在雙鍵平面或環(huán)平面的同側(cè)稱為順式，在不同側(cè)為反式。 CCAABBCCABBA順式反式第23頁/共83頁舉例CCC2H5CH3HHCCCCCH3HHHHCH3HCOOHHOOCH順-2-戊烯反，反-2，4-己二烯反-環(huán)丙烷-1，2-二甲酸第24頁/共83頁Z/E標(biāo)記法按照原子或基團(tuán)的大小次序規(guī)則，優(yōu)先的兩個(gè)原子或基團(tuán)位于雙鍵同側(cè)的為Z式，位于雙鍵兩側(cè)的為E式。CCCH3CH2CH3CH2CH2CH3HE-4-甲基-3-庚烯第25頁/共83頁CCCCHCH3CH3HCH3CH3HHbp()mp()41-139-1

5、05第26頁/共83頁第27頁/共83頁第28頁/共83頁第29頁/共83頁家蠅的雌性激素家蠅的雌性激素9-tricosene(二十三碳烯）二十三碳烯） 和和 家家蠶的雌性激素蠶的雌性激素bombykolCH (CH ) 3272 123CCCCHHHH()CHHCHCHCCCCHHHOH32 229()()第30頁/共83頁Carrots,Alkenes, and the Chemistry of Vision -Carotene (a purple-orange alkene)by enzymes in the liverCH2OHVitamin ACHO11-cis-Retinal視黃醛

6、異構(gòu)化1234567891011121314(the light-sensitive pigment)N-OpsinCis(in the rod cells of the cell-be responsible for seeing in dim light)lightN-Opsinfrom the protein opsinRhodopsinMetarhodopsin變視紫紅視紫紅第31頁/共83頁第32頁/共83頁如一些含二偶氮苯的化合物在光照時(shí)，具有光收縮性能。偶氮基團(tuán)在沒有光照時(shí)，通常 是處于分子鏈較伸展的反式的構(gòu)型，受到光照時(shí)，分子鏈發(fā)生卷曲，反式構(gòu)型變成順式構(gòu)型，于是聚合物薄膜發(fā)生

7、了收縮。NNSO2NNO2S伸長（反式）有光無光NNNNO2S順式 收縮第33頁/共83頁第34頁/共83頁一一. 分子的手性和對稱因素分子的手性和對稱因素1. 手性手性(Chirality) 實(shí)物與其鏡影不能重疊的現(xiàn)象。實(shí)物與其鏡影不能重疊的現(xiàn)象。呈實(shí)物和鏡象相對映，但是不能重合 第35頁/共83頁如果一個(gè)分子和它的鏡象不能重合，稱該分子為手性分子。如果一個(gè)分子和它的鏡象不能重合，稱該分子為手性分子。 第36頁/共83頁第37頁/共83頁NCH3CH3CH2CH2CH3OHNO2OHNHCOCHCl2OHd- 異構(gòu)體異構(gòu)體 有強(qiáng)興奮作有強(qiáng)興奮作用用 l- 異構(gòu)體異構(gòu)體 抗興奮作用抗興奮作用D

8、-(-) 有殺菌作用有殺菌作用L-(+) 無藥效無藥效OOHZ-R（有生理活性）（有生理活性）第38頁/共83頁 如何判斷一個(gè)有機(jī)分子是否具有手性？如何判斷一個(gè)有機(jī)分子是否具有手性？ 分子的手性和分子的對稱性相關(guān)，一般來說，如果一個(gè)分子結(jié)構(gòu)中即沒有對稱面又沒有對稱中心，則該分子具有手性。 目前通過X射線衍射已可確定。 第39頁/共83頁CCHClClHCClClHCH3COOHHOHHOHCOOH第40頁/共83頁HFHClClHHFCH2CH2CH2CH2ClCl第41頁/共83頁3）對稱軸）對稱軸NHHH C3CH3CH3C2CH3CH3HHHHC2COOHCOOHHOHHOHC2（無）

9、（有） （無） （有）只含旋轉(zhuǎn)軸對稱因素的分子是只含旋轉(zhuǎn)軸對稱因素的分子是非對稱分子。手性分子。非對稱分子。手性分子。第42頁/共83頁第43頁/共83頁第44頁/共83頁旋光異構(gòu)體的性質(zhì)旋光異構(gòu)體的性質(zhì) 在相同的非手性條件下，旋光異構(gòu)體的物理性質(zhì)與化學(xué)性在相同的非手性條件下，旋光異構(gòu)體的物理性質(zhì)與化學(xué)性 質(zhì)相同。質(zhì)相同。 名稱名稱 熔點(diǎn)熔點(diǎn)/oC 25(20%水水） 溶解度溶解度 pka1 pka2 (+)-酒石酸酒石酸 170 +12o (-)-酒石酸酒石酸 170 - 12o 139 2.93 4.23 (+)-2-甲基-1-丁醇(- )-2-甲基-1-丁醇熱H2SO4HBrCH3COO

10、H烯酯溴烷第45頁/共83頁 例如：抗妊娠反應(yīng)的鎮(zhèn)靜藥例如：抗妊娠反應(yīng)的鎮(zhèn)靜藥(R)-酞胺哌啶酮酞胺哌啶酮 (“反應(yīng)停反應(yīng)停”)NONOOH1）旋光異構(gòu)體具有不同的生物活性強(qiáng)度）旋光異構(gòu)體具有不同的生物活性強(qiáng)度COOHHH3C(S)-萘普森第46頁/共83頁1ClCH32OHOH34HHOHOHCHCH3356OHCH37C HHCCCHCHCCHHCH2 523H58CH39CH3OHOHHH判斷下列化合物是否具有光學(xué)活性第47頁/共83頁 三三. 含手性碳原子的分子的立體化學(xué)含手性碳原子的分子的立體化學(xué)1. 含一個(gè)手性碳原子的分子含一個(gè)手性碳原子的分子 1）手性碳原子的概念）手性碳原子的概

11、念 與四個(gè)不相同的原子或基團(tuán)相連的碳原子。與四個(gè)不相同的原子或基團(tuán)相連的碳原子。CH3CHCOOHOH*CNH2COOHH 含一個(gè)手性碳的分子是手性分子，具有一對對映體。含一個(gè)手性碳的分子是手性分子，具有一對對映體。手性碳用C*標(biāo)識CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HOHS-(+)-乳酸R-(-)-乳酸 D20o(水水) D20o(水水)對對映映體體互為實(shí)物與鏡互為實(shí)物與鏡影關(guān)系，不能影關(guān)系，不能相互重疊的兩相互重疊的兩個(gè)立體異構(gòu)體。個(gè)立體異構(gòu)體。第48頁/共83頁膽酸 3,7,12-三羥甾代異戊酸第49頁/共83頁問:3-戊烯-2-醇有多少個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體?第50頁/共83頁第51頁/共83

12、頁2）左旋體、右旋體及外消旋體）左旋體、右旋體及外消旋體 使平面偏振光向左旋的為使平面偏振光向左旋的為左旋體左旋體，用，用“（）”或或“ l”表示。表示。 使平面偏振光向右旋的為使平面偏振光向右旋的為右旋體右旋體，用，用“（+）”或或“d”表示。表示。 左旋體與右旋體，旋光度相同、旋光方向相反。左旋體與右旋體，旋光度相同、旋光方向相反。外消旋體外消旋體：等量的左旋體與右旋體的混合物。無旋光性。：等量的左旋體與右旋體的混合物。無旋光性。外消旋體用外消旋體用 () 或或 (RS) 或或 (dl) 或或 DL表示。表示。第52頁/共83頁第53頁/共83頁第54頁/共83頁Fischer投影式投影式

13、CCOOHH3CHOHCCOOHCH3HHOHOHCOOHCH3（前）（前）（后）（后）交叉點(diǎn) 手性碳（位于紙平面上） 規(guī)定規(guī)定 投影時(shí)，與手性碳相連橫向兩個(gè)鍵朝前，豎向兩個(gè)投影時(shí)，與手性碳相連橫向兩個(gè)鍵朝前，豎向兩個(gè) 鍵向后，交叉點(diǎn)為手性碳。鍵向后，交叉點(diǎn)為手性碳。第55頁/共83頁第56頁/共83頁第57頁/共83頁第58頁/共83頁第59頁/共83頁第60頁/共83頁第61頁/共83頁第62頁/共83頁COHHOOCCH3HCCOOHCH3OHHCCOOHHOCH3HCCOOHCH3HOH(S)- (S)- (R)- (R)-基團(tuán)大小順序：OH COOH CH3 HCH3CHOCH2CH

14、3HCH3CHOCH2CH3HCCH2CH3HOCH3H SRR第63頁/共83頁第64頁/共83頁第65頁/共83頁第66頁/共83頁1CH ClClCHH232OHBrHCH33HHHClClCl4(CH ) CHCCHHCHCH23 25HCHCHHClCl336CH SHHHClCHBr37HHClOH8HCH3用法標(biāo)記下列化合物中手性碳原子的構(gòu)型 第67頁/共83頁2. 含兩個(gè)手性碳原子的分子含兩個(gè)手性碳原子的分子1) 含兩個(gè)不同手性碳原子的分子含兩個(gè)不同手性碳原子的分子HOOC-CH-CH-COOH*OH ClC-2: -OH CHCOOH COOH HC-3: Cl COOH C

15、HCOOH HClOHHOHClHCOOHCOOHCOOHHOHHClCOOHHOHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOH 2R3R 2S3S 2R3S 2S3R dl-dl- 對映關(guān)系：對映關(guān)系： 與與； 與與 非對映關(guān)系：非對映關(guān)系： 與與、與與、與與、與與非對映體：非對映體：構(gòu)造相同構(gòu)造相同, 構(gòu)型不同構(gòu)型不同, 相互相互間不是實(shí)物與鏡影關(guān)系間不是實(shí)物與鏡影關(guān)系 的立體異構(gòu)的立體異構(gòu)體。體。第68頁/共83頁第69頁/共83頁第70頁/共83頁 2）含兩個(gè)相同手性碳原子的分子）含兩個(gè)相同手性碳原子的分子HOOC-CH-CH-COOHOH OH* 酒石酸 OH COOH CHC

16、OOH HOH *C2 *C3 ：HOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOH 第71頁/共83頁內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體(meso)：分子內(nèi)部形成對映兩半的化合物。分子內(nèi)部形成對映兩半的化合物。(有平面有平面 對稱因數(shù)對稱因數(shù))。 具有兩個(gè)手性中心的內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)一定是具有兩個(gè)手性中心的內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)一定是（RS）構(gòu)型。構(gòu)型。HOHHOHCOOHCOOH R S內(nèi)消旋體無旋光性內(nèi)消旋體無旋光性 (兩個(gè)相同取代、構(gòu)型相兩個(gè)相同取代、構(gòu)型相反的手性碳原子，處于同一分子中，旋光性反的手性碳原子，處于同一分子中，旋光性抵消抵消)。 內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體

17、不能分離不能分離成光活性化合物。成光活性化合物。 指出下列指出下列(A)與與(B)、(A)與與(C)的關(guān)系的關(guān)系(即對映體或非對映體關(guān)系即對映體或非對映體關(guān)系)。 CH3HCH3OHOHHHCH3HOHOHCH3HCH3HOHOHCH3(A)(B)(C)第72頁/共83頁第73頁/共83頁消旋的2,3-丁二醇的重疊式構(gòu)象和交叉式構(gòu)象中的對稱因素第74頁/共83頁寫出1,2-二溴環(huán)丙烷的構(gòu)型異構(gòu)體?第75頁/共83頁1BrBrBrBrMeMeEtEt2OHHOEtEtMeHMeH3FFHCN NCCHCHH334CHCHCHCHHHOOHHOHHOHH33335FDFHDHFDHHFD6HFHO

18、CHCHHHCHOHHFCH3333下列化合物是屬于對映體、非對映體還是同一化合物？ 第76頁/共83頁四四. 不含手性碳原子的光活性異構(gòu)體不含手性碳原子的光活性異構(gòu)體 1. 丙二烯型分子丙二烯型分子CCCABABsp2sp中心碳原子兩個(gè)中心碳原子兩個(gè) 鍵平面正鍵平面正 交交, 兩端碳原子上四個(gè)基團(tuán)，兩端碳原子上四個(gè)基團(tuán)， 兩兩處于互為垂直的平面上。兩兩處于互為垂直的平面上。 當(dāng)當(dāng)AB B ，分子有手性。分子有手性。C=C=CClHClH（有手性）類似物類似物：HHCH3ClHCOOHHHOOC無無 有有第77頁/共83頁2. 聯(lián)苯型分子聯(lián)苯型分子苯環(huán)間碳碳苯環(huán)間碳碳 鍵旋轉(zhuǎn)受阻，產(chǎn)生位阻構(gòu)象異構(gòu)。鍵旋轉(zhuǎn)受阻，產(chǎn)生位阻構(gòu)象異構(gòu)。HH當(dāng)同一環(huán)上鄰位有不對稱取代時(shí)（取代基或原子體積較大）當(dāng)同一環(huán)上鄰位有不對稱取代時(shí)（取代基或原子體積較大）, 整個(gè)分子無對稱面、無對稱中心整個(gè)分子無對稱面、