第七章光學異構(gòu)

第七章光學異構(gòu)第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四abcdefghijC6H10O第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四立體異構(gòu)

分子的構(gòu)造式相同，構(gòu)型不同，互呈鏡像對映關(guān)系的立體異構(gòu)現(xiàn)象稱對映異構(gòu)，由于它們異構(gòu)體之間的旋光性能不同，故又稱旋光異構(gòu)或光學異構(gòu)。第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)旋光性和比旋光度一、偏光（平面偏振光）

光是一種電磁波，它振動著前進，振動方向垂直于前進方向。普通光在所有可能的平面上振動。

普通光第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四

如果使普通光通過Nicol棱鏡，只有同棱鏡晶軸平行的平面上振動的光線才可以通過棱鏡，因此通過這種棱鏡的光線就只在一個平面上振動，這種光就是平面偏振光。平面偏振光第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四旋光儀示意圖二、旋光物質(zhì)和比旋光度第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四能使偏振光向右旋轉(zhuǎn)的，稱為右旋體，用(+)表示；能使偏振光向左旋轉(zhuǎn)的，稱為左旋體，用(-)表示。這種使偏振光平面旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)稱為物質(zhì)的旋光性。

旋光度α與盛液管的長度、溶液的濃度、光源的波長、測定時的溫度、所用的溶劑的關(guān)系。偏振光旋轉(zhuǎn)的角度α稱為旋光度。第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四:旋光儀的旋光度ρB:質(zhì)量濃度(g/ml)

l:盛液管的長度t:測定時的溫度λ:光源的波長規(guī)定1ml含1g旋光物質(zhì)濃度的溶液放在1dm長的旋光管中測得的旋光度為該物質(zhì)的比旋光度。公式如下：[]20D鈉光，589nm第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四物質(zhì)的分子和其鏡像不能重合的這種特征稱手性或手征性。具有手性的分子稱手性分子。

第二節(jié)手性和對稱性一、手性的概念1848年，法國化學家巴士德第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四1874年，范特霍夫提出分子手性的概念：

如果一個碳原子上連有四個不同基團，這四個基團在碳原子周圍可以有兩種不同的排列形式，它們互為鏡像，不能重疊。實驗事實證明：如果物質(zhì)的分子和其鏡像不能重合，這種物質(zhì)就有旋光性。第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四

這兩個構(gòu)型不同的化合物之間的差別在于對平面偏振光的不同影響。不對稱碳原子稱手性中心或手性碳原子第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四二、對映體和外消旋體

互呈物體和鏡像的對映關(guān)系的異構(gòu)體，互稱為對映異構(gòu)體，簡稱對映體。

等量的左旋和右旋的對映體混合到一起，得到旋光度為零的外消旋體。第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四說明：1、對映體是兩種不同的物質(zhì)。但由于分子中任何兩個原子間的距離都相同，分子的能量相同。非手性條件下，對映體的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)沒有區(qū)別。手性條件下，可顯示不同的性質(zhì)。2、外消旋體是混合物。第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四對稱面對稱面三、分子的對稱性

把分子切成互為鏡像的兩半的平面，為該分子的對稱面。

具有對稱面的分子是非手性分子，無旋光性。第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四對稱中心i

若分子中有一點“i”，其中任何一個原子或基團向i連線在其延長線的相等距離處都能找到相同原子或基團，則i是該分子的對稱中心。具有對稱中心的分子是非手性分子，無旋光性。第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四

一個分子不能與它的鏡像重合的條件一般是這分子沒有對稱面，也沒有對稱中心。第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四判斷下列分子是否為有手性分子？1、CHCl32、3、第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第三節(jié)手性碳的構(gòu)型表示式與標記

球棒式一、構(gòu)型的表示方法第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四費歇爾(Fisher)投影式立體透視式畫投影式時，習慣把編號最小的碳原子放在上端，讓主鏈自然下垂，取代基分置碳鏈兩側(cè)；手性中心碳省去不寫，兩十字線交叉處為手性碳；橫線表示紙面上的鍵，豎線表示紙面下的線。第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四2、把排列次序最小的d放在距觀察者最遠的地方，其余三個基團放在離觀察者較近的平面上。二、R－S構(gòu)型標記法IUPAC

根據(jù)手性碳原子上四個不同原子或基團在次序規(guī)則中排列的次序來表示手性碳原子的構(gòu)型。1、Cabcd：將手性碳原子相連的四個原子或基團按優(yōu)先次序排列：a>b>c>d3、觀察其它三個基的排列順序：abc如果由大到小是順時針排列的，是R型；反時針排列的，是S型。第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四次序規(guī)則：

將原子或原子團按一定法則排列成序的規(guī)則。在系統(tǒng)命名法中，取代基排列的先后次序、順反構(gòu)型的確定、手性化合物的構(gòu)型等都是根據(jù)次序規(guī)則，按照一定的方法確定的。第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四規(guī)則要點：**對同位素元素，相對原子質(zhì)量大的優(yōu)先。

如：Br>Cl>O>C>H。如：T>D>H。

*各種取代基或官能團按其第一個原子的原子序數(shù)大小排列，原子序數(shù)大的原子優(yōu)先于原子序數(shù)小的。第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四如：

-CH2Cl>-CH2FCl>F請比較：—CH2CH2CH(CH3)2和—CH2CH(CH3)2

—C(C,H,H)C(C,H,H)—C(C,H,H)C(C,C,H)1

2

31

2

3

***對多原子基團的第一個原子相同，則比較它所連接的第二個原子，依次比較優(yōu)先順序，直到比較出它們的順序為止。第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四

****含多重鍵(雙鍵或叁鍵)的基團，可認為是與兩個或三個相同的原子相連。第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四(R)-2-丁醇(S)-2-丁醇abcdabcdOH>C2H5>CH3>H第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四2-丁醇(S)-構(gòu)型的判定：1、從立體透視式來判定。直觀第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四2、由費歇爾投影式直接判定：a、當順序規(guī)則最小的基團處于橫鍵上時，比較其它三個基團在紙面上由大到小的次序：順時針時，為S構(gòu)型；逆時針時，為R構(gòu)型。Br>C2H5>CH3>H順時針，S構(gòu)型第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四b、當順序規(guī)則最小的基團處于豎鍵上時，比較其它三個基團在紙面上由大到小的次序：順時針時，為R構(gòu)型；逆時針時，為S構(gòu)型。Br>C2H5>CH3>H順時針，R構(gòu)型第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四說明：a、費歇爾投影式不能在紙面上轉(zhuǎn)動90o及270o，但可以轉(zhuǎn)動180o；也不能離開紙面翻轉(zhuǎn)。SSRSR第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四b、若對手性碳原子上所連基團中任意兩個進行交換一次，則改變原來的分子構(gòu)型；若連續(xù)交換兩次，則不改變原來構(gòu)型。SSR構(gòu)型改變構(gòu)型改變構(gòu)型不變第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四c、手性碳的構(gòu)型是由順序規(guī)則確定的，人為的，而手性化合物的旋光方向是實驗測定的，客觀的，二者沒有必然的聯(lián)系。d、具有光學活性的化合物的完整系統(tǒng)命名，應該同時標出其構(gòu)型及旋光方向。R并不代表＋，S并不代表－。(R)-2,3-二羥基丙醛(+)-第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四練習：判斷下列物質(zhì)的關(guān)系（對映體或同一物）？RSSa和b：a和c：b和c：第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第四節(jié)含兩個手性碳原子的光學異構(gòu)現(xiàn)象一、具有兩個不同手性碳原子的化合物含1個*C2個對映體含2個*C2對對映體，4個光學異構(gòu)體含3個*C4對對映體，8個光學異構(gòu)體含n個*C2n個光學異構(gòu)體（n為不同手性碳原子的數(shù)目）第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四(2R,3R)-

2-羥基-3-氯丁二酸(2R,3S)-(2S,3R)-(2S,3S)-

2-羥基-3-氯丁二酸RRSS第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四對映體對映體非對映體

非對映體也是光學異構(gòu)體，它們之間在化學、物理性質(zhì)上有較大的區(qū)別。第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四二、具有兩個相同手性碳原子的化合物(2R,3S)-2,3-二羥基丁二酸(2S,3R)-2,3-二羥基丁二酸(2S,3S)-(2R,3R)-試寫出2，3－二羥基丁二酸的光學異構(gòu)體。

第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四內(nèi)消旋體，存在對稱平面，無手性。

對映體第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四說明：a、內(nèi)消旋體和外消旋體的區(qū)別純物質(zhì)混合物b、內(nèi)消旋體和外消旋體的相同點沒有旋光性c、內(nèi)消旋體的存在，減少了光學異構(gòu)體的數(shù)目。習慣上，仍認為它是光學異構(gòu)體。第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四含有一個手性碳原子的分子一定是手性分子？思考？含有兩個手性碳原子的分子一定是手性分子？第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第五節(jié)碳環(huán)化合物的對映異構(gòu)

在研究環(huán)狀化合物的立體異構(gòu)時，對構(gòu)象引起的手性現(xiàn)象可以不予考慮，而只要考慮順反異構(gòu)和對映異構(gòu)，并可以直接用平面式來分析，這樣可以得到同樣的正確的結(jié)果。

第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四一、環(huán)丙烷衍生物

1、1，2－環(huán)丙烷二甲酸I和II：I和III：順反異構(gòu)體非對映異構(gòu)體II和III：對映體I：內(nèi)消旋體[]＝0o**第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四2、1－氯－2－溴環(huán)丙烷第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四

1、兩個相同取代基處于順式二、二取代環(huán)己烷衍生物

順－1，2－順－1，3－順－1，4－非手性分子第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四

2、兩個不同取代基處于順式順－1，2－順－1，3－順－1，4－手性分子非手性分子第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3、反式的二取代環(huán)己烷衍生物（無論取代基是否相同）反－1，2－反－1，3－反－1，4－手性分子非手性分子第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第六節(jié)不含手性中心化合物的對映異構(gòu)一、丙二烯型化合物手性軸ab,cd第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四二、單鍵旋轉(zhuǎn)受阻的聯(lián)苯型化合物第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四第七節(jié)外消旋體的拆分

所謂“拆分”就是把不旋光的外消旋體分離為它的旋光對映體組分。拆分方法：機械分離法、微生物分解法、化學法、色譜法、誘導結(jié)晶法等。第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四化學拆分的過程中需要某種手