03分子结构

检偏镜
目镜
3.2.2 手性与结构 连有四个完全不相同的基团的碳原子的叫手性化 合物，但是含不含手性碳不一定表征了手性是否 存在。手性的产生与对称因素相关联
1，CN轴：N=360度/旋转角 如果分子中有一条直线，以此直线为轴旋转 360度/N（N=2，3，4……）后，得到的图形与原 分子完全重合，此直线就是该分子的N重对称轴。 2，平面对称因素σ 如果某分子能被一平面分为互为实物和镜像两 部分，该平面就是该分子的对称面。 3，中心对称因素i 如果分子中有一个P点，任何一个原子或者基 团向P点引连线并且延长，在等距离处都遇到相同 的原子 或者基团，P点为该分子的对称中心。 如：含一个碳的化合物来说
1号碳是S型的，3号碳是R型的。 所以2号碳是假手性的。
3.4.5 手性轴和手性平面 有的分子没有手性碳，但是有手性轴和手性平面， 因而也是手性分子，如图：
H H C C C H
sp2
H
sp2
sp
如果a不等于b，则该 分子具有手性轴，该 分子是手性分子。 中间那个4元环立于α平面 之上，如果四元环上无a基， 则α平面是该分子的对称面， 分子无手性。如果4元环上 有a基，则该分子无对称面。
b b a C d c a d c
在Fisher投影式中，任意两个集团互换，构型改变， 任意三个集团轮换，构型不变。 如果最不优集团在竖直键上，则其表观的R，S型结 构就是其真实结构，如果最不优集团在横键上，则 其表观结构为其 对映异构体。 例，给下列化合物命名
1
2 5 6
3 4
3号和5号的碳都是S型的，所以2号和6号碳都是相 同的，所以1号碳不是手性碳。 3.3.3 D，L命名 以乳糖为例，将手性碳放在中心，将氧化数最高的C 放在最上面，如果—OH在右边，为D型，如果--OH 在左边，为L 型。 COOH 如图： D型乳糖
a c b
3.4.3 含n个不同C*，有2n个对映异构体，2n-1对 对映异构体。 3.4.4 假手性碳和假手性化合物 有一个碳虽然连了四个不相同的集团，但是其中2个 碳分别是互为对映异构的CR和CS，因而这个分子 仍然是非手性分子，存在对称面，这个碳称为假手 性碳（如下图的2号C原子）
CH3 H H3C H CH3 Cl CH2CH3 Cl
Cl Cl
Cl
Cl Cl
revolve90
o
Cl
Cl Cl
Cl
σ
S4
Cl Cl
Cl
具有S4对称因素的分子
5，手性与结构的关系 如果同时没有平面对称因素(σ)和中心对称因素 （i）的化合物，就是手性化合物。但是当分子不 具有σ和i时，却具有S4轴时，分子仍是非手性的。 3.3 手性化合物的命名方式
3.2 手性与旋光性 3.2.1 光学异构体的检测 旋光仪是一种测量旋光性化合物旋光性能的仪器， 它检测的物理量是旋光度，旋光度是旋光性物质使 偏振光的偏振方向改变的角度，用α表示。物质的旋 光性能一般用比旋光来表示[α]，两者关系如下：
[α]D
T
α CxL
旋光度检测流程：由单色光源出发
起偏器
旋光管
3.3.1 R，S构型 对一个化合物，如图：
C d
a b c
设d为最不优集团，将d置于竖直向里的位置 如果a>b>c（按集团的优势与不优势） 则化合物是R型的（a,b,c,从最优到最不优是 时针旋转的） 如果a>c>b， 则化合物是S型的（a,c,b ,从最优到最不优是 逆时针旋转
a C d c b a
a
Caaaa:6个σ 4个C3轴 3个C2轴
a a
Caaab:3个σ 1个C3轴 Caabb:2个σ 1个C2轴 Cabcd:0个σ 0个Cn轴
C a
4，更叠旋转轴对称因素（Sn） 如果一个分子能围绕一根轴旋转360°/n（n=1， 2，…），用一个垂直于该轴的镜面将分子反射， 得到的镜像若能与原来的分子完全重叠，则该 轴称为该分子的n重更叠（旋转）
H CH3 OH
其他化合物，把编号最大的手性碳与乳糖作类比， 如果较优势集团在右边，则是D型；如果较优势集 团在左边，则是L型。 3.4. 常见手性化合物类型 3.4.1 含一个手性碳C* 有一对对映异构体，即CR和CS 3.4.2 含两个手性碳 有两对对映异构体，4个对映异构体，如果这2 个手性碳所连的集团都相同，而且一个是R型，一 c 个是S型 即CRA—CSA 如图： a b 该化合物有对称面，是非 手性的，没有对映异构。
3.5 构象与手性 1，含手性构象的分子未必是手性的 2，在非手性环境中，一对对映异构体的能量是相 同的。 3，手性分子不存在非手性构象 4，如果一个分子出现了非手性构象，则该分子是 非手性分子 5，一般可以从分子对称性最好的构象推测判断分 子是否具有手性，如果对称性最好的构象都是手性 构象，则一般来说，分子是手性分子。 环状：平面 链状：全交叉或全重叠
注：手性只考虑原子的对称关系，如果分子是 手性的，则存在对映异构，如果分子是非手性 的，则没有对映异构（如CRA—CSA是内消旋 化合物），但是可能有非对映异构体（如 CRA—CSA和CRA—CRA之间）
R type
c

d
b
a C d c b
a
S type
b
d
c
3.3.2 Fisher投影式 Fischer投影式（简称Fischer式）是在纸平面 上表示碳原子四面体结构的一种方法。具体规定是， 将碳链竖直，编号小的碳原子朝上，C∗放在纸平面上， 与C∗所连的竖直方向上的两个基团指向纸平面下方， 水平方向上的两个基团指向纸平面的上方，然后向纸 平面投影，得到“+”的图形，其交点表示C∗，横线和 竖线表示四价键，写出相应的四个基团，即得 Fischer式。如图：
第三章 分子结构
3.1 立体化学与立体异构现象 分子异构可以分为构造异构和立体异构，构造异构是 指原子在空间的连接顺序不同而造成的同分异构现象， 包括碳架异构，官能异构等。 立体异构是指原子在空间的连接顺序相同，但是连接 方式不同造成的同分异构现象，它可以分为构型异构 和构象上的异构。 其中构型上的异构又可以分为顺反异构和光学异构 （又叫对映异构或者异构）