光学异构对映异构体
光学异构体和对映异构体的关系
光学异构体和对映异构体的关系光学异构体和对映异构体是有机化合物中常见的概念，它们之间存在着密切的关系。
本文将从定义、性质、产生原因以及应用等方面，对光学异构体和对映异构体的关系进行探讨。
一、光学异构体和对映异构体的定义光学异构体是指具有相同分子式、相同结构式但旋光性质不同的化合物。
而对映异构体则是一对具有相同物理化学性质、分子式和结构式但镜像对称的化合物。
可以说，光学异构体是对映异构体的一种特殊情况。
二、光学异构体和对映异构体的性质1. 光学异构体的旋光性质不同：光学异构体存在着旋光性质的差异，即它们能够使偏振光发生旋光现象，旋光方向和旋光角度均不同。
2. 对映异构体的镜像对称性：对映异构体之间存在着镜像对称关系，它们的分子结构可以通过旋转或翻转来对应，但无法通过旋转或平移使得两者重合。
三、光学异构体和对映异构体的产生原因光学异构体和对映异构体的产生原因主要归结为手性中心的存在。
手性中心是指一个原子或一个原子团，它们的四个取代基围绕着该中心排列成空间上不可重合的两种构型。
当一个分子中存在手性中心时，就会产生光学异构体和对映异构体。
四、光学异构体和对映异构体的应用1. 药物研发：光学异构体和对映异构体在药物研发中起着重要的作用。
由于对映异构体具有相同的物理化学性质，但在生物活性上却有很大差异，因此在药物研发过程中需要对对映异构体进行分离和研究，以确定其活性和毒性。
2. 化学合成：光学异构体和对映异构体的产生常常伴随着化学合成过程。
通过控制反应条件或选择适当的催化剂，可以合成单一的光学异构体或对映异构体，这对于某些药物和化学品的制备具有重要意义。
3. 光学器件：光学异构体和对映异构体的旋光性质可以应用于光学器件的设计和制造。
例如，光学异构体可以用于制备具有特定旋光性质的偏振片，用于旋光测量和光学信号处理等领域。
光学异构体和对映异构体之间存在着密切的关系。
光学异构体是对映异构体的一种特殊情况，它们都具有旋光性质的差异和镜像对称性。
第四章 对映异构1
自然光
比旋光度：每毫升含 1 克旋光物质的溶液，在 10 厘米盛液管测得的旋光度。 表示： α: 旋光度 100 α α = p: 样品浓度(单位为g/mL)。
C L l: 盛液管长度(单位为10cm)。
比旋光度是对映体的一种物理性质， 在既定的溶液中随所使用的溶剂、 温度和偏振光波 长不同而变化。例：
OH
NH2
CH3
B. 若与中心原子直接相连的原子比较不出来，次序无法确定则依次外推。例：
CH2OH H H O
CH2CH3 H H C
较优基团 C. 含有双键或叁键时，可以认为连有两个或三个相同原子。
CH2CH3 H H C
较优基团
CH3 H H H CH2CHCH3 CH3 H H C
CHCH3 CH3 H C C
不同 不同
四、 含几个不对称碳原子的开链化合物 (Compound with more than one asymmetry carbon ) 1．含两个不相同的不对称碳原子的化合物 例：有几个对映异构体？
COOH *CHOH *CHCl COOH
COOH
S H S H
COOH HO Cl H R H R COOH
偏振光：仅在一个平面内振动的光。 2．旋光物质和比旋光度 偏振光穿过有些物质时，会发生偏转现象，也就是光会在一个不同的平面内振动。 化合物分为两类：一类是能使偏振光振动平面旋转一定角度，即有旋光性。另一类则没 有旋光性。 有些化合物能使偏振光的振动平面顺时针旋转(向右旋)，用(+)表示。有些化合物能使偏 振光的振动平面逆时针旋转(向左旋)，用(–)表示。
2
有机化学——第 4 章
H C H H C H Cl Cl 有两个对称面：
03-对映异构(药本)
Problem 3: 下列Fischer式是否表示同一化合物？ COOH H 1 COOH HO H CH2OH 3 HOCH2 H 4 OH CH2OH HO 2 OH COOH CH2OH H COOH
比较投影式时必须遵守下列规则： 比较投影式时必须遵守下列规则： 1、 Fischer投影式不能离开纸面进行翻转。 投影式不能离开纸面进行翻转。 、 投影式不能离开纸面进行翻转 2、若要知道两个投影式是否能重合，只能使它在 、若要知道两个投影式是否能重合， 纸面上转动180°, 而不能旋转 °或270°。 纸面上转动 ° 而不能旋转90° °
3、 Fischer式中*C上所连原子或基团可以两-两交换 偶数次。若交换奇数次，将会使构型变为它的对映体。 偶数次 4、三基团轮换操作 不改变其构型 三基团轮换操作，不改变其构型 三基团轮换操作 不改变其构型。
CO2H NH2 CH3 H CH3 H CO2H NH2 H NH2 CO2H CH3 H CH3 NH2 CO2H
光束前进方向
(a)前进方向与振动方向垂直
(b)普通光线的振动平面
如果将普通光线通过1个nicol棱镜，如图。它好象1 个栅栏，只允许与棱晶晶轴相互平行的平面上振动的光 线AA’透过棱晶，而在其他平面上振动的光线如BB’、 CC’、DD’则被阻挡住。这种只在一个平面上振动的光叫 平面偏振光。简称偏振光 偏光 偏振光或偏光 平面偏振光 偏振光 偏光.
1、对称面 、对称面(m)：假如有一个平面可以把分子切开成两 部分，而一部分正好是另一部分的镜像，这个平面就 是分子的对称面。具有对称面的分子 具有对称面的分子与其镜像能够重 具有对称面的分子 合，因而无手性 无手性。 无手性
丙酸分子 的对称面
分子的对称面 具有对称面的分子为非手性分子
无机化学 第十一章配合物结构
配合物是具有空的价层轨道的原子或离子(统称中 心原子)和一组能够给予孤对电子或π电子的分子或离 子(统称配体)以配位键结合而形成的具有一定稳定性和 空间结构的化合物。 配合物不一定是离子，也可以是中性分子。 配体中只有一个配位原子叫单齿配体，有多个配 位原子的叫多齿配体(又分双齿、三齿、四齿等等)。由 多齿配体形成的配合物又被形象地叫做螯合物。
顺反异构：平面四边形和八面体的配合物中配位体不
止一种时，相同配体处于对位（180°）则为“反式”， 相同配体处于邻位（90°）则为“顺式”。（p339） 组成为[MX2Y2]、[MX2YZ]的平面四边形和组成为 [MX4Y2]、[MX4YZ]、[M(XX)2YZ]、[M(XX)2Y2]、 [MABCDX2] 的八面体配合物有顺反异构体。
配合物的异构现象
11.2.1 构造异构
构造异构(structural isomerism)是由原子间连 接方式不同引起的异构现象。
1）溶剂异构 溶剂分子在配合物内外界分布不同而引起的异构现 象叫溶剂异构。溶剂为水，则叫水合异构。 例如: [Cr(H2O)6]Cl3、 [Cr(H2O)5Cl]Cl2· 2O 和 H [Cr(H2O)4 Cl2]Cl· 2O 2H
..
N
.. ..
N N
..
2
NOH
+ Ni2+
NOH ..
H3C 镍试剂 （双齿配体） 氮是配位原子（电子对给予体）
镍离子与镍试剂形成的配合物
Ni(CN)42-、CuCl42-也是平面四边形的配离子。
镍和铜也形成四面体形的配合物，例如它们的
四氨合物、NiCl42-这时配原子的电子对进入中心原
子的一个s轨道和3个p轨道，形成sp3杂化轨道。锌的
光学异构体和对映异构体的关系
光学异构体和对映异构体的关系光学异构体和对映异构体是有机化学中的重要概念，它们在化学反应、药物设计和生物活性等方面具有重要的意义。
本文将介绍光学异构体和对映异构体的定义、特点以及它们之间的关系。
光学异构体是指具有相同化学组成但空间结构不同的分子。
它们的存在是由于手性中心的存在。
手性中心是指一个原子或一个原子团，它与其它原子或原子团形成的化学键中，可以找到两个非重合的取向。
根据手性中心的个数，光学异构体可以分为单手性异构体和多手性异构体。
对映异构体是一种特殊的光学异构体，它们是由光学活性分子在没有外界干扰的情况下自发形成的。
对映异构体之间没有化学性质上的差异，它们只是在光学活性上呈现镜像对称的关系。
对映异构体之间的相对配置关系可以用R和S来表示。
光学异构体和对映异构体之间存在着一一对应的关系。
对于任何一个光学异构体来说，都存在一个与之对应的对映异构体。
这是因为光学异构体的形成是由于手性中心的存在，而手性中心的两种取向又是完全对称的。
因此，光学异构体和对映异构体之间的关系是一种镜像对称的关系。
光学异构体和对映异构体在性质上有很大的差异。
由于其空间结构的不同，光学异构体和对映异构体在物理性质、化学性质以及生物活性方面表现出不同的特点。
例如，药物的对映异构体可能具有不同的药效、毒性或副作用。
因此，在药物设计和临床应用中，对映异构体的分离和鉴定非常重要。
在实验室中，分离和鉴定光学异构体和对映异构体是一项常见的工作。
常用的方法包括手性柱色谱、手性气相色谱和手性核磁共振等。
通过这些方法，可以将光学异构体和对映异构体进行有效分离，并确定它们的相对配置关系。
光学异构体和对映异构体在有机化学中具有重要的地位和作用。
它们的存在和性质对于理解化学反应机制、药物活性、生物学行为等方面具有重要的指导意义。
因此，在有机化学研究和应用中，对光学异构体和对映异构体的理解和运用是不可或缺的。
光学异构体的分离
浙江大学化学实验报告课程名称:化学专业实验Ⅱ实验名称：光学异构体得分离指导教师：专业班级:姓名:学号:同组学生：实验日期：实验地点:一、实验目得1、通过苯甘氨酸得拆分实验,理解对映异构体得各种拆分方法; ２、理解有机物溶解、结晶得原理及意义,并将其用于分离提纯； ３、掌握拆分、结晶得基本操作。
二、实验原理与仪器1、实验原理对映异构体（也称光学异构体、对映体)就是指分子为互相不可重合得镜像得立体异构体,其主要得拆分方法有机械拆分法，微生物化学拆分法,选择吸附拆分法,诱导结晶拆分法,化学拆分法。
诱导结晶拆分法就是指在外消旋体（两种对映体得等量混合物)得过饱与溶液中，加入一定量得一种旋光体得纯晶体作为晶种，形成溶液中该种旋光体过量,且在晶种得诱导下优先结晶析出。
将这种结晶滤出后,则另外一种旋光体在滤液中相对较多。
再加入外消旋体制成过饱与溶液,于就是另外一种旋光体优先结晶析出,如此反复进行结晶,就可以把一对对映体分开。
化学拆分法就是指利用手性试剂作为拆分剂加入外消旋体混合物中，使它与外消旋体发生反应,生成两个非对映异构体复盐(非对映异构体指具有二个或多个非对称中心,并且其分子互相不为镜像得立体异构体）,再利用它们物理性质（例如溶解度、蒸汽压、吸收系统等）得不同,用常规得方法将其拆分，最后再把这两个非对映异构体分别复原为原来得对映体。
化学拆分法最适用于酸或碱得外消旋体得拆分。
对于苯甘氨酸，诱导结晶拆分法得到得产物光学纯度较低,难以找到合适得溶剂使得两种对映体在其中得溶解度有较大差异,且循环量较大,因此本实验采用化学拆分法,利用手性拆分剂与外消旋体形成得复盐溶解度得差异进行结晶拆分。
本实验中,D,L-苯甘氨酸(简写D ，L-PG 分子式如Ⅰ),手性拆分剂为d －樟脑磺酸(简写d-ＣS ，分子式如Ⅱ),二者形成得复盐在水中溶解度有很大差异(如表１),可用结晶方法分离。
Ｄ,L-苯甘氨酸与d-脑磺酸溶于热溶剂中,形成非对映异构体复盐得饱与溶液,降低温度则复盐溶解度降低,溶液变成过饱与溶液，在饱与溶液中结晶与溶解存在动态平衡，可以通过降温与/或加晶种破坏其平衡使一种结晶优先析出。
第五章 光学异构-对映异构体
单从构造式看，C是非手性碳原子。分子 是非手性碳原子。 单从构造式看， 是非手性碳原子 中含两个相同C*， 个旋光异构体 个旋光异构体。 中含两个相同 ，有3个旋光异构体。其中一 对对映体，一个内消旋体。 对对映体，一个内消旋体。但其旋光异构体的 总数=4，有一对对映体，两个内消旋体。 总数 ，有一对对映体，两个内消旋体。
CO H O H H2 O H (2R,4R) H 3 O R R H O 4H CO H O
COOH H 2 OH H 3 OH H 4 OH COOH
CO H O H 2 H O H O 3 H (2S,4S) S S H 4 O H CO H O
COOH H 2 OH HO 3 H H 4 OH COOH
CHO H
OH OH HO HO
CHO H CH OH 2
L(-)-甘油醛 (
CH OH 2
D(+)-甘油醛 (
(2)绝对构型 R/S命名法 绝对构型 S 系统命名法用以“基团次序” 系统命名法用以“基团次序”规则为基础的 R/S命名法命名绝对构型。 S命名法命名绝对构型。 R：Retus （拉丁文，右） 拉丁文， S：Sinister（拉丁文，左） （拉丁文，
H O O C
* CH O H
* C H O H
CO H O
酒石酸
分子式、结构式相同， 分子式、结构式相同，含两个相同手性碳 原子→旋光异构体总数=3→ 原子→旋光异构体总数 →一对对映体和一个 内消旋体→一对对映体和内消旋体之间， 内消旋体→一对对映体和内消旋体之间，彼此 两两互为非对映体。 两两互为非对映体。
旋光异构体的 性质
对映异构体 手性条件下性质 不同，非手性条件下性质相同。 不同，非手性条件下性质相同。 外消旋体 外消旋混合物；外 外消旋混合物； 消旋化合物； 消旋化合物；外消旋固体溶液 非对映异构体 物理性质不同， 物理性质不同， 化学性质基本相同， 化学性质基本相同，但在同一 反应中，反应速率不同。 反应中，反应速率不同。
对映异构又称旋光异构或光学异构是另一种立体
旋光性物质使偏振光振动平面旋转的 角度即旋光度，以“α”表示。根据上 述原理制成的旋光仪，可测定物质的 旋光性。
二、旋光度与比旋光度
物质的旋光性除与物质本身的特 性有关外，还与测定时所用溶液的浓 度、测定管的长度、温度、光波的波 长以及溶剂的种类等因素有关。如果 把这些影响因素固定，不同的旋光性 物质的旋光度各为 1 个常数，通常用 比旋光度表示。比旋光度和旋光度之 间的关系可用下式示：
其它的旋光性化合物可与甘油醛相联 系而确定其构型。例如：
COOH H OH
C H3
D-（-）-乳酸
COOH HO H
CH3
L-（＋）-乳酸
这里的D、L表示构型，（＋）、 （—）表示旋光方向，旋光性物质的 构型与族光方向之间没有对应关系。 D-型的旋光性物质中有右旋体。也有 左旋体，L-型也是如此。如D-甘油醛 是右旋体，而D-乳酸则是左旋体。在 一对对映体中，若D-型是右旋体，其 对映体L-型必然是左旋体；反之亦然。
生理活性：具有旋光性的药物分 子，其药物疗效与分子的立体结构有 密切关系，往往一种立体异构体有药 效，而它的对映体则药效很小，甚至 完全没有药效。例如：左旋的麻黄碱 的升压效能比右旋麻黄碱大四倍；左
旋氯霉素具有杀菌作用，而右旋氯霉 素则完全无效；维生素C右旋体疗效 显著，左旋体无效。人体所需要的氨 基酸都是L-型的，人体所需要的糖则 都是D-型的。
如蔗糖的比旋光度= +66.5℃，表 示 在 20℃ 时 ， 用 钠 光 灯 光 源 ， C=1kg·L—1 的 蔗 糖 溶 液 的 比 旋 光 度 为 右 旋 66.5° 。 比 族 光 度 是 旋 光 性 物 质 的一种物理常数，而且每种旋光性物 质的比旋光度是固定不变的。测定旋 光度可用于鉴定旋光性物质，也可确 定旋光性物质的纯度和含量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§5-2 含手性碳原子的链状化合物的 旋光异构现象
一、含一个手性碳原子的化合物
二、旋光异构体构型的表示方法和命名 1.表示方法
COOH
H
C CH3 OH
COOH
H3C C HO
H
透视式
COOH
COOH
H
OH HO
H
CH3
CH3
Fescher投影式
2.命名 (1)相对构型 D/L命名法
CHO
CHO
C-3称为假手性碳原子。 如果C-3所连的两个C*构造和构型完全相 同，分子有手性，实物和镜象不能重叠，在空 间有两种排列，得到一对对映体；若这两个C* 构造相同、构型相反，在空间也有两种排列， 但由于分子内部有对称面，所以得到两个不同 的内消旋体。
§5-3 碳环化合物的旋光异构现象
例1 2-甲基环丙基甲酸 4种构型
两两互为非对映体。
COOH
H OH HO H
COOH
COOH
HO
H
H OH
COOH
COOH
HO
H
HO H
COOH
(2R,3R)
(2Smeso-）
五、含假手性碳原子的分子
HOOC C*H CH C*H COOH HO OH OH
单从构造式看，C是非手性碳原子。分子 中含两个相同C*，有3个旋光异构体。其中一 对对映体，一个内消旋体。但其旋光异构体的 总数=4，有一对对映体，两个内消旋体。
H
OH HHOO
H
CH2OH
D(+)-甘油醛
CH2OH
L(-)-甘油醛
(2)绝对构型 R/S命名法
系统命名法用以“基团次序”规则为基础的 R/S命名法命名绝对构型。 R：Retus （拉丁文，右） S：Sinister（拉丁文，左）
COOH
H
OH
CH3
COOH
HO
H
CH3
D(-)-乳酸 R-
L(+)-乳酸 S-
手征性分子
旋光活性
3.手征性碳原子（不对称碳原子） sp3杂化的碳原子所连的 4 个基团不相 同——手征性碳原子：C* 。例如：
CH3C*HCOOH
OH
4.对映体
如果两个旋光异构体互为实物和镜像不能 重叠的关系——一对对映体。例如，肌肉运动 产生的乳酸和糖发酵产生的乳酸就是一对对映 体。一对对映体比旋光度相等，方向相反。
COOH H 2 OH (2R,4R) H 3 OH HO 4 H
COOH
COOH H 2 OH H 3 OH H 4 OH
COOH
(2R,3r,4S)
COOH HO 2 H HO 3 H (2S,4S)
H 4 OH COOH
COOH H 2 OH HO 3 H H 4 OH
COOH (2R,3s,4S)
CH3
(2R,3S)
CH3 Cl H HI
CH3
(2R,3R)
分子式、结构式相同，含n个不相同手性碳 原子→旋光异构体总数 =2n
四、含两个相同手性碳原子的化合物
HOOC C*H C*H COOH
酒石酸
OH OH
分子式、结构式相同，含两个相同手性碳
原子→旋光异构体总数=3→一对对映体和一个 内消旋体→一对对映体和内消旋体之间，彼此
一对对映体就好比是两个螺纹相反的螺丝 钉，木制品对它们来说，就是非手性条件，这 两个螺丝钉都能旋进去，性质相同，没有手征 性；而螺丝帽则为手性条件，只有与螺丝帽螺 纹方向一致的螺丝钉才能旋进去，二者性质不 同，具有手征性。
非手性条件：加热、溶剂、非手性试剂和催化 剂等 → 一对对映体的 m.p、 b.p、 S以及一般 实验条件下的化学性质相同。
CH3C*HCOOH
OH
肌肉运动产生的乳酸：[α]=﹢3.8°，右旋体 糖发酵产生的乳酸 ： [α]=﹣3.8°，左旋体
→ 一对对映体
对映体
旋光异构体
例2
COOH O2N
NO2 HOOC
含C*的分子
手性分子
决定分子手征性的因素？
有对称面或对称中心 → 分子无手性 → 基团在空间只有一种排列→无旋光异构现象
[α]=0°
(±)或dl-
二、分子的手征性和旋光活性 1.手征性（手性或不对称性） 手征性 —— 手的特性：实物和镜像不能重 叠的特性。
例：人的左、右手分别与自己的镜像不能 重叠，且二者具有互为实物和镜像不能重叠的 关系。
2. 手征性分子 手征性分子 ——与自己的镜像不能重叠的 分子。
充要条件
§5-1 旋光异构现象 一、偏振光和旋光活性
1.偏振光
普通光和偏振光
2.旋光活性 3.旋光度α 4.旋光仪
旋光仪示意图
5.比旋光度
[α]λt
=
α
—— c×l
或
α
——
d×l
例，
肌肉运动产生的乳酸
[α]=﹢3.8° (﹢)或d-，右旋
糖发酵产生的乳酸
[α]=﹣3.8° (﹣)或l-，左旋
牛奶发酵产生的乳酸
(+) (-)
D、L-
R、S-
之间没有任何必然的联系。
Fischer投影式在纸平面上转动90°或90°的奇 数倍，所得构型相反。例：
Fischer投影式在纸平面上转动90°的偶数倍， 所得构型不变。
将Fischer投影式的 C*任意两个原子或基团 对调， C*构型改变。
将Fischer投影式的 C*任意 3 个原子或基团按一 定方向依次调换位置， C*构型不变。
三、含两个不同手性碳原子的化合物
CH3C*H *CHCH3 I Cl
2-氯-3-碘丁烷
CH3C*H *CHCH3 OH OH
2,3-二羟基丁烷
22 =4→两对对映体→两对对映体之间，彼此两 两互为非对映体。
CH3 H Cl HI
CH3
(2S,3R)
CH3 H Cl IH
CH3
(2S,3S)
CH3 Cl H IH
H
H
顺-
CH3 COOH
H
H
H
H
CH3 COOH HOOC
CH3
反-
H
COOH
CH3 H
H
COOH HOOC
H
CH3 H
H
CH3
例2 2,2-二甲基环丙基甲酸 2种构型
H3C
H
H
CH3
CH3 COOH HOOC
CH3
例3 1,2-二甲基环丙烷 3种构型
顺-
H3C
CH3
H
H
反-
H3C
H
H
CH3
H
CH3
H3C
H
分子式为C5H10的环丙烷异构体的数目？
例4 3-甲基环丁基甲酸 2种构型
H3C
COOH
顺-
H
H
反-
H3C
H
H
COOH
用透视式、平面式或构象式判断环烷烃衍 生物有无手性，其结果相同。
4
§5-4 旋光异构体的性质
一、对映体的性质 对分子式相同、结构式相同，互为实物和 镜像不能重叠的一对对映体来说，二者都是手 性分子，但在非手性条件下二者的理化性质完 全相同，没有手征性，只有在手性条件下其手 征性才能表现出来。