对映异构
第3章对映异构
实例分析
NO2
NO2
HO １ H H ２ NHCOCHCl2 CH2OH
(-) - 1R,2R –
H OH Cl2CHCOHN H
CH2OH
(+) - 1S,2S –
氯霉素
抗菌活性 (- ) ∶ (+) = 100 ∶ 0.4
合霉素 —— 外消旋体 已淘汰
手性药物
外消旋体的拆分
COOH
HO
CH3
H
Br Cl CH3
H
(1)
COOH
H
OH
CH3
Br CH3 Cl
H
(2)
CH3 Cl Br
H
(3)
(2)=(3)=(4)
Cl
CH3
H
Br
(4)
四、构型标记法
1. D、L 标记法
CHO H OH
CH2OH
D-(+)-甘油醛
HgO
COOH H OH
CH2OH
D-(-)-甘油酸
相对构型
名称
熔点/℃
αm
pKa 溶解度
(+)-乳酸
26
+3.8
3.76
∞
(-)-乳酸
26
-3.8
3.76
∞
(±)-乳酸
18
0
3.76
∞
3. 外消旋体无光学活性，物理性质 与纯的对映体有差异。
三、Fischer投影式
* 3
21
CH3 CH COOH 乳酸
OH
COOH
COOH
CH3
C OH
H
HO C CH3 H
CHO HO H
对映异构学习课件
对映体 旋光 mp 53℃ 基本相同
各自发挥其左右 旋体的生理功能
三、对映体构型的表示方法
1.构型的表示方法
对映体的构型可用立体结构（楔形式和透视式）和费歇尔
（E·Fischer）投影式表示。
式表示：
投影原则：
1° 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平 面。
2° 横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示
指向纸平面的后 面。
3° 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原 子写
在竖线上 端。
使用费歇尔投影式应注意的问 题：
a 基团的位置关系是“横前竖后 ”。
b 不能离开纸平面翻转180°；也不能在纸平面上旋转90°
或270°与原构型相比。
c 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构 型。
2. 判断不同投影式是否同一构型的方法 ：
（1）将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构 型。
（2）任意固定一个基团不动，依次顺时针或反时针调换另 三个
基团的位置，不会改变原构型。
（3）对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型不变，对 调奇
第六章 对映异构
Chap. 6 Enantiomeric of organic Stereochemistry
重点讲授内容:
一、同分异构现象
二、构型异构中的顺反异构
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
四、环烷烃的构型异构
五、潜手性中心、潜手性面与手性识别
同分异构现象
构造异构 constitutional
绕轴转动一周，就有n个形象与原形象无法区分，水有两个，氨
有三个，球体有∞个。
对映异构体名词解释
对映异构体名词解释
对映异构体是指分子结构中的两个非重合的镜像图像，它们不能通过旋转或平移使其重合。
分子中的原子排列方式是对称的，但它们在空间中的排列却是非对称的。
对映异构体的存在是由于手性中心的存在，手性中心是指分子中存在一个对称中心，这个中心在分子中存在的原子按照一定的排列方式组成。
对映异构体的性质十分重要，因为它们之间的化学和物理性质可能会有很大的差异，对映异构体之间的反应选择性也可以不同。
在药物开发和合成中，对映异构体的选择性可能会对其治疗效果产生影响，因此药物研究人员通常会针对不同对映异构体进行研究，以找到最优的药物分子结构。
在实践中，对映异构体也有广泛应用。
例如，农药领域中，对映异构体的性质差异会对其杀虫效果产生影响；化妆品中也常常使用对映异构体来获得更好的效果。
此外，在化学反应中，对映异构体的选择性也可以影响反应的结果。
因此，对映异构体具有非常重要的理论和实际意义。
对映异构
对称因素与分子的手性
• 在绝大多数情况下，分子中没有对称面和对称 中心，与其镜象就不能叠合，分子就会有手性。 • 分子中是否存在对称轴对分子是否具有手性没 有决定作用。
• 判断分子中有无对称面和对称中心在立体化学 中有重要意义。
3、偏振光
• 光是一种电磁波，光波的振动方向与其前进方向垂直。 • 普通光在所有垂直于其前进方向的平面上振动。 • 偏振光——只在一个平面上振动。
2、构型表示方法
透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物 两种方法 Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复杂化合物
Fischer投影式的写法： ①碳链竖置，且编号小者置于上端； ②交叉点代表手性碳，上下朝里，左右朝外；例如：
COOH H3C H C OH
观察 H COOH C CH 3 OH H CH 3 COOH OH
CH 3
COOH
CH 3 H OH COOH
HOOC
CH 3
OH
构型改变
构型改变
(S)
(R)
(动画6)
(S)
3、 构型和命名法
D/L构型标记法
D／L标记法是以甘油醛的构型为标准来进行的。 D／L构型是相对构型。
ê ¼ ±× £ CHO H OH CH2OH CHO HO H CH2OH (-)-¸ Ó È Ê Í © L-Ð Í
二、手性和对称性
1、手性的概念 2、对称性 3、偏振光 4、旋光物质与比旋光度
手性的概念
手——左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。 手性——像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。 例如两种不同的乳酸分子都具有手性：
右旋乳酸， 由肌肉运动产生 左旋乳酸， 由蔗糖发酵得到
对映异构名词解释
对映异构名词解释
对映异构是指化学物质中的两种分子，它们的化学式完全相同，但是它们的空间构型却是互为镜像关系。
这种镜像关系是由于分子中的某些原子或基团的排列不同而导致的。
对映异构分子的化学和物理性质可能会有很大的差异，因为它们的空间构型不同，所以它们与其他分子的相互作用方式也会不同。
对映异构物质还会表现出一些特殊的光学性质，比如旋光性和偏振光的旋转方向等。
对映异构分子在药物化学、生物化学、环境化学等领域都有重要的应用。
在药物化学中，对映异构体常常会对药效和副作用产生巨大的影响。
因此，制药公司通常会研究和开发仅含一种对映异构体的药物，以获得更好的疗效和安全性。
在环境化学中，对映异构体也有着重要的意义。
例如，某些农药和工业污染物中含有对映异构体，这些化合物的毒性和生物降解性质都会受到对映异构体的影响。
因此，在环境监测和治理中，对映异构体的分析和鉴定也显得尤为重要。
- 1 -。
无机化学-对映异构( Enantiomers)
δ+
δ
-
CH3
How did this happen?
isobutyl chloride tert-butyl group
C(CH3)3
(CH3)2CHCH2Cl
AlCl3
CATION REARRANGES
H CH3-C CH2 Cl CH3
AlCl3
CH3 CH3 C CH3
+ CH3 C CH3
1、自然光，平面偏振光， 、自然光，平面偏振光， 旋光性物质，左旋体， 旋光性物质，左旋体，右旋体 旋光度， 旋光度，比旋光度
2、手性分子，非手性分子 、手性分子， 如何判断？ 如何判断？ 对称因素：对称面、 对称因素：对称面、对称中心
手性因素： 手性因素：手性碳
H3C
* CH
OH
COOH
第六章 芳烃（Arenes）
一、苯的结构：
苯 C6H6 (Benzene)
How many structural isomers of C6H6 are possible?
Benzene
H
o 120 o 120
Kekule`
Summary:
二、命名
X
6 5 4 2 3
CH2CH3
CH3
A）硝化、氯代 硝化、
Cl
B）氯代、硝化 氯代、
•√
萘
蒽
菲
8 7 6 5
1 2 3 4
CHO
CH3
C2H5
CH3
1,5-二甲基萘
5－乙基－2－萘甲醛
3 8 7 6 5 10 4 9 1 2 3 6 7 8 9 10 4 5 2 1
蒽
菲
2) 化学性质 ① 亲电取代 （反应条件较温和,取代主要发生在α位) 反应条件较温和,取代主要发生在α
对映异构实验报告
一、实验目的1. 理解对映异构体的概念和特点。
2. 掌握旋光度的测定方法。
3. 通过实验验证对映异构体的旋光性质。
二、实验原理对映异构体（Enantiomers）是指具有相同分子式、相同分子量、相同物理性质，但分子结构在三维空间中互为镜像的化合物。
对映异构体具有旋光性质，即它们能使偏振光旋转不同的角度。
旋光度的测定是判断对映异构体的重要方法。
三、实验器材1. 偏振光管2. 旋光仪3. 比重瓶4. 滴管5. 水浴6. 对映异构体样品（如：2-溴丁烷）7. 溶剂（如：氯仿）8. 旋光仪校准用标准物质（如：樟脑）四、实验步骤1. 准备工作（1）将样品和溶剂分别置于比色皿中，并在水浴中加热至室温。
（2）用滴管将样品和溶剂转移至比重瓶中，并加水至刻度线。
（3）将比重瓶放入旋光仪中，调整仪器至平衡状态。
2. 旋光度测定（1）将样品比色皿放入旋光仪中，打开电源，待仪器稳定后记录旋光度。
（2）将溶剂比色皿放入旋光仪中，记录旋光度。
（3）将樟脑比色皿放入旋光仪中，记录旋光度。
3. 结果分析（1）计算样品的旋光度与溶剂旋光度的差值，即样品的净旋光度。
（2）计算样品的比旋光度，即样品旋光度除以样品浓度。
（3）根据比旋光度，判断样品是否为对映异构体。
五、实验结果1. 样品的旋光度：α样品2. 溶剂的旋光度：α溶剂3. 样品的净旋光度：α净= α样品 - α溶剂4. 样品的比旋光度：[α] = α净 / c（c为样品浓度）六、实验讨论1. 通过实验验证了对映异构体的旋光性质，证明了旋光度是判断对映异构体的重要方法。
2. 在实验过程中，应确保样品和溶剂的纯度，避免杂质对实验结果的影响。
3. 实验结果可能受到温度、压力等因素的影响，应在相同条件下进行多次实验，以减小误差。
七、实验总结本次实验通过对映异构体的旋光性质进行测定，加深了对对映异构体概念的理解。
实验结果表明，旋光度是判断对映异构体的重要方法，同时也提示我们在实验过程中应注意样品和溶剂的纯度，以及温度、压力等因素对实验结果的影响。
第7章 对映异构
手征性的宇宙
丰富多彩的自然界尽管可以发现一些漂亮的对称体，但 现代科学已经揭示出，自然界通常不存在镜像对称，从亚原 子水平到宏观水平，宇宙在所有的水平上都是不对称的。许 多类似于这种不对称是如何产生的，某一水平上的手征性如 何引起另一水平上的手征性之类的问题还远远没有解决。
蝴蝶的四翅 （每侧两个） 左右对称
“横前竖后”
使用费歇尔投影式应注意的问题：
1）基团的位置关系是“横前竖后” 2）如果任意改变两个基团的位置奇数次，则变成其对 映体；改变偶数次则为同一化合物；
2、构型的标记
1）D-L标记法
规定： -OH在手性碳的左侧——左旋（L） -OH在手性碳的右侧——右旋（D） 局限性：只能标记含-OH手性碳的分子
3、对含两个手性碳原子化合物的旋光性 1）对含多个不同手性碳原子的化合物
CHO R H R H
(i)
CHO HO HOຫໍສະໝຸດ (ii)CHO H OH CH2OH
(iii) (iv)
CHO H HO OH R H S CH2OH
OH OH CH2OH
H S S HO H S R H CH2OH
(2R,3R)-(-)-赤藓糖 (2S,3S)-(+)-赤藓糖 (2S,3R)-(+)-苏阿糖 (2R,3S)-(-)-苏阿糖
逆时针——"S"（Sinister的字头, 指左的意思）
逆时针 顺时针
S
R
举例：
COOH C H C2 H5 OH
H5 C2 HO
COOH C H
练习：
(S)
(S)
对费歇尔投影式的简单观察方法：
（1）小左右，逆时针为R，顺时针为S （2）小上下，逆时针为S ，顺时针为R 例如：
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・48・第六章 对 映 异 构学习要求：1． 掌握立体异构、光学异构、对称因素（主要指对称面、对称中心）、手性碳原子、手性分子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体等基本概念。
2． 掌握书写费歇尔投影式的方法。
3． 掌握构型的D 、L 和R 、S 标记法。
4． 掌握判断分子手性的方法。
5． 初步掌握亲电加成反应的立体化学。
异构现象是有机化学中存在着的极为普遍的现象。
其异构现象可归纳如下：对映异构是指分子式、构造式相同，构型不同，互呈镜像对映关系的立体异构现象。
对映异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，只是对平面偏振光的旋转方向（旋光性能）不同。
例如，丁二烯水合得到两种2-丁醇在空间的排列上，可以看出他们是不相同的。
可见，这两个异构体是互相对映的，互为物体与镜像关系，故称为对映异构体。
对映异构体中，一个使偏振光向右旋转，另一个使偏振光向左旋转，所以对映异构体又称为旋光异构。
同分异构碳干异构位置异构官能团异构构型异构CH 3CH 3CH 2-C-CH 3H OHCH 3CH 2-C-CH 3H OH bp 99.5℃d0.806399.5℃0.8063旋光性右旋左旋CH 323右旋-2-丁醇左旋-2-丁醇镜子・49・为什么要研究对映异构呢？因：1．天然有机化合物大多有旋光现象。
2．物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维生素C 可治抗坏血病，而右旋的不行）。
3．用于研究有机反应机理。
§6—1 物质的旋光性一、平面偏振光和物质的旋光性1．平面偏振光光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直。
在光前进的方向上放一个（Nicol ）棱晶或人造偏振片，只允许与棱晶晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱晶，而在其它平面上振动的光线则被挡住。
这种只在一个平面上振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。
2．物质的旋光性能使平面偏振光振动平面旋转的物质称为物质的旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性物质（也称为光活性物质）。
光源（1 ）光的前进方向与振动方向（2）普通光的振动平面图 6-1 光的传播A A'C 普通光平面偏振光晶轴Nicol棱晶A'A'C・50・能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体，能使偏振光振动平面向左旋转的物质称左旋体，使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度，用α表示。
二、旋光仪与比旋光度1． 旋光仪测定化合物的旋光度是用旋光仪，旋光仪主要部分是有两个尼可尔棱晶（起偏棱晶和检偏棱晶），一个盛液管和一个刻度盘组织装而成。
其测定原理见P 120若盛液管中为旋光性物质，当偏光透过该物质时会使偏光向左或右旋转一定的角度，如要使旋转一定的角度后的偏光能透过检偏镜光栅，则必须将检偏镜旋转一定的角度，目镜处视野才明亮，测其旋转的角度即为该物质的旋光度α。
如下图所示2． 比旋光度旋光性物质的旋光度的大小决定于该物质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长等因素有关。
为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用比旋光度来表示。
比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下。
当物质溶液的浓度为1g/ml ，盛液管的长度为1分米时，所测物质的旋光度即为比旋光度。
若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把公式中的C 换成液体的密度d 即可。
最常用的光源是钠光（D ），λ=589.3nm ,所测得的旋光度记为 所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。
因此在不用水为溶剂时，需注明溶剂的名称，例如，右旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋光度为： = +3.79 (乙醇，5%)。
上面公式即可用来计算物质的比旋光度，也可用以测定物质的浓度或鉴定物质的纯度。
具体实例见P 121-122。
]§6—2 对映异构现象与分子结构的关系一、对映异构现象的发现（自学，见P 121-124 ）二、 手性和对称因素1． 手性 （以乳酸CH 3C *HOHCOOH 为例来讨论）乳酸有两种不同构型（空间排列）起偏镜检偏镜盛液管αλL x C 比选光度 波长（钠光D)盛液长度（分米dm ）溶液的浓度（g/ml ）α[ ]t D α[ ]20 D・51・特征：（1）、不能完全重叠，（2）、呈物体与镜象关系（左右手关系）。
物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右手一样）彼此不能完全重叠的特征，称为分子的手性。
具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子叫做手性分子。
连有四个各不相同基团的碳原子称为手性碳原子（或手性中心）用C*表示。
凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具有手性，是手性分子。
3． 分子对称因素物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从分子中有无对称因素来判断，最常见的分子对称因素有对称面和对称中心。
（1）、对称面假设分子中有一平面能把分子切成互为镜象的两半，该平面就是分子的对称面，例如：具有对称面的分子无手性。
（2）、对称中心若分子中有一点P ，通过P 点画任何直线，如果在离P 等距离直线两端有相同的原子或基团，则点P 称为分子的对称中心。
例如：有对称中心的分子没有手性。
物质分子在结构上具有对称面或对称中心的，就无手性，因而没有旋光性。
物质分子在结构上即无对称面，也无对称中心的，就具有手性，因而有旋光性。
3COOH 3COOH 33-OH 顺时针排列反时针排列透视式・52・§6—3 含一个手性碳原子化合物的对映异构一、对映体1．对映体——互为物体与镜象关系的立体异构体。
含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子，含有两种不同的构型，是互为物体与镜象关系的立体异构体，称为对映异构体（简称为对映体）。
对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的，一个是右旋的。
所以对映异构体又称为旋光异构体。
2．对映体之间的异同点（1）、物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的数值相等，仅旋光方向相反P 128。
（2）、在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。
二、外消旋体等量的左旋体和右旋体的混合物称为外消旋体，一般用（±）来表示。
外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：旋光性 物理性质 化学性质 生理作用外消旋体 不旋光 mp 18℃ 基本相同 各自发挥其左右 对映体 旋光 mp 53℃ 基本相同 旋体的生理功能三、 对映体构型的表示方法1．构型的表示方法对映体的构型可用立体结构（楔形式和透视式）和费歇尔（E ・Fischer ）投影式表示，(1)、立体结构式（2）、Fischer 投影式为了便于书写和进行比较，对映体的构型常用费歇尔投影式表示：投影原则：33COOH3乳酸优点： 形象生动，一目了然缺点：书写不方便楔形式透视式HO CH 3COOH 乳酸对映体的费歇尔投影式・53・1° 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平面。
2° 横线表示与C *相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示指向纸平面的后面。
3° 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写在竖线上端。
使用费歇尔投影式应注意的问题：a 基团的位置关系是“横前竖后”b 不能离开纸平面翻转180°；也不能在纸平面上旋转90°或270°与原构型相比。
C 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构型。
2．判断不同投影式是否同一构型的方法：（1）、 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构型。
（2）、任意固定一个基团不动，依次顺时针或反时针调换另三个基团的位置，不会改变原构型。
（3）、对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型不变，对调奇数次则为原构型的对映体。
例如：§ 6—4 含两个手性碳原子化合物的对映异构从上面的讨论已知，含一个手性碳原子的化合物有一对对映体，那么含有两个手性碳原子的化合物有多少个对映异构体呢？3H CH 3OH 2H 5H OH CH 3HO H CH H 3C OH C 2H 5C 2H 5C 2H 5===OH 与H 对调一次CHO 与 对调一次OH 与H 对调一次对映体CH 2OH・54・一、 含两个不同手性碳原子的化合物这类化合物中两个手性碳原子所连的四个基团不完全相同。
例如：我们以氯代苹果酸为例来讨论1． 对映异构体的数目其Fischer 投影式如下：含n 个不同手性碳原子的化合物，对映体的数目有2 n 个，外消旋体的数目2 n-1个。
2． 非对映体不呈物体与镜象关系的立体异构体叫做非对映体。
分子中有两个以上手性中心时，就有非对映异构现象。
非对映异构体的特征：1° 物理性质不同（熔点、沸点、溶解度等）。
2° 比旋光度不同。
3° 旋光方向可能相同也可能不同。
4° 化学性质相似，但反应速度有差异。
二、 含两个相同手性碳原子的化合物酒石酸、2，3-二氯丁烷等分子中含有两个相同的手性碳原子。
同上讨论，酒石酸也可以写出四种对映异构体CH 3CH-Br CH-Br CH 2CH 3COOH CH-OH CH-Cl COOH CH 3CH-OH CH-C 6H 5CH 32-羟基-3-氯丁二酸 （氯代苹果酸）3-苯基-2-丁醇2，3-二溴戊烷(1)(2)(3)(4)对映体对映体m.p 173℃173℃167℃167℃D20[α]-7.1°+7.1°-9.3°+9.3°(±)m.p 145℃m.p 157℃外消旋体外消旋体非对映体HOOC-CH-CH-COOH CH 3-CH-CH-CH 3****・55・（3）、（4）为同一物质，因将（3）在纸平面旋转180°即为（4）。
因此，含两个相同手性碳原子的化合物只有三个立体异构体，少于2 n 个，外消旋体数目也少于2 n-1个。
内消旋体与外消旋体的异同相同点：都不旋光不同点：内消旋体是一种纯物质，外消旋体是两个对映体的等量混合物，可拆分开来。
酒石酸的三种异构体和外消旋体的物理常数见P 133表6-3。
从内消旋酒石酸可以看出，含个手性碳原子的化合物，分子不一定是手性的。
故不能说含手性碳原子的分子一定有手性。
§ 6—5 构型的标记——R 、S 命名规则1970年国际上根据IUPAC 的建议，构型的命名采用R 、S 法，这种命名法根据化合物的实际构型或投影式就可命名。
R 、S 命名规则：1． 按次序规则将手性碳原子上的四个基团排序。
2． 把排序最小的基团放在离观察者眼睛最远的位置，观察其余三个基团由大→中→小的顺序，若是顺时针方向，则其构型为R （R 是拉丁文Rectus 的字头，是右的意思），若是反时针方向，则构型为S （Sinister,左的意思）。
实例：(1)(2)(3)(4)对映体同一物质α[ ]20+12°-12°0°0° D （±）酒石酸（m ）酒石酸外消旋体内消旋体（分子中有对称面）反时针排列 S 型3 > H 反时针排列 S 型・56・快速判断Fischer 投影式构型的方法：1°当最小基团位于横线时，若其余三个基团由大→中→小为顺时针方向，则此投影式的构型为S ，反之为R 。