对映异构体和手性的概念分子的手性和对称因素的关系手性碳原子
手性碳原子与分子的手性
⼿性碳原⼦与分⼦的⼿性⼿性碳原⼦：当分⼦中的⼀个碳原⼦连接四个不同的原⼦或者原⼦团时，这个分⼦是不对称的，具有⼿性，这个碳原⼦称为⼿性碳原⼦：不对称碳原⼦，也称为⼿性碳原⼦。
具有⼀个⼿性碳原⼦的分⼦，称为⼿性分⼦。
很显然，⼀个⼿性分⼦⾄少有两种构型异构体，⼀个是实物，⼀个是映在镜⼦⾥的镜像，它们互为对映异构体，简称对映体。
为什么在上⾯说具有⼀个⼿性碳原⼦的分⼦，称为⼿性分⼦呢？那是不是有⼿性碳原⼦存在就⼀定是⼿性分⼦呢？是不是没有⼿性碳原⼦，这个分⼦就不是⼿性分⼦呢？现在再来看两个概念：外消旋体：外消旋体：由于两个对映体的旋光度⼤⼩相等，⽅向相反，将两个对映体等量混合所得到的溶液，其旋光能⼒相互抵消，没有旋光性，这种混合物称为外消旋体。
内消旋体：分⼦内含有不对称性的原⼦，但具有对称因素⽽使分⼦内总旋光度为零，即⽆旋光性。
通常以meso或i表⽰。
内消旋体：从上⾯的定义来看，外消旋体是混合物，内消旋体是化合物。
外消旋体成镜向对称。
内消旋体是分⼦内部有对称，导致旋光的抵消。
外消旋体在物理、化学性质⽅⾯⾮常类似，那有没有可能将其分离呢？需不需要将它们分离呢？可以关注⼀下：20世纪60年代德国⼀家制药公司开发的⼀种治疗孕妇早期不适的药物-----酞胺哌啶酮，商品名为反应停。
其中R-构型对映体构体是强⼒镇静剂，S-构型对映体是强烈的致畸剂。
可见分离外消旋体是⾮常有必要的？如何分离呢？化学拆分法，将外消旋化合物分离成两个纯的对映体称为对映体的拆分。
可以将外消旋化合物与⼀旋光性试剂反应，得到两化学拆分法，个⾮对映体，利⽤⾮对映体物理性能的差别将两个⾮对映体分开，然后将试剂除掉，即可得到纯的对映体。
物理拆分法，这种⽅法是在外消旋体的过饱和溶液中，加⼊少量的某⼀对映体的晶体，也称晶种，与晶种相同的对映体的过物理拆分法，饱和度会加⼤，从⽽优先结晶出来。
由于原外消旋体就是过饱和的溶液，晶种结晶出来时会将相同的对映体⼀同结晶出来，并可超出晶种的⼀倍。
8 立体化学
CH3 * * C 2H 5
35
OH OH
C2 H 5 * OH
2. 对映异构体构型的命名
（1） D、L命名法
CHO H OH CH2OH D-(+)-甘油醛 HO CHO
D、L与 “+、-” CH2OH 没有必然的联系
H
L-(-)-甘油醛
规定：羟基在右边为右旋，称D型，羟基在左边为 左旋，为L型。
镜像不能重叠，称对映异构现象。
对映异构体（enantiomers）：一个化合物的分
子与其镜像不能相互重合，称这两个分子为对映异构体。
13
手性：一个物体若自身与其镜像不能重叠。 手性分子(chiral molecules)： 不能与自身镜像重合的分子。 非手性分子(achiral molecules) ： 能够与自身镜像重合的分子。 手性分子是不对称分子；非手性分子 是对称分子。
CH3 HO C H
OH >
CH2CH3 >
CH3 > H
• 从次序最小的基团背后看上去
CH3 H OH Et
HO CH3 CH3 HO H CH2CH3
CH2CH3
(–)–2–丁醇
食指
H Et
中指 (R)–2–丁醇 拇指
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• 其它三个基团由大到小为顺时针方向时 为R型；反时针时为S型
CH3 CH3CH2 OH
26
手性分子大都含有与四个互不相同的基团相连的碳
原子。
有左旋和右旋两种异构体，如何表示？
1.构型的表示法：
用分子模型可清楚
地表示出手性碳原
子的构型，但不方便。
27
（1）透视式
将手性碳表示在纸面上，用实线表示纸面上的键，用虚
医用化学第13章 对映异构
CH3
相当于
COOH H OH H OH CH3
构型还可用透视式表示。透视式是按透视原理画 出的，假定手性碳原子在纸面上，楔形实线表示伸向 纸面前，虚线表示伸向纸面后，一般实线表示处于纸 面上。乳酸的对映体用透视式可以表示如下：
COOH H C OH CH3 HO H3C COOH C H
第四节
D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛
其他化合物的构型，可以通过化学反应与甘 油醛联系起来加以确定。
COOH H OH CH2OH D-(-)-甘油酸 COOH H OH CH3 D-(-)–乳酸
COOH HO H CH2OH
L-(+)-甘油酸
COOH HO H CH3
L-(+)–乳酸
D、L 表示的只是化合物的构型，并不表示其旋 光方向，而旋光方向则需通过旋光仪测定。 光学活性物质的构型与旋光方向之间没有固定关系。
二、含有两个相同手性碳原子的化合物的 对映异构
2,3-二溴丁烷分子中含有两个相同的手性碳原 子，有三种不同的构型：
CH3 Br H H Br CH3
CH3 H Br Br H CH3
Ⅱ(2S,3S)
CH3 Br H Br H CH3
CH3 H Br H Br CH3
Ⅰ(2R,3R)
Ⅲ (2R,3S)
H
H3C
3 2 1
2
COOH
1
Cl CH2CH3
H
3OHBiblioteka CH 3竖，顺，R-型
横，逆，R-型
总结： • R/S与D/L是两种构型表示方法，而且 均与“+”和“-”无关，旋光方向是 用旋光仪测出来的。 • R/S构型适用于所有的旋光异构体。
立体化学基础
Cl大 HOCH2
Cl
键上，纸面 走向与实际
CH2Cl 走 向 相 同 ，
S-2,3-二氯丙醇
R-2,3-二氯丙醇
顺时针为R型， 逆时针为S型。
直接根据Fischer投影式命名的简便方法介绍
Problem 6: Give the names of the following compounds。(by R/S nomenclature)
有相等的距离。实物与镜像的关系叫对映关系。
镜面
实物与镜像
若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所 代表的两个分子为同一个分子。
OH
OH
CH H
CH3
HC H
CH3
OOHH
HH
CC HH 所有基团都重合 CCHH3 3
乙醇分子模型的重叠操作
对于某些分子，两个互为实物与镜像关系的分 子不能重合，如乳酸。
CO2H
CO2H
CO2H
NH2
NH2
H CH3
NH2 H
CH3 H
CO2H
CH3
H
NH2
CH3
即：固定*C上某个基团，其它三基团顺序轮换，不 改变其构型。
Problem 3: 下列Fischer式是否表示同一化合物？
COOH
CH2OH
H
OH
HO
H
--
CH2OH
COOH
镜 像
1
2
关
旋转180℃后可重叠
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
四、判断对映体的方法
1、看分子和它的镜像能不能重合。如果 不能重合，就具有对映异构现象。
2、寻找对称面和对称中心。如果分子没 有对称因素（对称面和对称中心），就 具有对映异构现象。
对映异构
比旋光度：旋光性物质的一个物理常数。 在一定温度下，1mL含1g旋光物质的溶 液，在1dm的盛液管中，光源波长（λ） 为589nm（钠光）时，测得的旋光度即 为比旋光度。
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2020/5/11 19:28:00 23
• 在一定温度下，1mL含1g旋光物质的溶液，在 1dm的盛液管中，光源波长（λ）为589nm （钠光）时，测得的旋光度即为比旋光度。可 用下列公式计算：
COOH
COOH
H
OH
HO
H
CH3
CH3
乳酸对映体的Fischer投影式
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4.1.4 对映异构体的表示方法—Fischer投影式2020/5/113119:28:02
COOH
HO
H
COOH
OH
CH3
乳酸对映体的Fischer投影式
H CH3
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4.1.4 对映异构体的表示方法—Fischer投影式2020/5/113219:28:02
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4.1.3 对映异构体的旋光性
旋光仪原理
2020/5/11 19:27:59 21
光源
观察者 返回4.1 目录 结束
4.1.3 对映异构体的旋光性
2020/5/11 19:28:00 22
2、旋光度和比旋光度：
旋光度： 旋光性物质使偏振光的振动面旋转的角
度称为旋光度，用符号“α”表示。
设想分子中有一点，从分子的任一原子或基团
出发，向该点引一直线并延长出去，在距该点等距 离处，总会遇到相同的原子或基团，这个点就叫做 分子的对称中心。
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4.1.2 手性与分子的对称因素
有机化学基础知识点整理手性和对映体的概念
有机化学基础知识点整理手性和对映体的概念手性和对映体是有机化学中重要的概念和基础知识点。
本文将对手性和对映体进行整理和讲解，以帮助读者更好地理解和掌握这一概念。
一、手性的定义和特点在化学中，手性是指具有非对称性质的分子或化合物。
一个手性分子无法与其镜像重叠，就像我们的左右手无法完全重叠一样。
手性分子有两个重要特点：1. 非对称性：手性分子的结构中存在至少一个不对称碳原子，也称为手性碳原子。
这个碳原子上连接的四个基团必须是不同的，不能相互交换。
2. 手性中心：由于手性碳原子的存在，手性分子的结构中存在一个或多个手性中心。
手性中心是指一个原子与四个不同基团连接而成的立体中心。
二、对映体的概念和特点对映体是由手性分子通过镜面对称操作而得到的立体异构体。
对映体之间具有以下特点：1. 镜像对称：对映体的结构在三维空间中是非重叠的镜像关系，就像左右手一样。
它们有相同的分子式和结构式，但在物理性质上有着明显的差异。
2. 光学活性：对映体对平面偏振光有旋光作用，这是由于对映体的结构不对称导致的。
一种对映体可以将偏振光偏转为左旋光，而另一种对映体则将其偏转为右旋光。
三、手性和对映体的重要性手性和对映体的研究对于理解和掌握有机化学的许多领域都具有重要意义：1. 药物研发：手性药物的合成和分离是当今药物研发的重要问题之一。
对映体之间的药理活性差异可能导致一种对映体产生疗效，而另一种对映体则可能产生副作用或无效。
2. 生命科学：生物体内的很多分子都是手性的，包括氨基酸、脂肪酸、糖类等。
对映体对生物体的生物活性和代谢途径有着显著的影响。
3. 光学材料：手性分子的存在使得光学材料能够对光的偏振状态进行调节，可以应用于光学元件、液晶显示器等领域。
4. 催化剂设计：手性催化剂的使用可以提高有机反应的催化效率和选择性。
对映体的选择对于催化剂的活性和特异性具有重要影响。
四、手性和对映体的应用举例1. 左旋与右旋乳酸：乳酸是一种常见的有机酸，存在两种对映体：左旋乳酸和右旋乳酸。
06 第六章 对映体
CH2OH
（Ⅱ）
CH2OH
H F F H
H
有对称中心
镜象和实物能重叠，无手性
结论：有对称中心的分子，实物和镜象能重叠，无手
性，无对映异构体，无旋光性。
20
21
3. 对称轴 定义: 穿过分子画一直线,以它为轴旋转一定角度后,可 以获得于原来分子相同的构型,这一直线叫对称 轴.
H H H H
Cn
H H H
C4
( 360 ) 90
29
COOH H C
CH 3
COOH
OH
对映异构体：
HO
H3 C
C H
S–(+)–乳酸
（R）
注意: R、S与右旋、左旋没有一定关系。
CH3 C H OH CH2CH3 CH3CH2 OH CH3 C H
(S)–2–丁醇
(R)–2–丁醇
30
H H3C C OH CH CH2
H
OH COOH C
(S)–3–丁烯–2–醇 (S)–2–羟基苯乙酸 2. 对映异构体的表示方法 常有两种表示方法
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2. 对称中心( i ) 定义：分子中有一点 P ，以分子任何一点与其连线，
都能在延长线上找到自己的镜象，则 P 点为
该分子的对称中心。
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例：环丁烷
H H H H H
H H H H H H H H
P
H H
H
有对称中心
镜象和实物能重叠，无手性。
Cl
Cl H F H H F H Cl
例：
H Cl
O C OH CH3 H H H
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O C CH3 O O C
第二较优
O C H O O H
手性碳原子和对映异构体的关系
手性碳原子和对映异构体的关系
映异构体是指具有相同的化学式，但结构不同的两种物质。
映异构体具有相反的性质，通常存在于脂肪类和某些有机化合物，比如烃类等中。
当某个化合物的分子中含有一个手性碳原子时，映异构体就会发生。
映异构体可以被看作是这种单轴手性分子的两个因素，它们可以很容易地被分离，并且以反应产物的比例不受规则影响。
单轴手性分子是指该分子中含有一个非共价手性（chiral）碳原子的不对称分子。
单轴手性分子通常具有特殊的空间结构，即该分子的有活性的二维图案所对应的空间结构具有对称性，但是可以产生L和D两种形式的映异构体。
当某一单轴手性分子受到一定的暴力的压力，两种构象之间的变换便会发生，例如极性的变换等，叫做折射。
在有机合成中，映异构体的运用十分广泛，特别是那些涉及有机反应中中间体手性转变的反应，活性不对称催化剂甚至对胆碱和苯乙醛类似结构的酯类，都需要映异构体来完成反应，这就是映异构体与单轴手性分子碳原子之间的关系。
综上所述，可以得出，映异构体可以通过包含一个单轴手性碳原子来产生，并且映异构体在有机合成的反应中占有重要的作用，所以映异构体与单轴手性碳原子间的关系是至关重要的。
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1．诱导结晶拆分
• 在外消旋体热饱和溶液中，加入一定量的左旋体或右旋体作
为晶种，当溶液冷却时，与晶种相同的异构体便优先析出。 滤出结晶后，另一种旋光异构体在滤液中相对较多，在加热 条件下再加入一定量的外消旋体至饱和，当溶液冷却时，另 一种异构体优先析出。如此反复操作，就可以把一对对映体
完全分开。
第九节 制备单一手性化合物的方法
一、由天然产物提取
• 手性化合物可以从天然植物、动物、微生物等中分离提取，
该方法原料来源丰富，价廉易得，生产过程相对简单，产品 光学纯度较高。
二、外消旋体的拆分
• 一个非手性化合物在非手性环境中引入第一个手性中心时，
通常都得到外消旋体，然后用物理或化学方法将外消旋体的 一对对映体拆分成两种纯净的旋光体，这一过程为外消旋体
第七章 立体化学基础
要点导航
1． 掌握同分异构体的分类、 分子模型的三种表示方法以及它 们之间的相互转换、对映异构体和手性的概念、分子的手性和 对称因素的关系、手性碳原子的概念及对映体的构型标记、外 （内）消旋体和非对映异构体的概念、苏型和赤型的概念、脂 环化合物的立体异构。
要点导航
2．熟悉对映体和非对映体的理化性质、不含手性碳原子化 合物的对映异构。 3．了解平面偏振光和比旋光度有关概念、对映体过量百分 率和光学纯度的概念、旋光异构与生理活性的关系、制备 单一手性化合物的方法、有机反应历程中的立体化学。
4．色谱分离
• 如果被分离的物质与固定相的吸附作用有差别，或与
流动相的溶剂化作用有差别，则几种物质可以利用色 谱的方法进行分离。色谱分离对映异构体可分为直接
分离法和间接分离法。
三、不对称合成
• 不对称合成泛指一类反应由于手性反应物、试剂、催化剂以
及物理因素（如偏振光）等造成的手性环境，反应物的前手 性部位在反应后变为手性部位时形成的立体异构体不等量， 或在已有的手性部位上一对立体异构体以不同速率反应，从 而形成一对立体异构体不等院于2001年 10月10日宣布，将2001年诺贝 尔化学奖奖金的一半授予美国
科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们在 “ 手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金另一半授予 美国科学家巴里·夏普莱斯，以表彰他在 “ 手性催化氧化反
应”领域所取得的成就。
举例
• 反式异构体称为富马酸，它是动植物体中的基本代谢中间 体；顺式异构体称为马来酸，但它是有毒的，对组织具有 刺激作用。
目录
第一节 同分异构体的分类 第二节 分子模型的表示方法 第三节 平面偏振光和比旋光度 第四节 分子的手性和对称因素的关系 第五节 含一个手性碳原子化合物的构型
目录
第六节 含两个手性碳原子化合物的对映异构 第七节 脂环化合物的立体异构简介 第八节 不含手性碳原子化合物的对映异构 第九节 制备单一手性化合物的方法 第十节 立体化学在研究反应历程中的作用
2．化学拆分
3．生物拆分
• 某些微生物或酶对于对映体中的一种异构体有选择性
的分解作用，利用它们的这种性质可以从外消旋体中 把一种对映异构体拆分出来。例如酶法拆分外消旋苯 基甘氨酸：先把外消旋苯基甘氨酸用醋酐乙酰化，然 后用氨肽酶水解，只有L-N-乙酰化苯基甘氨酸被水解 生成L-苯基甘氨酸，D-构型的酰胺不变；分离后，将 D-N-乙酰化苯基甘氨酸酸性水解，得D-苯基甘氨酸。
立体化学简介
❖ 立体化学（stereochemistry）是研究分子的立体结构、反 应的立体性及其相关规律和应用的科学。
❖ 立体化学的任务是研究分子中原子或基团在空间的排列状 况，及其对分子理化性质、生物效应等的影响。
❖ 药物结构中基团在空间的不同排列方式，有可能造成互为 立体异构体的药物分子间存在巨大的生物活性差异。