4 对映异构和非对映异构讲解
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。
第4章对映异构
构造异构
同分异构 构型异构 立体异构 构象异构 对映异构 顺反异构
对映异构—— 构造式相同的化合物分子构型与其镜像不 不能完全重合而引起的异构现象。该分子 称为手性分子，其实物与镜像互为对映异 构体（简称对映体）。 3 ■对映体在性质上，表现为旋光方向不同和生理活性不同。
一、 平面偏振光和旋光性
（四）对映异构体的构型命名法 1、D/L标记法
OH CH2OH–CH * –CHO ① D/L和(+)/(-)之间 有什么关系吗？ CHO CHO ②D-型的都是右旋 H OH HO H 吗？ CH2OH CH2OH ③应用：糖类、脂 类、氨基酸。 D-(+)-甘油醛 L- (-)-甘油醛 与C*相连的键不断，则构型不变。 CHO COOH COOH [O] [H] H OH H OH H OH CH2OH CH2OH CH3 D-(+)-甘油醛 D-(+)- 甘油酸
一对对映 体等量混合 ，混合物无 旋光性，此 混合物叫外 消旋体。用 “dl”或“± ”表示。
23
（一）外消旋体
一对对映体的等量混合物称为外消旋体，外消旋体 无旋光性，通常用（±）表示，物理性质有所改变。 乳酸的一些物理常数 名称 (+)-乳酸 (-)-乳酸 (±)-乳酸 熔点/℃ 比旋光度 26 26 18 +3.8 -3.8 0 pKa 3.76 3.76 3.76 溶解度 ∞ ∞ ∞
7
比旋光度 （Specific Rotation）
[]：比旋光度；t：温度；：光波长；c：样品浓 度，单位g/ml；l:样品管长度，单位dm。
（＋）表示右旋； （－）表示左旋
t [
cl
[]：单位浓度、单位液层厚度的旋光性物质的旋光度。
第四章 对映异构
2,3-二羟基丁酸 O
3 2
CH3CHCHCOH HO OH 4种组合 = 4个立体异构体
C-2 R C-3 R
R S
S R
S S
7-54
2,3-二羟基丁酸 O
3 2
CH3CHCHCOH HO OH
4 种组合 = 4 个立体异构体 这些立体异构体间的关系如何?
C-2 R C-3 R
R S
4-40
Fischer投影式的规则 H
Br
Cl
F
（3）再将所有取代基在相应的位置标明。
4-41
Fischer 投影式 CO2H
水平键朝外，垂直键 朝后 如何写出交叉构象分 子，其键的取向与 Fischer投影式不符合 的 Fischer 投影式？
CH3
4-42
Fischer 投影式
将其构象变成重 叠式以符合 Fischer 投影式的 要求。
一个分子能够分隔成互为镜像的两半。 2-氟-1-氯-1-溴乙烯有对称面
4-32
4-33
4-34
对称中心
如果从分子的中心画 一条直线到一个元素， 从这一点向相反方向延
长到等距离时会找到相 同的元素，那么这分子 就具有对称中心。
4-35
对称中心
4-36
四、对映异构体的表示方法 ——Fisher投影式 对映异构体的命名 ——R/S命名
4-24
含有一个手性中心的例子
CH3
苧烯：手性中心可以是环 的一部分 连接手性中心的基团是： —H —CH2CH2 —CH2CH= —C=
*
H
C CH3
CH2
4-25
含有一个手性中心的例子
H
D C T 手性是同位素取代产生的结果 CH3
有机化学教学之四：对映异构
第四章对映异构异构现象在有机化学中非常普遍，前面我们学过了构造异构，构型异构，顺反异构，构象异构等，下面我们把它们归纳一下异构现象包括构造异构和立体异构，其中构造异构按原子相互连接方式、次序不同，又可分为碳架异构和位置异构；立体异构按原子在空间排列方式不同分为构型异构和构象异构（单键旋转产生构型不同），构型异构按构型方式分为顺反异构（环的存在引起构型不同）和对映异构。
本章主要讨论对映异构。
对映异构体与旋光性密切相关，要测定物质旋光度的大小，需要用旋光仪，下面分别介绍有关内容。
§4.1 旋光性4.1.1偏振光光波是一种电磁波，它的振动方向与其前进方向垂直，在普通光里，光波在垂直前进方向上可以有无数个振动平面。
如果有圆圈代表光线前进方向的一个横截面，那么光线透过Nicol棱晶时，只有振动面与棱晶光轴平行的光才能通过，而在其他平面上振动的光被阻挡，即产生偏振光。
这种只在一个平面上振动的光叫平面偏振光或偏光。
当偏光射到另一个Nicol棱晶上时，若其光轴相互垂直，光线全被阻挡。
这就是旋光仪的工作原理。
4.1.2 旋光仪在两个光轴平行的Nicol棱晶之间放一样品管（旋光管），自然光透过第一个固定的棱晶后成为偏光，偏光透过旋光管后射到第二个棱晶上（可转动）。
若样品对偏光没发生作用，我们可以观察到光线能全部透过第二个棱晶（见偏时），我们从目镜中看到视场最亮。
此时，刻度盘为零。
若样品与偏光发生作用，使其偏转，这时光线就不可能全部通过第二个棱晶，从目镜中观察到视场变暗，我们可通过旋转检偏器，使视场恢复到最亮。
检偏器所旋转的角度。
即旋光度。
使检偏器顺时针旋转的物质，称右旋物质，用+α表示；使检偏器逆时针旋转的物质，称左旋物质，用-α表示。
旋光度的大小与溶液的浓度、样品管的长度、光的波、温度及溶剂都有关系， 为便于比较，常用比旋度[α]t λα][表示。
4.1.3比旋光度比旋光度——偏光透过厚度为10cm ，浓度为1g/ml 样品溶液所产生的旋光度。
第4章对映异构
H
OH
OH
H
CH2OH
D-（+）-甘油醛
CH2OH
L-（-）-甘油醛
以甘油醛为标准物，通过合适的化学反应转化成 其它旋光性化合物，只要在反应过程中不断裂与手性 中心直接相连的化学键，所得的化合物的构型就与原 甘油醛的构型相同。
CHO
例如：
O
H
OH
COOH
H
OH
CH2OH
D-(+)-甘油醛
CH2OH
度
温度 溶剂 光源波长
旋光管的长度
比旋光度([α]Dt表示）为使旋光度成为特征物 理常数，规定：旋光管长一分米；待测物质的浓度
1g/ml，此时所测得的旋光度，称为比旋光度。
数学表达式 [α]Dt =
α
d*l
[α] : 比旋光度(质量旋光本领) d : 质量浓度(g ·dm-3)
l : 样品管长度(dm)
所连的原子或原子团可以两两交换偶数次, 不能交换奇数次。
④固定一基团不变，其它三个基团顺时针或 逆时针转动，其构型不变。
①
180O
C2H5
90O
H
CH3
Br
Br
构
H3C
H型 不
C2H5
变
H
Br
C2H5 对
映
CH3
体
C2H5
②
离开纸平面翻转
H3C
对 H映
体
Br
③
C2H5
交换偶数次
H
CH3 交换奇数次
3.旋光性:
当平面偏振光通过手性化合物溶液，偏 振面被旋转一定的角度。物质能使平面
偏振光偏旋转的性能称为旋光性。
*手性化合物都具有旋光性。 非手性化合物无旋光性.
对映异构体和非对映异构体名词解释
对映异构体和非对映异构体名词解释下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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对映异构体是指一种分子的空间结构与其镜像不重合的异构体。
第4章对映异构
但有时，有对称轴的分子也有手性。例如： 但有时，有对称轴的分子也有手性。例如：
COOH H HO OH H COOH HO H HCOO C2 H OH COOH
有手性
练习
有机化学
对称轴不是分子有无手性的判断依据。 对称轴不是分子有无手性的判断依据。
药学院化学教研室 对映异构体的旋光性 1.3 对映异构体的旋光性 偏振光和偏振面
OH H3C C
CH3CH2
练习
COOH
I
*
*
COOH
C6H5
P
H H
C
*
OH
H
H
CH3
C * OH CH3
含一个C 的分子一定是手性分子，含一个以上C 含一个 * 的分子一定是手性分子，含一个以上 * 的分子则不一定是手性分子
有机化学
1.2 手性与分子的对称因素
对称因素 对称面、对称中心) (对称面、对称中心) 有面或者有中心 无面且无中心 手性 无 有
1.对映异构的 1.对映异构的基本概念 对映异构的基本概念 对映异构体和手性分子 手性分子; 对映异构体和手性分子 手性与分子的对称因素 对称面、 对称因素: 手性与分子的对称因素:对称面、对称中心 重点 对映异构的旋光性 对映异构的旋光性 难点 旋光异构体的表示方法 透视式；费歇尔投影式; 表示方法:透视式 旋光异构体的表示方法 透视式；费歇尔投影式; 2.旋光异构体的标记：D/L构型和R/S构型 旋光异构体的标记： 重点难点 3.具有手性中心(C*)的分子 3.具有手性中心(C*)的分子 具有手性中心 一个手性碳原子化合物的旋光异构 含一个手性碳原子化合物的旋光异构 重点 两个手性碳原子（ 含两个手性碳原子（不同C ，相同C ）的旋光异构 环状化合物的旋光异构 环状化合物的旋光异构 不具有C*的手性分子 不具有 的手性分子 4.立体选择性和立体专一性 4.立体选择性和立体专一性反应 立体选择性和立体专一性反应 有机化学 5.旋光异构体与生物医学的关系 旋光异构体与生物医学的关 旋光异构体与生物医学的关系 重点
（4）对映异构
（4）对映异构第四讲对映异构⼀、⼿性和对称因素1．⼿性物质分⼦互为实物和镜象关系，彼此不能完全重叠的特征，称为分⼦的⼿性，其分⼦称为⼿性分⼦。
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。
2．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：具有对称⾯的分⼦⽆⼿性。
（2）、对称中⼼若分⼦中有⼀点P ，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。
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。
三、对映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）。
对映异构体特征：○1都有旋光性，⼀个左旋，⼀个右旋（⼜称为旋光异构体）。
○2其物性、化性⼀般相同，仅旋光⽅向相反，只有在⼿性环境下，对映体会表现出某些不同的性质，如反应速度差异，⽣理作⽤的不同等。
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：3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（⼀）对映体构型的表⽰⽅法1．构型表⽰⽅法对映体的构型可⽤⽴体结构（楔形式和透视式，书写不⽅便）和费歇尔投影式表⽰， Fischer 投影式投影原则：1° 横、竖两条直线的交叉点代表⼿性碳原⼦，位于纸平⾯。
2°“横前竖后” （横线指与C *相连的两键指向纸平⾯前⾯，竖线表⽰指向纸平⾯的后⾯。
） 3° 碳链竖放2．判断不同投影式是否为同⼀构型的⽅法：（1）、将投影式在纸平⾯上旋转180°，仍为原构型。
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COOH H CH3 HO
COOH H CH3
(S)-乳酸 COOH H3C H (R)-乳酸
14
COOH H CH3 OH H
COOH OH CH3
OH
• 根据Fischer投影式判断构型
– 依照次序规则区分出四个基团的大小顺序；
– 看最小基团的指向：若指向后方，其它三 个基团顺时针方向排列时为R构型，反时 针方向为S构型；
H H
OH OH COOH
III
2R,3S IV
I
II
• I和II是一对对映异构体，III和IV是同一个化合物； • III或IV分子中有对称面，不是手性分子，称为内消旋 体，记为meso或(±)； • I和III、IV， II和III、IV互为非对映异构体；
19
5，不含手性碳原子的旋光性分子
•丙二烯类化合物 ：丙二烯三个双键碳原子中间的一个是 sp杂化，结构中两个双键平面互相垂直，当两端的双键 碳原子都连接不同基团时分子不对称，从而具有旋光性； 尽管分子中没有手性碳原子；
17
4，含两个手性碳原子的化合物 • 含两个不相同手性碳原子的分子具有手性，有两 对对映异构体；
COOH H H CH2OH 2S,3S H H COOH OH OH CH2OH 2R,3R
H HO COOH OH H CH2OH 2R,3S HO H COOH H OH
HO
HO
CH2OH 2S,3R
9
• 对映异构体之间在熔点、沸点、折光率等物理 性质和多数化学性质上没有差别；但在生物学 上意义重大； • 对映异构体具有不同的旋光性质，其一使偏振 光左旋（ - ），另一使偏振光右旋（ + ），两 者的比旋光度绝对值相同； • 等量的对映异构体混合物旋光性质抵消，混合 物没有旋光性，称为外消旋混合物（化合物？） • 外消旋表示为（±） ；
• 对映异构体混合物常用的分离方法是拆分：用 另一种旋光性化合物与对映体化合物反映生成 两个非对映异构体，这是较容易分离的混合物；
22
CH3 H2N CH + H HO
COOH OH H COOH
( )--苯乙胺 CH3 H3N C H H HO COO
(+)-酒石酸 CH3 H C NH3 H HO COO OH H COOH (-)--苯乙胺-(+)酒石酸盐 在甲醇中溶解度小
• 四个化合物互为异构体，且为两对对映异构体； • 不是对映体的化合物称为非对映异构体；
18
• 含两个相同手性碳原子的分子，不能构成两对对 映异构体：
COOH HO HO H H COOH COOH COOH H HO OH H COOH 2R,3R HO H COOH H OH COOH 2S,3S
最小的甲基连接在竖直键上， 朝后，其它三个基团顺时针排 列，因此是R构型；
(R)-2-氯- 2-溴丁烷
16
• 表示旋光特征时，左旋乳酸标记为(–)-乳酸 （如蔗糖发酵得到的乳酸），右旋乳酸标记为
(+)-乳酸（如从动物肌肉中提取的乳酸）；
• 此旋光特征标记与构型标记不是一回事，
没有任何可供比较的意义；
23
OH H COOH
(+)--苯乙胺-(+)酒石酸盐 在甲醇中溶解度较大
CHO H CH3 OH
HO
CH3 H CHO I H H3C
OH HO CHO II H
H H H CHO III
H
Cl
H3C
CH3
H H
H
CH3
OH OH
24 OH
OH
COOH H CH3 OH
HO H
COOH
HOOC
COOH
OH HO H
COOH H CH3
8
H CH3
OH
CH3
H3C
2，对映异构现象和对映异构体 • 手性分子与其镜象不能重叠，是两个不同的化合 物，这两个化合物是一对对映异构体； • 对映异构体之间构造相同，仅是分子中原子或原 子团在空间的伸展方向不同；
4 对映异构和非对映异构
本章要点 •旋光现象与分子结构的关系； •手性分子的投影表示和Fischer投影式； •手性化合物的种类与性质。
1
• 分子构型产生于碳原子及其它原子的原子轨 道空间分布，形成的分子随之产生相对于一 个参照的空间特征分布；
• 构造相同的有机物分子会有不同的构型或构 象；如果因这些不同而产生有机物性质不同， 即产生异构现象：构型异构及构象异构； • 构型异构包括几何异构和旋光异构。
10
3，手性碳原子与含一个手性碳原子的分子
• 只含有一个手性碳原子的分子是不对称分 子，此分子有手性； • 手性碳原子的 绝对构型与R/S 标记法：
– 将手性碳原子上的四个原子和原子团按取代基 次序规则排序； – 将最小的一个远离观察者，看其它的三个按大 小排列的旋转方向：顺时针排列者为R构型， 逆时针者为S构型；
– 若指向前方，其它三个基团顺时针方向排 列时为S 构型，反时针方向为R构型；
15
(2) CH CH2 (1) Cl C CH3 (4)
最小的甲基连接在水平键上， 朝前，其它三个基团顺时针排 列，因此是S构型；
CH2CH3 (3)
(S)-3-甲基-3-氯-1-戊烯
(4) CH3 (1) Br Cl (2) CH2CH3 (3)
• 手性物质：一个物质的实体与其镜象若不能重叠， 称其有手性； • 有手性的分子称为手性分子，手性分子组成的手 性化合物有旋光性； • 分子有手性是由于分子结构不对称（分子没有对 称面、对称中心等对称因素）； • 连有四个不同原子和原子团的碳原子是手性碳原 子；
5
6
7
COOH HO CH3 H
11
12
• 已知绝对构型的手性分子的Fischer投影式 – 以不对称碳原子为中心，将最长的碳链投影在 竖直方向，并使编号最小的碳原子写在上面；
– 投影时必须遵循将分子中竖直分布的价键指 向后方，水平分布的价键指向前方； – 按构型在水平方向写出另两个基团；
13
COOH H3C H OH HO
a C b C C
b a
20
•联苯类化合物： 联苯分子中两个苯环的2、6位上有不同 取代基时，两个苯环不能处于同一个平面上，分子不对称， 从而具有旋光性；尽管分子中也没有手性碳原子；
a a
b b
21
三、旋光异构体的性质
• 内消旋体没有旋光性； • 一对对映异构体的等量混合物也没有旋光性， 称为外消旋化； • 非对映异构体之间在物理性质和化学性质个方 面都有很大的差别，而对映异构体之间仅在手 性性质方面有差别: 如旋光性、生物酶活性等；
2
4.1 和 4.2
一、旋光现象
• 旋光性质：能使平面偏振光的偏振面发生旋转的 性质；
• 旋光性物质：具有旋光性质的物质； • 旋光度：旋光能力的度量； • 比旋光度：比旋光度是在一定测量条件下，单位 浓度的旋光性物质在单位光程下的旋光度， 用 [ ]t 表示。
cl3Biblioteka 1234
二、分子的手性与分子结构 1，手性与旋光性