旋光异构之我见
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光通过长为１ｄｍ，装有浓度为１.０ｇ/ｍｌ溶液的样品管时，
测得的旋光度为比旋光度，用
20 D
表示。
比旋光度
T D
与实测旋光度的关系为：
C = 溶液浓度(ｇ/ｍｌ)
[α]
T D
=
C ×L
L= 样品管长度(ｄｍ)
例如，在10mL水中，加入某旋光物质1g，在1dm长的旋光管内，
用钠灯做光源，温度为25℃时测得它的旋光度α为 -4.61o，则该物
E2
实物分子
镜象分子
H
H
O
O
H
H
镜面
a
a
bC Cc
Cb cC
d
d
镜面
镜面
CH3CH2 HC H Cl
CH2CH3 CH Cl H
一、对称性和手性
1. 对称因素: 对称面和对称中心。
H
H
C C Cl
H C H Cl
H
F
C Cl
对称面 H
Cl
F Cl Cl
CH3 C
H
对称面 H
C
CH3
Me Cl C
H3C
COOH S- 构型翻转
H OH
OH
CH3 R-乳酸
二个基团互换 交换一次（奇数次）
H
OH COOH S- 构型翻转
二个基团互换
CH3
交换二次（偶数次）
OH
H3C
COOH R- 构型保持
H
五、构型和旋光性的关系 含一个手性碳原子的化合物有两个对映异构体。 我们可用旋光仪测知一个是右旋的，另一个是左 旋的。通过化学方法可知DL构型。 通过X-射线衍射法，我们能准确知道手性碳原子 上四个基团在三维空间方向上的位置,即绝对构型。
有机化学——旋光异构
* 物质的旋光性
1、偏振光
偏 偏光 尼 尼 尼尼 尼 普 普光
α 旋光性物质
使偏振光的振动 平面发生偏转的 特性叫旋光性
右旋“ 右旋“+” 左旋“ 左旋“-”
旋光度与测定条件（如温度、波长、 旋光度与测定条件（如温度、波长、浓 与测定条件 盛液管长度等）有关。 度、盛液管长度等）有关。 表示。 物质旋光能力的大小用比旋光度表示。
COOH HO CH2 CH3 COOH H CH2 CH3 H
3、费歇尔投影式
常见的立体图： 常见的立体图：会画
H
H H H H
H H H
H H H
H3C
OH H3C
H
H H
透视式 p154
纽曼投影式
透视式和纽曼投影式画起来不方便， 透视式和纽曼投影式画起来不方便， 为便于书写，常采用Fischer投影式： Fischer投影式 为便于书写，常采用Fischer投影式：
同一化合物。 Ⅰ和Ⅱ互为对映体， Ⅲ和Ⅳ是同一化合物。 互为对映体， Ⅲ与Ⅰ或Ⅱ互为非对映体。 互为非对映体。
原子的化合物有两个旋光异构体； 含一个手性C原子的化合物有两个旋光异构体； 一个手性 原子的化合物有两个旋光异构体
原子的化合物有四个旋光异构体； 含两个手性C原子的化合物有四个旋光异构体； 两个手性 原子的化合物有四个旋光异构体 含n个手性 原子化合物最多有 n种旋光异构体； 个手性C原子化合物最多有 个手性 原子化合物最多有2 种旋光异构体； 它们可以组成2 外消旋体。 它们可以组成 n-1外消旋体。
COOH HO H
(R) –乳酸 乳酸
COOH H3C H
(S) –乳酸 乳酸
CH3
OH
高等有机化学课件第六章旋光异构
稳定性
03
某些旋光异构体可能比其他异构体更稳定，这会影响到它们的
保存和制备。
生物活性与药物作用
01
02
03
药物作用
许多具有生物活性的化合 物是旋光异构体，它们在 药物作用上可能存在差异 。
药效
不同旋光异构体的药效可 能不同，这会影响到药物 的疗效和安全性。
代谢与排泄
旋光异构体在体内的代谢 和排泄也可能存在差异， 这会影响到药物的体内过 程和药物动力学。
04
旋光异构体的合成与拆分
合成方法
生物合成法
利用微生物或酶催化反应 ，将底物转化为旋光异构 体。
化学合成法
通过一系列的化学反应， 将原料转化为旋光异构体 。
拆分法
利用物理或化学方法，将 外消旋体拆分为旋光异构 体。
拆分方法
结晶拆分法
通过结晶将外消旋体拆分为旋光异构体。
化学拆分法
利用化学反应将外消旋体拆分为旋光异构体。
旋光异构体的分类
左旋和右旋
根据物质使偏振光的振动平面旋转的方向，分为左旋和右旋 两种。
对映体和非对映体
根据分子结构是否对称，旋光异构体可分为对映体和非对映 体。
旋光度的测量
测量原理
通过测量旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度 ，来测定物质的旋光度。
测量方法
采用旋光仪进行测量，将待测物质制成溶液，置 于旋光仪的测量管中，记录旋转角度读数。
3
手性合成中的关键步骤是手性源的获取，而旋光 异构体可以作为手性源，为手性合成提供必要的 起始原料和中间体。
在手性拆分中的应用
手性拆分是指将外消旋混合物中的对映体分离 成单一的纯对映体，旋光异构体在此过程中发 挥关键作用。
有机化学旋光异构
l 为旋光仪使用的光源的波长(通常用钠光（ l =589.3nm），以D表示)。
比旋光度表示： 盛液管为1分米长，被测物浓度为1g/ml时的
旋光度。 比旋光度：旋光性物质的一个物理常数，可以定量地表示物质的 旋光能力。像其他物理常数一样，是旋光性物质的一种属性。
旋光仪：测定物质旋光度的仪器
光源
起偏镜 （尼科尔棱镜）
手性与分子的对称性 (1). 对称面
分子的手性（而不是手性碳）是其 具有旋光性和对映异构现象的充分 必要条件
：
假如有一个平面可以把分子分割成两部分，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。
具有对称面的分子与其镜像能够重合，因而无手性。
甲烷CH4有六个对称面，即通过四面体每条棱与中心碳 原子的平面。 三氯甲烷CHCl3有三个对称面，即通过四面体和氢原子 相连的每条棱与中心碳原子的平面。
CH3 H
=
HO
=
H3C H
OH
（4）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：
CHO HO H CH2OH 同一构型 CHO HO H CH2OH H CHO OH CH2OH 对映体 OH与 H对 一 调 次 H CHO CH2OH OH OH与 H对 一 调 次 CH 对 一 CHO与 2OH调 次
如果在两个棱镜之间放一个盛液管，里面装入两种不同的物质：
亮
α 丙 酸
暗 亮
乳酸
结论：
（1）旋光性物质——能使偏振光振动平面旋转了一 定的角度的性质，叫做旋光性；具有旋光性的物质， 叫做旋光性物质。 （2）非旋光性物质——不具有旋光性的物质，叫做 非旋光性物质。
旋光性物质使偏振光旋转的角度，称为旋光度， 以“”表示。
第六章 旋光异构
三、旋光异构体构型的表示方法：透视式和投影式
1、透视式表示法
透视式的表示方法是将手性碳原子放在纸平面上，以实楔 形线表示伸向纸平面上方的化学键，用虚线表示伸向纸平面下 方的化学键，用实线表示在纸平面上的化学键。则乳酸分子的 透视式为：
分子中互为实物与镜象关系的两部分，旋光度大小相等，方向 相反而互相抵消。我们称之为内消旋体（mesomer）。
外消旋体是混 合物，可以被折分, 内消旋体是单一物质，不能 被折分。
第四节 不含手性碳原子化合物的旋光异构
绝大多数手性分子都含有手性碳原子，但并非所有的手性
分子都含有手性碳原子，决定分子是否具有手性的原因是分子 的不对称性。某些含有不饱和键或单键的分子，由于其旋转受 阻，也会产生旋光异构，这种现象称为位阻异构现象。
答： 熔点32℃的醇为内消旋体，熔点19℃的醇为外消旋体；
CH3
CH3
OH
OH
CH3 OH H HO H OH CH3
H
H CH3
H HO CH3
H
COOH
固定COOH，依次交换HO、H、CH3
HO C H
CH3
构型相同
四、旋光异构体构型的标记法：D/L法和R/S法。
1、D/L标记法
以甘油醛为参照物，人为规定：Ⅰ式右旋为D-型， Ⅱ式左旋为L-型。
CHO H OH CH 2OH
CHO HO H CH 2OH
(Ⅱ) L-(-)
(Ⅰ) D-(+)
Br Br H H3C C C H CH3 H H3C Br C C H + Br CH3
旋光异构优质获奖课件
COOH H OH
CH3
翻转
翻转
COOH HO H
CH3
（三）旋光异构体构型旳标识 1.有机化合物构型旳表达措施
2. D/L标识法
1951年此前，没有直接测定分子真实构型旳措施，费歇尔 提议以甘油醛为原则构型物，并人为要求，以甘油醛费歇 尔投影式中羟基在碳链右边旳为D- 构型，反之为L-构型。
CHO
1COOH
-
HO 2 H
HO
H2
1 COOH
H 3 OH
HO 3 H
4COOH
4COOH
(2S,3S)
-
(2S,3R)
2C =3C: OH COOH CHOHCOOH
（非对映体）
两者旳构型完全相同为同一构型，完全相反为对映 体，有交叉这为非对映体。
又如：
H HO
H
CHO 与 HO
CHO
H3C OH H
二、含一种手性碳原子化合物旳旋光异构
（一）对映体与外消旋体 1. 对映体： 具有实物与镜像关系但不能完全重叠旳一对 旋光异构体，叫对映异构体，简称对映体。
COOH
COOH
H
CH3
OH
CH3 H
HO
乳酸的两种构型
对映体旳特点： （1）物性、化性一般都相同； （2）比旋光度大小相等，方向相反。
2. 外消旋体：
（四）拟定构型法 对于采用沿平面旋转法和互换基团法拟定构型均不
以便时，可采用拟定构型法。
1
COOH
HO
H2
与
HO 3 H
OH H 3 CH34
H 2 OH
4CH3 (2R,3S)
（对映体）
1 COOH (2S,3R)
有机化学课件06旋光异构
费歇尔投影式
的含义：交叉点表示手性C， （1）“十”的含义：交叉点表示手性 ，四个端点 ） 连四个不同的基团； 连四个不同的基团； （2）横线表示与 相连的两个键指向纸平面的前 ）横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前 竖线表示指向纸平面的后面： 面，竖线表示指向纸平面的后面：
“横”前“竖”后。
§3 含一个手性碳原子化合物的 旋光异构
1. 对映异构体：①构造式相同；②互为镜像且不重叠 对映异构体： 构造式相同； 值相等， ③α值相等，符号相反 值相等
S-(+)-乳酸 乳酸
R-(-)-乳酸 乳酸
2. 外消旋体：等量的对映体组成的混合物，无旋光性， 外消旋体：等量的对映体组成的混合物，无旋光性， 在手性条件下可拆分。 ± 表示。 在手性条件下可拆分。用(±) 或 (dl) 表示。 3. 构型的表示方法： 透视式 楔形式 ，费歇尔投影式。 构型的表示方法： 透视式(楔形式 费歇尔投影式。 楔形式)，
§2 旋光性与分子结构的关系
化合物的旋光性是由分子内部结构决定的， 化合物的旋光性是由分子内部结构决定的，分 子的对称性与否决定了分子的旋光性 。 乳酸是第一个被发现具有旋光性的物质。 乳酸是第一个被发现具有旋光性的物质。
1. 手性、手性碳原子和手性分子 手性、
实物与镜像不能重叠的现象，如同人的左手和右手。 实物与镜像不能重叠的现象，如同人的左手和右手。 手性分子： 不能和它的镜象完全重叠的分子。 手性分子 ： 不能和它的镜象完全重叠的分子 。 一 有手性的分子就有光学活性。 般，有手性的分子就有光学活性。 对映异构体： 两个立体异构体若满足互为镜像， 对映异构体 ： 两个立体异构体若满足互为镜像 ， 且不能重叠的关系， 且不能重叠的关系 ， 则两者都是手性分子且互为 对映异构体。 对映异构体。
大学有机化学第五章旋光异构-PPT精品文档
顺反异构 旋光异构
立体异构：构造相同,分子中原子或基团在空 间的排列方式不同。
几何异构 因共价键旋转受阻而产生的立体异构。
构象异构
因 单 键 “ 自 由 ” 旋转 而 产 生 的 立 体 异 构 。
H
CH3 H
CH3
CH3 H
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
旋光异构
因 分 子 中手 性 因 素 而 产 生 的立 体 异 构 。
测定温度 旋光度（旋光仪上的读数）
[α
]t
λ
=
比旋光度 波长 （钠光D)
α Lx C
溶液的浓度（g/ml） 盛液长度（分米dm）
例：从粥样硬化动脉中分离出来的胆甾醇0.5g溶解于 20ml氯仿，并放入1dm的测量管中，测得旋光度-0.76o。 求其比旋光度。(-30.4o)
分子的对称性、手性与旋光活性 (symmetry and chirality and optical activity )
实物与其镜象 不能重合的特
征称为手性，
有如左右手的 关系
手性分子： 与其镜象不 能完全重叠 的分子。
手性分子—与镜影不能重叠
镜子
手性分子的特征：（1）不能完全重叠， （2）呈物体与镜象关系（左右手关系）。
如何判断一个分子是否具有手性？
根据其有无对称面或对称中心来判断。
对称面：大多数有机化合物，尤其是链状化合物，一般只 需考察分子中是否有对称面，就可以推断该分子是否为手 性分子。
H C O O O H H 对 调 一 次 H O C O H O H 再 对 调 一 次 H OC H 3H旋 转 1 8 0 o
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旋光异构之我见旋光异构称光学异构，为两个或多个分子由于构型上的差异而表现出不同旋光性能的现象。
这些分子互为旋光异构体。
L.巴斯德对旋光异构进行了开创性的研究，为立体化学奠定了基础。
关于他的来源，西元1849年，化学家路易²巴斯德（Louis Pasteur）发现从在酿酒的容器中，取得的酒石酸盐可以使平面偏极光旋转，但是使用其他来源的酒石酸盐却无法测定出此性质！而此二者不同之处即是能否让平面偏极光旋转，原因就是此二者为光学异构物。
西元1874年凡荷夫和列贝尔（Joseph Le Bel）成功用连接到碳原子的四面体结构的理论解释此异构物种类的旋光性质。
旋光异构是指分子式、构造式相同，构型不同，物理性质和化学性质基本相同，性质上的差异主要表现在使平面偏振光偏转的性质不同（旋光性能）上的立体异构现象。
在偏振光通过某物质时，能使偏振光的振动平面发生旋转的性质称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性质。
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。
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、盛液管的长度、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。
能使平面偏振光振动平面发生偏转的性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）。
导致旋光异构现象的原因有两种：分子中含有一个或多个手性原子。
1:含有一个手性碳原子时，有两个旋光异构体，它们具有互为实物和镜像的关系，故也称对映体。
对映异构体具有相等的旋光能力，但旋转方向相反，其物理和化学性质极为相似。
2:含有两个相同属性碳原子的分子，有3个旋光异构体。
3：分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2^n，n为不同手性原子的个数。
含有两个相同手性碳原子的分子，有三个旋光异构体，如酒石酸：其中a和b为对映异构体;c的旋光能力由于分子内的两个结构相同但构型（见分子的构型）相反的手性原子的存在而互相抵消，称为内消旋体，它与a或b 在分子中既有构型相同的部分，又有构型相互对映的部分，这种关系称为非对映异构。
非对映异构体不仅旋光性不同，物理和化学性质也不尽相同。
环状化合物中含有手性原子时，也可出现上述旋光异构现象。
分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2n,n为不同手性原子的个数。
旋光异构体可用D-、L－法标记其构型，也可用R-、S－法标记其分子中每个原子的构型（见顺序规则）。
②某些分子虽然不含手性原子，但由于分子中的内旋转受阻碍，也可以引起旋光异构现象，例如取代的联苯类化合物、聚集多烯类化合物、柄型化合物和螺环化合物等：这些分子中除有些可能含有c2轴之外，其他不含有任何对称因素。
除碳原子外，其他原子如氮、硫、硅、磷、砷、硼、铍等处于适当分子结构中时，也可造成对映异构。
某些金属原子处于适当结构的配位化合物中时，也能出现对映异构，例如：旋光异构现象与人类有密切的关系，多数天然产物都具有旋光性，许多与生命有关的大分子与旋光异构有密切的关系。
许多细菌也只对药物中的某一个对映体有效应。
目前，有机化学家们正在寻求高效率拆分对映体的方法和通过不对称合成高产率地获得某一指定旋光异构体的方法。
其中a和b为对映异构体;c的旋光能力由于分子内的两个结构相同但构型（见分子的构型）相反的手性原子的存在而互相抵消，称为内消旋体，它与a或b 在分子中既有构型相同的部分，又有构型相互对映的部分，这种关系称为非对映异构。
非对映异构体不仅旋光性不同，物理和化学性质也不尽相同。
环状化合物中含有手性原子时，也可出现上述旋光异构现象。
分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2n,n为不同手性原子的个数。
旋光异构体可用D-、L－法标记其构型，也可用R-、S－法标记其分子中每个原子的构型（见顺序规则）。
②某些分子虽然不含手性原子，但由于分子中的内旋转受阻碍，也可以引起旋光异构现象，例如取代的联苯类化合物、聚集多烯类化合物、柄型化合物和螺环化合物等：这些分子中除有些可能含有c2轴之外，其他不含有任何对称因素。
除碳原子外，其他原子如氮、硫、硅、磷、砷、硼、铍等处于适当分子结构中时，也可造成对映异构。
某些金属原子处于适当结构的配位化合物中时，也能出现对映异构，例如：旋光异构现象与人类有密切的关系，多数天然产物都具有旋光性，许多与生命有关的大分子与旋光异构有密切的关系。
许多细菌也只对药物中的某一个对映体有效应。
目前，有机化学家们正在寻求高效率拆分对映体的方法和通过不对称合成高产率地获得某一指定旋光异构体的方法。
实验事实：结论：来源不同，旋光性不同。
旋光性不同，生理活性有很大差异。
如：左旋右旋氯霉素有杀菌作用作用很微弱维生素C 治疗坏血病疗效很微弱葡萄糖没有营养价值有营养价值非旋光（活性）物质（如：水、酒精）不能使偏光振动平面旋转的物质，无旋光性，称为非旋光（活性）物质或称无光学活性物质。
旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度，称为旋光度，以“α”表示。
旋光度与温度、待测液的浓度、光的波长、盛液管的长度、溶剂的种类有关，测出的旋光度没有可比性，便提出了比旋光度。
比旋光度：—比旋光度α—旋光度ρB—密度l—盛液管长度测定物质的旋光度时，所用溶剂也会影响物质的旋光度，因此，不用水作溶剂时，需注明溶剂的名称。
如：分子的手性与旋光异构左右手具有实物与镜像关系，但不能完全重叠。
像这种具有实物与镜像关系，但不能完全重叠的特性叫“手性”或“手征性”。
产生手性的原因：两只手的手指在空间的排列方式不同（如上图）。
产生手性分子的原因：手性分子中的原子或原子团在空间的排列]tαλ方式不同。
具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子。
一般地说，一个分子同时不具有对称面和对称中心的，该分子就有手性、有旋光性、有旋光异构体。
反之，一个分子若具有对称面或对称中心的，就不具有手性，也就没有旋光性、没有旋光异构体。
手性分子一定具有旋光性，具有旋光性的分子一定是手性分子。
与四个完全不同的原子或原子团相连的碳原子叫手性碳原子。
如：手性碳原子用星（）号标出。
*注：具有旋光性的物质一般都含有手性碳原子，但不尽然；具有手性碳原子的物质一般都具有旋光性，但也不尽然。
同时没有对称面、对称中心、交替对称轴,（而不是手性碳）是分子具有旋光性和旋光异构现象的充分必要条件。
要判断一个分子是否具有手性，最可靠的方法是将这个分子本身以及它的镜像都作成模型，再来比较实物和镜像是否能完全重合。
若不能完全重合，则该分子有手性，存在对映异构体。
物质分子是否有手性（即能否与其镜象完全重叠），可从分子中有无对称因素(symmetry of elements)来判断，最常见的分子对称因素有对称面和对称中心。
假设分子中有一平面能把分子切成相互对称的两半，该平面就是分子的对称面。
尽管手性碳和分子手性没有必然的关系，但它们有密切的联系。
在大多数情况下，手性分子中往往存在手性碳原子。
对映体与外消旋体.对映体：具有实物与镜像关系但不能完全重叠的一对旋光异构体，叫对映异构体，简称对映体。
对映体的特点：（1）物性、化性一般都相同；（2）比旋光度大小相等，方向相反。
外消旋体：等量的左旋体和右旋体（对映体）的混合物叫外消旋体。
通常用（±）表示外消旋体。
外消旋体的特点：（1）为一混合物；（2）比旋光度为零。
（3）与相应的左旋体和右旋体相比：①旋光性不同；②物性有差异；③化性基本相同结论：（1）含一个手性碳原子的化合物有两个旋光异构体（一个左旋体、一个右旋体），等量混合组成一个外消旋体。
（2）含一个手性碳原子的化合物一定具有旋光性。
旋光异构体构型的表示方法—费歇尔（E.Fischer）投影式书写方法：（1）用“+”字交叉点表示手性碳原子，四个价键与四个不同的原子或原子团相连。
（2）分子的主碳链直立，命名中编号小的碳原子处在上方。
（3）水平键指向纸面（或板面）的前方；垂直键指向纸面（或板面）的后方。
（4）费歇尔投影式只能在纸面上旋转180°的整数倍；（5）费歇尔投影式不能离开纸面翻转。
内消旋体与外消旋体的异同相同点：都无旋光性不同点：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。
从内消旋酒石酸可以看出，有手性碳原子的化合物，不一定是手性分子故能说是手性碳原子的分子一定有手性。
对映体和非对映体的生物学性质往往大不相同。
手性分子的立体结构与受体的立体结构(受体靶位)有互补关系时，其活性部位才能进入受体的靶位，产生应有的生理作用。
而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理效应。
如：(1R,2R)-(-)-氯霉素有效，而其对映体几乎无效，它们的抗菌活性为100:0.4。
由于旋光异构体的空间结构形式不同，导致了药理作用不同。
有的是其中一种不起作用或作用很小或有副作用，而另一种作用大且无副作用，那么就有必要把旋光异构体分开。
现在有不少药物已经采用了旋光异构体分离技术。
这门技术是具有很大的发展前景的，相信也会给人类带来更多的利益。