手性和对映异构体
02-8.1 手性与对映异构
手性与对映异构（Chirality and Enantiomerism）主讲人罗钒华中科技大学化学与化工学院主讲内容•手性与对映异构的定义•对称元素和手性的关系•对映异构体的类型手性与对映异构左手右手* 手征性(chirality):物体与其镜象不能叠合现象；* 手性分子: 象手一样与其镜象不能叠合的分子。
* 手性分子与其镜象互为一对对映异构体。
* 旋光性：使平面偏振光发生旋转的性质。
甲烷衍生物与其镜像对映异构与碳四面体结构无法重叠(-)-乳酸(+)-乳酸无法重叠手性和分子的旋光性普通光：光波在所有平面振动的光，亦称混合光。
偏振光：光波只在一个平面振动的光，而偏振光振动的平面为偏振面。
普通光偏振光使偏振光的偏振面左偏，叫左旋，用（-）标记；使偏振光的偏振面右偏，叫右旋，用（+）标记。
手性乳酸使偏振面偏转起偏镜检偏镜比旋光度[]lc t D⋅=αα 化合物的旋光度[α]与测定的条件有关；但化合物的比旋光度在特定的入射光波长、温度和溶剂下通常为一常数。
* α为测定的旋光度；L 为管长，以分米（dm ）为单位；* C 为浓度，以克／毫升(g/mL)为单位；如果为纯的液体则浓度改换 成比重（克／厘米3）* D 表示钠光灯的入射光波长为588 nm; t 表示温度对称元素和手性*如何来判断一个有机分子是否具有手性呢？1)画出一对实物与镜象的模型，然后看它们能否完全叠合；2)判断分子的对称元素。
一个分子有无对称性就要看它是否有对称轴、对称中心、对称面等对称元素。
*分子是否有手性 ,与分子的对称性有关。
1) 简单对称轴(C n )：如果分子中有一条直线，当分子以它为轴旋转 2π/n 或其倍数，得到的构型与原分子相叠合，则这一直线被称为分子的n 阶对称轴。
对称元素---简单对称轴对称元素---对称面2）对称面（m）：假如有一平面M，能把分子切成两部分；其中，一部分正好是另一部分的镜象，则该平面被称为分子的对称面。
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
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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
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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
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
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
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。
手性对映异构体
但物理性质有差异。如左、右旋体的乳酸熔点为530C，而
外消旋体的熔点是180C。
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第五章 旋光异构
四、构型的表示方法——R、S命名规则（重点）
A
A>B>C>D
A
A
A
B
D C
B
D C
D C
D B
C
B
counterclock wise ---- S
clock wise ---- R
按照次序规则确定手性碳原子所连四个基团的优先次序，
第五章 旋光异构
外消旋体就是将对映体等量混合所组成的混合物。外消 旋体没有旋光活性，一般用（±）表示。它可以拆分为右旋 和左旋两个旋光活性的异构体。（重点）
CH3
Cl HO
C2H5 C2H5
COOH
CH3
COOH
H
OH HO H
Cl OH
CH3
CH3
等量混合—外消旋体
外消旋体和相应的左旋体或右旋体的化学性质基本相同，
平面偏振光 偏振片
光源 普通光
乳酸等旋光物质 （具有旋光活性）
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3、比旋光度
第五章 旋光异构
旋光性物质的旋光度α的大小与溶液的浓度、样品管 的长度、光的波长、温度以及溶剂等都有关系，并非物 质的特性常数。比旋光度是物质的特性常数，即规定 1cm3溶液中含有1g旋光性物质的溶液，放在1dm（10cm） 长的样品管中测得的旋光度称为该物质的比旋光度。
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第五章 旋光异构
【带着问题去学习】（如何学？） 1、偏振光、旋光性、比旋光度、手性、对映异构 体、非对映异构体、外消旋体、内消旋体的含义是 什么？ 2、如何用对称面判断物质分子是否有旋光性？ 3、楔形式、费歇尔投影式、锯架式和纽曼投影式 之间如何转换？ 4、如何用R/S标定对映异构体？
手性的概念
手性的概念手性是化学中的一个重要概念，指的是分子或者物质的非对称性。
一个手性的分子是指它的立体构型与它的镜像分子不重合，即无法通过旋转或平移使得它们完全重合。
手性是由于分子或物质的结构中存在一个或多个手性中心而产生的，在手性中心处，一个原子与周围的原子连接呈现空间中的非对称性。
在化学中，分子的手性对于化学性质和生物活性具有重要影响。
手性分子的两种立体异构体被称为对映异构体，它们具有相同的化学组成和键连接，但是在化学和生物学上的行为却可能截然不同。
对映异构体之间的这种行为差异称为手性诱导。
手性诱导的一个经典例子是草酸和想象中的人手。
草酸的分子是手性的，存在两种对映异构体，它们的立体构型如同我们的双手一样，无法通过平移或旋转使其完全重合。
这两种对映异构体在光学活性上呈现出明显的差异，因为它们的分子结构不同，所以对于旋光性的天然光有不同的反应。
这种通过旋光性的差异可以用手性分子与光的相互作用来解释。
笼统地讲，对于手性分子，如果通过一束偏振光照射，对映异构体会体现出不同方向的光旋转。
这种现象被称为旋光性。
当振动在一束偏振光通过手性物质时，不同方向的旋光性会抵消，使得其旋转平均为零。
然而，在对映异构体的存在下，这种抵消不会完全发生，因此，会观察到旋光性。
而对映异构体的旋光方向是相反的，一个为正旋光，一个为负旋光，它们的数值大小也可能不同。
手性分子除了对光的旋转有特殊反应外，还与生物活性息息相关。
许多天然产物和药物分子都是手性的，即它们只能存在一种对映异构体。
而在生物体内，对于这些手性化合物的识别和反应往往是非常选择性的，只有特定的对映异构体才能与生物体发生特定的相互作用，产生生物学效应。
举例来说，天然产物葡萄糖就是一个手性分子，只有D-葡萄糖可以被人体消化吸收利用，而其对映异构体L-葡萄糖则无法被人体有效利用。
此外，手性还在合成有机化合物和设计药物分子时具有重要意义。
对于合成手性化合物，由于它们的对映异构体的存在，合成师必须寻找适当的方法来选择性地得到所需的手性异构体。
有机化学中的手性概念与立体异构体
有机化学中的手性概念与立体异构体有机化学是研究有机物结构、合成和性质的科学领域。
在有机化学中，手性（chirality）是一个重要的概念，涉及到分子的空间结构和立体异构体的存在。
本文将介绍手性的定义，手性的表现形式以及立体异构体的种类与分类。
一、手性的定义手性是指物体不与其镜像完全重合的性质。
也就是说，一个手性分子的镜像结构与原分子并不相同。
这种不对称性在有机化学中非常常见，并且对于分子的性质和功能有着重要的影响。
二、手性的表现形式手性可以通过不同的方式表现出来，其中最常见的是手性中心、手性轴和手性面。
1. 手性中心手性中心是指分子中一个碳原子上的四个取代基围绕着该碳原子排列成一个四面体的结构。
当这四个取代基中的任意两个取代基不能通过旋转互相重合时，就存在手性中心。
2. 手性轴手性轴是指分子中存在着旋转对称性，但在沿着该旋转轴方向的一侧存在着不同的官能团取代的情况。
这种情况下，分子仍然是手性的。
3. 手性面手性面是指分子中的一个平面，该平面上的取代基不能通过翻转互相重合。
例如，苯环上的取代基就可以形成手性面。
三、立体异构体的种类与分类立体异构体是指在空间结构上相互非重合、形状不同的同分异构体。
根据手性的不同表现形式，立体异构体可以分为两类：对映异构体和旋光异构体。
1. 对映异构体对映异构体是指存在手性中心的分子，其镜像结构与原结构不完全重合。
两个对映异构体是非重叠的、无法相互转化的，它们构成了一对对映异构体。
2. 旋光异构体旋光异构体是指分子对极性光的旋光性质呈现不同的现象。
旋光异构体包括旋光异构体和旋光体系。
旋光异构体在化学反应中的行为和性质常常有所不同。
根据旋光性质的不同，旋光异构体可以分为两类：左旋异构体和右旋异构体。
这两种异构体的旋光度（旋光光度的绝对值）和旋光方向都是不同的。
四、手性在生物体中的重要性手性在生物体中具有重要的作用和意义。
一方面，生物体内的许多分子都是手性的，比如葡萄糖、氨基酸等。
有机化学基础知识点手性分子的对映异构体
有机化学基础知识点手性分子的对映异构体有机化学基础知识点：手性分子的对映异构体在有机化学中，手性分子是一个重要的概念。
手性分子指的是具有非对称碳原子（手性中心）的有机分子，这些分子存在两个镜像对称的结构，称为对映异构体。
本文将介绍手性分子的定义、性质以及对映异构体的特点和应用。
一、手性分子的定义和性质手性分子是指分子中有一个或多个碳原子与四种不同基团连接，并且这个碳原子的四个基团不重合或对称。
这样的碳原子称为手性中心。
手性分子与其对映异构体的四个基团的排列方式不同，因此两种对映异构体的物理和化学性质也会有所不同。
手性分子常见的性质包括：1. 不具有对称性。
手性分子的分子结构无法通过旋转平面、旋转轴或反射面与其对映异构体重合，也即是它们不能重合。
2. 具有旋光性。
手性分子对具有旋光性的平面偏振光有特殊的旋转效应，分为左旋和右旋两种。
左旋的手性分子使得经过它的光向左旋转，右旋的手性分子使得光向右旋转。
3. 易生成光学异构体。
手性分子与对映异构体之间的转化通常需要破坏并重建手性中心，因此手性分子在存在外界条件（例如催化剂、温度等）的情况下易生成对映异构体。
二、对映异构体的特点对映异构体指的是手性分子的两种镜像结构，它们的化学式相同但空间结构不同。
对映异构体具有以下特点：1. 相互非重叠并不可重合。
对映异构体不能通过旋转、平移或反射相互转化，它们之间的非重叠性和不可重合性使得它们在空间中是镜像对称的。
2. 具有相同的物理和化学性质。
对映异构体之间的物理性质（如沸点、熔点等）和化学性质（如反应活性、亲核性等）基本相同，只有在与其他手性分子或手性诱导剂相互作用时才会有差异。
三、对映异构体的应用对映异构体在许多化学和生物学领域中有重要的应用价值：1. 药物合成和设计。
因为手性分子与对映异构体的性质差异，对映异构体可能表现出不同的生物活性。
合理利用对映异构体可以改善药物的选择性、活性和副作用，提高药效。
2. 光学材料和液晶显示器。
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4、对映体（enantiomers）
含一个C*的手性分子有两种不同的构型，如 前例α-丁醇，这两种构型互为镜象，叫对映异构 体。它们均具旋光性，且旋光度相等，但方向相
反，一个左旋，一个右旋。
(CH3)2CHCH
* CHCOOH
CH3
解热镇痛药布洛芬
丙氧芬
5、外消旋体（Racemic Form）
等量的左旋体和右旋体的混合物叫外 消旋体，用（±）或dl表示。
dl与d和l之间除旋光性不同外，其它 物理性质也有差异。
如（+）-乳酸mp.53°， （±）-乳酸mp.18°
A
A'
普通光源
偏振光 Nicol棱镜
能使平面偏振光发生向左或向右 旋转的性质叫物质的旋光性，具有旋 光性的物质叫旋光性物质或光学活性 物质。
2）旋光仪（The Polarimeter）
• 顺时针旋转→右旋体（+）（d）dextrorotatory • 反时针旋转→左旋体（-）（l）levorotatory
3）比旋光度（Specific Rotation）
旋光度的大小决定于：
①该物质结构 ②溶剂 ③浓度 ④盛液管长度 ⑤T ⑥入
比旋光度[α] ：盛液管的长度为1dm，溶液浓度为 1g/ml，在这一特定条件下测得的旋光度。 例如：［α］D20＝＋52.5°（水）—葡萄糖水溶液
［α］Dt＝α／l×c 或 ［α］Dt＝α／l×ρ
对称平面的分子是非手性分子。
例如：2-氯丙烷
2）对称中心（Center of symmetry） ： 假想的一点，该点两端基团相同。
例如：1,3-二氟-2,4-二氯环丁烷
Cl
F
H
H
H
H
F
Cl
凡具有对称中心的分子也是非手性分子， 无旋光性。
凡具有对称面或对称中心的分子都是非手性分 子，而既没有对称面，也没有对称中心的分子都是 手性分子。一般可通过对称平面或对称中心来判断 分子有无手性。
第六章 立 体 化 学 （Stereochemistry）
1. 手性
像左、右手那样具 有互为实物和镜象关 系又彼此不能完全重 叠的特性叫手性。例 如：2－丁醇
HO
H
C2H5
H
OH
C2H5
ห้องสมุดไป่ตู้
凡含有一个C*的有机分子都具手性，是手 性分子，手性分子绝大部分具有旋光性。
2、分子的对称因素
1）对称平面： 假想平面，把分子分成两部分。凡具
凡是手性分子且有互为镜象的两种构型异 构体叫做对映异构体，分子的手性是对映体存在 的充分必要条件。
3 旋光性和比旋光度
(Optical activity and Specific Rotation)
1） 旋光性
通常光线可在垂直于它的传播方向 的各个不同平面上振动，只在一个平面 上振动的光叫平面偏振光。