立体化学基础(stereochemistry)课程
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立体化学(Stereochemistry) 基础
立体异构 分子构造相同，只是立体结构
（既分子中原子或原子团在三维空间的 排列方式）不同所引起的一类异构） 立体化学（stereochemistry） 描述分子中原子或原子团在空间的排布 以及由于不同的空间排布对化合物理化 性质的影响。
碳链异构： 构造异构— 位置异构： Constitution 官能团异构： isomerism 互变异构： 同分异构— 顺反异构： 构型异构— 对映异构 立体异构— Enantiomerism Stereoisomerism 构象异构
C2H5 H H CH3
CH3 C2H5
R
S
B. Fischer 投影式：
CHO CHO H OH CH2OH H OH H HO CHO
R
CH2OH
CH2OH
(二)次序规则
决定有关原子或基团的排列次序的方 法称为次序规则 次序规则的主要内容如下： (1) 将与主链碳原子直接相连的两 个原子按其原子序数大小排列，大者 为“较优”基团。如果两个原子为同 位素，则质量大者定为“较优”基团。 I > Br > Cl > S > F > O > N > C > D > H
o
CH3 HOOC H CH2CH3
(在纸平面上)
R
S
COOH COOH HO H 再对调一次 HO H OH 对调一次 CH3
R
CH3
CH3
S
H 在纸平面上 COOH
R
旋转180o
COOH H OH CH3
R
试判断下列Fischer投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对 映关系的有哪几个？
H H3C CH3CH2 Cs COOH H 3C
立体化学基础PPT课件
无手性碳原子的分子为非手性分子。
HN
CO OC
NH
OC
NH HN
CO
可见分子中有无手性碳原子不是判断分
子是否具有手性的依据。
第24页/共90页
不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
NH2 H
分子中没有手性中心
H
端位上连接的基团 处于
垂直
平面
CH3
第25页/共90页
CH CH3
旋光方向
顺时针 右旋 用“＋”表示 逆时针 左旋 用“－”表示
旋光度“”是一个变量，它受温度、光源、浓度、管长等许多因素的影响， 为了便于比较，就要使其成为一个常量，故用比旋光度[]来表示。
第9页/共90页
（三）比旋光度[α]
在一定温度和波长（钠光）条件下，样品浓 度为1 g.mL-1 时，在 1 dm 长的盛液管中测得的旋 光度。是一物理常数。
有手性碳原子的分子为手性分子。
Et Me
H
H
Me H
Et H
H
H Et Me
＝
H Et
H Me
无手性碳原子的分子为非手性分子。
HN
CO OC
NH
OC
NH HN
CO
可见分子中有无手性碳原子不是判断分
子是否具有手性的依据。
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不含手性中心的手性分子
CH3
CH3
A
H C CCH
A
B
NH2
B
H
OH
H
OH
CH2OH
L - 乳酸
D - 乳酸
立体化学基础stereochemistry省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件
第4页
第5页
2.旋光仪
第6页
3.旋光性
①有些物质如石英晶体、 乳酸和蔗糖等能使偏振 光偏振面旋转, 这种性质 叫做“旋光性”或光学 活性。
第7页
②旋光度:
旋光性物质使偏振光振 动方向旋转角度, α, 左 旋(-), 右旋（+）。
第8页
第9页
③比旋光度
[ ]t
1C
第10页
（二）分子手性 和旋光性
第36页
2.丙二烯型
第37页
（六）对映体性质
1.物理性质 对映体除旋光方向和在
旋光性溶剂中溶解度外, 旋光度、熔点、沸点、 溶解度都完全相同。
第38页
非对映体则不一样。 外消旋体: 它物理性质和
纯对映体不一样，没有旋 光性、熔点、比重与折光 指数都不一样，但沸点与 纯对映体相同。
第39页
2.化学性质
第51页
3.正丁烷
（全、部分）交叉式, （全、部分）重合式
第52页
4.环己烷
椅式和船式 直立键和平伏键
第53页
e e
a
HH
第54页
三.同分异构体
1.结构异构: 碳链、官能团种类、 官能团位置、互变
第55页
2.立体异构
构型异构（顺反、对 映） 构象异构
第56页
第26页
R
COOH
OH H
C H3
第27页
4个基团按次序大小（次 序规则）排列, 若最小基 团在横键上, 另 3个基团 从大到小排列次序, 若顺 时针方向排列, 为S 构型, 反之, 则为R 。
第28页
R COOH
H
OH
CH3
第29页
（四）含两个手性 碳原子化合物
第5页
2.旋光仪
第6页
3.旋光性
①有些物质如石英晶体、 乳酸和蔗糖等能使偏振 光偏振面旋转, 这种性质 叫做“旋光性”或光学 活性。
第7页
②旋光度:
旋光性物质使偏振光振 动方向旋转角度, α, 左 旋(-), 右旋（+）。
第8页
第9页
③比旋光度
[ ]t
1C
第10页
（二）分子手性 和旋光性
第36页
2.丙二烯型
第37页
（六）对映体性质
1.物理性质 对映体除旋光方向和在
旋光性溶剂中溶解度外, 旋光度、熔点、沸点、 溶解度都完全相同。
第38页
非对映体则不一样。 外消旋体: 它物理性质和
纯对映体不一样，没有旋 光性、熔点、比重与折光 指数都不一样，但沸点与 纯对映体相同。
第39页
2.化学性质
第51页
3.正丁烷
（全、部分）交叉式, （全、部分）重合式
第52页
4.环己烷
椅式和船式 直立键和平伏键
第53页
e e
a
HH
第54页
三.同分异构体
1.结构异构: 碳链、官能团种类、 官能团位置、互变
第55页
2.立体异构
构型异构（顺反、对 映） 构象异构
第56页
第26页
R
COOH
OH H
C H3
第27页
4个基团按次序大小（次 序规则）排列, 若最小基 团在横键上, 另 3个基团 从大到小排列次序, 若顺 时针方向排列, 为S 构型, 反之, 则为R 。
第28页
R COOH
H
OH
CH3
第29页
（四）含两个手性 碳原子化合物
立体化学基础-药本课件
Cl 观察
C CH3
Cl CH2OH CH3 为逆时针方向
CH2OH
S－型
R／S标记法也可直接应用于Fischer投影式：
CO2H
H
OH 1#
3# CH3 R-(-)-乳酸
CH2Cl 2#
HOCH2
Cl
3# H 1#
S-2,3-二氯丙醇
CO2H
HO
H
CH3 S-(+)-乳酸
H
HOCH2
Cl
CH2Cl
D/L 和 R/S 两种标记方法，都不能通过其标记的构型来 判断旋光方向。因为旋光方向是化合物的固有性质。而对 化合物的构型标记只是人为的规定。
含有两个手性碳原子的化合物
(一) 含两个不同手性碳原子的化合物
2－羟基－3－氯丁二酸总共有四种旋光异构体：
COOH HO H Cl H
COOH
COOH H OH H Cl
D、L与 “+、-” 没有必然的联系
COOH H OH
CH2OH D£ ¸Ê ÓÍ Ëá
COOH H OH
CH3 D£ Èé Ëá
CHO H OH
CH2OH
D-(+)-甘油醛
COOH H2N H
CH3 L£ ± û ° ±Ëá
COOH H2N H
CH2OH L£ Ë¿ ° ±Ëá
-
CHO
HO H
(IV ) (I)与 (III)或(IV)、 (2S,3R()II)与(III)或
2R,3R (IV) 、 (III)与(I) 或(II) 、(IV)与(I) 或(II) 分别构成非 对映体；
对含有n个＊C的化合物：
光学异构体数目=2n
3 立体化学 Stereochemistry
第三章立体化学Stereochemistry[主要内容]：3.1物质的旋光性—平面偏振光、旋光仪、比旋光度。
3.2对映异构与分子结构—对称性、对称因素、手性。
3.3含手性碳原子化合物的对映异构。
3.4环状化合物的对映异构。
3.5不含手性碳原子化合物的对映异构。
3.6外消旋化与外消旋体的拆分[课时安排]：4h[教学手段]：多媒体，模型演示，分组讨论，部分板书[教学目标]：1、掌握有机物中碳的三种杂化轨道的特点。
2、掌握立体化学的基本概念，Fischer投影式及其规则以及各种投影式之间的相互转换。
3、掌握手性中心构型的绝对命名方法——R/S命名法。
4、能根据分子的对称因素判断分子的手性。
5、了解外消旋体的拆分方法。
[重点和难点]：☆建立空间立体概念。
1、碳的三种杂化轨道的特点。
2、构型的表示方法——Fischer投影式。
3、手性中心的R/S命名法及手性分子的正确判断。
4、含多个手性碳化合物中手性中心的构型命名方法。
[教学方式方法]：模型演示教学，分析，讨论，引导等方法。
习题3-1 判断下列各组化合物的关系：对映体、非对映体或同种化合物。
3-2 下列化合物是否具有手性，为什么？若是手性分子，写出其对映体。
3-3 判断下列说法是否正确。
1．具有C*的分子必定有旋光性。
2．旋光性分子必定有C*。
3．无对称面的分子一定是手性分子。
4．有旋光性的分子必定是手性分子，必定有对映异构体。
5．手性分子必定可观察到旋光性。
6．有n重旋转对称轴的分子一定是手性分子。
7．一对对映体，其物理、化学性质都相同。
3-4 举例说明下列概念：1．手性碳原子2．手性分子3．对称因素（平面、中心）4．对映体5．非对映体6．内消旋体7．外消旋体8．差向异构体9．比旋光度10．假手性碳原子。
3-5 分子式为C6H12O的含有C=C的醇，有光学活性，催化加氢后失去光学活性，试推测可能的结构。
Chapter 3 Stereochemistry
H H H H
H
Cl
Cl
H
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
H
H
Cl
cis-1,2-dichlorocyclopentane achiral Same compounds
trans-1,2-dichlorocyclopentane chiral Different compounds, Enantiomers (对映体)
H H Cl F F Cl H H
180°
mirror
F Cl H H H H Cl F
S2 = i
H3C H H H3C
H CH3
H CH3
CH3 H H
I 90°
H CH3
CH3 H
CH3 H
IV
CH3
S4 I = III
CH3 H H
H3C H H H3C
H CH3
II = IV
CH3 H
II
CH2CH3 H3C Br C H
CH2CH3 H3C H C H
OC
H
H
H
H
COOH
Cl
Cl
σ:
0
1
1
1
All molecules with a plane of symmetry are achiral． 具有对称面的分子没有手性
(2) symmetry axis (简单对称轴)：Ｃn
H C H H H
Examples:
How to determine whether an object is chiral or achiral?
物体与其镜象是否重合 重合 (superimposable)：非手性 (achiral) 不重合(nonsuperimposable) ：手性 (chiral) 2) Chirality and enantiomerism in organic molecules
H
Cl
Cl
H
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
H
H
Cl
cis-1,2-dichlorocyclopentane achiral Same compounds
trans-1,2-dichlorocyclopentane chiral Different compounds, Enantiomers (对映体)
H H Cl F F Cl H H
180°
mirror
F Cl H H H H Cl F
S2 = i
H3C H H H3C
H CH3
H CH3
CH3 H H
I 90°
H CH3
CH3 H
CH3 H
IV
CH3
S4 I = III
CH3 H H
H3C H H H3C
H CH3
II = IV
CH3 H
II
CH2CH3 H3C Br C H
CH2CH3 H3C H C H
OC
H
H
H
H
COOH
Cl
Cl
σ:
0
1
1
1
All molecules with a plane of symmetry are achiral． 具有对称面的分子没有手性
(2) symmetry axis (简单对称轴)：Ｃn
H C H H H
Examples:
How to determine whether an object is chiral or achiral?
物体与其镜象是否重合 重合 (superimposable)：非手性 (achiral) 不重合(nonsuperimposable) ：手性 (chiral) 2) Chirality and enantiomerism in organic molecules
立体化学教程
若被测物是纯液体 ρ : 液体的密度
因此经常要注明，如： [α]20D = +52.5°（水） 是葡萄糖的水溶液 [α]20D = - 93° （水） 是果糖的水溶液 其中：20是指20℃，D是指钠光灯。 使偏振光右旋（顺时针）的对映异构体称为右旋体 (dextrorotation form)，记为（+）。 使偏振光左旋（逆时针）的对映异构体称为左旋体 (levorotation form)，记为（-）。 将等量的两种对映异构体混在一起，则不具有旋光性， 称为外消旋体(racemic form)，记为（±）。
注意，旋光仪不能分辨α±n180◦的度数，如它不能区分 +28◦ ，+208◦ ，+388◦ 。此时，应做两个不同浓度或不同 盛液管长度的测定。
2、手性分子的其它性质
除了旋光性以外，手性分子还具有许多特殊性质，如： 1）在人体或生物体内，两种异构体的活性不同。 2）手性分子的各种异构体的溶解性不同，特别是在手性溶 剂中，两种对映异构体的溶解度不同，这样可以将外消旋体 拆分成两对映异构体。
旋光度除了与物质本身的性质有关以外，还与样品池的长度、 溶液的浓度、光源的波长、测量时的温度等有关。为了排除物 质属性以外的因素，常用比旋光度[α]来表示，其定义是浓度 为1g/ml的溶液在1dm长的盛液管中测得的旋光度。
[α]=
α l
.C
[α]=
α l.ρ
其中：C : 溶液的浓度(g/ml) l : 样品池的长度 [α]还与温度、溶剂、光的波长等因素有关。
一、手性和对映体
我们的左手和右手非常相似，互为镜像，但不能 重合，人们将这种性质叫手性。
（一）手性碳原子与手性分子 （二）手性和对称性 （三）手性分子的性质 （四）手性分子的表达
有机化学《立体化学》课件
Van’t Hoff 认为含有不对称碳的分子具有旋光性。
Stereocenter
优点：使用方便 缺点：很多例外
有些分子中存在不对称碳，但却无手性：
H
H
H
H3C Cl
CH3 Cl
H3C Cl
有些分子中没有不对称碳，但却有手性：
A A
Pc
a
b
5.1.3 Symmetric element
C2
C3
C3
H
4
H
H
H3 2H
H
1H
H
H H
H H
H
H H
H
C2
C3
8
C
对称面
：假如有一个平面可以将分子分割成两部分，而其中一部分正好 是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面。
H
HCH
H
σ
Four planes of symmetric in the molecule
Br H Br H
5.3.1 Molecule with two same asymmetric carbons
5.3.2 Optical activity and conformation 5.3.3 Molecule with two different
充分且必要
1874 Newzealand Van’t Hoff
The carbon atom linking four different groups or atoms is called an “asymmetric carbon”.
不对称碳原子：与四个互不相同 的一价基团相连接的碳原子。
加“ * ”表示
CO OH
Br Cl H
Stereocenter
优点：使用方便 缺点：很多例外
有些分子中存在不对称碳，但却无手性：
H
H
H
H3C Cl
CH3 Cl
H3C Cl
有些分子中没有不对称碳，但却有手性：
A A
Pc
a
b
5.1.3 Symmetric element
C2
C3
C3
H
4
H
H
H3 2H
H
1H
H
H H
H H
H
H H
H
C2
C3
8
C
对称面
：假如有一个平面可以将分子分割成两部分，而其中一部分正好 是另一部分的镜象，这个平面就是分子的对称面。
H
HCH
H
σ
Four planes of symmetric in the molecule
Br H Br H
5.3.1 Molecule with two same asymmetric carbons
5.3.2 Optical activity and conformation 5.3.3 Molecule with two different
充分且必要
1874 Newzealand Van’t Hoff
The carbon atom linking four different groups or atoms is called an “asymmetric carbon”.
不对称碳原子：与四个互不相同 的一价基团相连接的碳原子。
加“ * ”表示
CO OH
Br Cl H