第5章立体化学基础

CH3
CH3
H
OH
异丙醇
H
OH
H CH3
OH
2,32,3-丁二醇
CH3
H
CH3
H
CH3
CH3
H
1,11,1-二氯乙烷
H
顺-1,2-二甲基环丙烷 二甲基环丙烷
四、判断对映体的方法
1. 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。 如果两者能重合，说明分子无手性， 如果两者能重合，说明分子无手性，没有对映异构现 象；如果两者不能重合，则为手性分子，有对映异构 如果两者不能重合，则为手性分子， 现象，存在对映体。 现象，存在对映体。 2. 考察分子有无对称面。如果分子有对称面， 考察分子有无对称面 如果分子有对称面， 对称面。 则该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。 则该分子与其镜像就能重合，没有对映异构现象。 3. 大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳 大多数情况下，可根据分子中是否存在手性碳 原子(或手性中心 来判断分子是否有手性。 原子 或手性中心) 来判断分子是否有手性。 或手性中心
COOH COO H
CO OH H HO C CH 3
H OH CH 3 CH 3 OH H
COO H C H3 C H OH
-
二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系， 二者的关系：互为镜象（实物与镜象关系，或 者说左、右手关系）。二者无论如何也不能完全重 者说左、右手关系）。二者无论如何也不能完全重 ）。 叠。这种呈物体与镜像关系，彼此又不能重叠的性 这种呈物体与镜像关系， 呈物体与镜像关系 质称为手性。 质称为手性。
COOH COOH
H OH CH3 CH3 OH
H
对映异构体—— 对映异构体 互为镜像且不互 相重合
-
对映体的特点： 旋光度的大小相等， 对映体的特点 ： 旋光度的大小相等 ， 方向 相反（如乳酸[ 82° 相反 （ 如乳酸 [ α] 为 3 . 82 ° ） ， 物理性质和化 学性质在一般条件下都相同 (除了对旋光性试剂 生物活性不同， 氯霉素、 外 ) 。 生物活性不同 ， 如 （ － ） 氯霉素 、 （ － ） 多巴（治疗帕金森病） 多巴（治疗帕金森病）等。
三、对称面和非手性分子
对称面(planes of symmetry)是指能将分子 对称面 是指能将分子 结构剖成互为镜像的两半的面 结构剖成互为镜像的两半的面。如通过圆球心的 面；将长方形盒子分成各一半的面都是对称面。 将长方形盒子分成各一半的面都是对称面。
有对称面的分子 与它的镜像能重合， 与它的镜像能重合， 因此没有对映异构现 象，称为非手性分子 (achiral molecule)。 molecule)。 对称面 如下列化合物分子中都有1 个对称面， 如下列化合物分子中都有 1 个对称面 ， 它们都 为非手性分子，无旋光性。 为非手性分子，无旋光性。
一、手性 手性碳原子——与4个完全不同的原子或原 与 手性碳原子 子团相连的碳原子 在结构式中常用星号*表示。 碳原子。 子团相连的碳原子。在结构式中常用星号*表示。 如：乳酸(2-羟基丙酸) 乳酸(2-羟基丙酸) (2
CH 3
* CH OH
COOH
乳酸 手性碳原子上所连的4个完全不同的原子或原 手性碳原子上所连的4 子团在空间可产生不同的排列形式（ 立体结构） 子团在空间可产生不同的排列形式 （ 立体结构 ） 。
碳链异构 位置异构 构造异构
(分子中原 分子中原 子间的排列 顺序、 顺序、结合 方式) 方式
官能团异构 互变异构
同分异构
构象异构 立体异构
(构造相同，原子在 构造相同， 构造相同 空间排布方式不同) 空间排布方式不同
顺反异构 构型异构 对映异构
构造、 构造、构型和构象的关系
构造是分子中原子相互连接的顺序和方式。 构造 构造异构是指分子式相同，分子中原子相互连接的顺序和方式 构造异构 不同。 构型和构象是分子中各原子和基团在空间的相对位值，是分子 构型和构象 结构的一种外在表现，即分子的形象。 构型和构象异构统称为立体异构 立体异构。是分子的构型相同，而分子 构型和构象异构 立体异构 中各原子和基团在空间的相对位值不同。 一个分子由于单键的旋转而使分子呈现的立体形象称为构象 构象。 构象 一个分子，只要它有可自由旋转的单键，就有无数个不同的构 象存在。由于单键旋转需要的能量很低，构象异构体很难分离。 构型是指各原子在空间的排列次序。 构型 构型异构体包括顺反异构 光学异构 顺反异构和光学异构 构型异构体 顺反异构 光学异构。 单键旋转，使分子的构象改变了， 单键旋转，使分子的构象改变了，但是原子间的排列次序并没 有改变，所以构型没有改变。 有改变，所以构型没有改变。
当普通光通过一个由方解石制成的尼可尔（ 当普通光通过一个由方解石制成的尼可尔（Nicol） 尼可尔 ） 振动方向和 的光才能通过， 棱镜时 只有振动方向 棱镜晶轴平行的光才能通过 棱镜时，只有振动方向和棱镜晶轴平行的光才能通过， 所得到的光就只在一个平面上振动。这种只在某一平 所得到的光就只在一个平面上振动。这种只在某一平 面上振动的光叫做平面偏振光，简称偏振光。 面上振动的光叫做平面偏振光，简称偏振光。偏振光 的振动平面称为偏振面。 的振动平面称为偏振面。
CO2H
CO2H H C HO
Cl I C H Br
Cl Br C H I
C
H3C OH
H
CH3
二、费歇尔(Fischer)投影式 费歇尔 投影式
1
CO2H
CO H 2
HO H
C2
CH3
3
HO H
CH3
费歇尔(Fischer)投影式书写规则： 投影式书写规则： 费歇尔 投影式书写规则 （1）将碳链竖直，把氧化态较高的碳原子或命 将碳链竖直， 名时编号最小的碳原子放在最上端。 名时编号最小的碳原子放在最上端。 （2）横前竖后：与手性碳原子相连的两个横键 横前竖后： 伸向前方，两个竖键伸向后方。 伸向前方，两个竖键伸向后方。 （3）横线与竖线的交点代表手性碳原子。 横线与竖线的交点代表手性碳原子。
COOH H H
C
COOH OH
HO
COOH HO
C H
COOH H CH3
OH CH3
CH3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CH3
书写费歇尔投影式时要注意： 书写费歇尔投影式时要注意： 费歇尔投影式是用平面式来表示分子的立体 结构。 结构。与手性碳原子相连的两个横键是伸向纸前 方的，两个竖键是伸向纸后方的。因此， 方的，两个竖键是伸向纸后方的。因此，表示某 一个化合物的费歇尔投影式只能在纸平面上平移， 一个化合物的费歇尔投影式只能在纸平面上平移， 也能在纸平面上旋转180°或其整数倍。但不能在 也能在纸平面上旋转180°或其整数倍。 纸平面上旋转180 纸平面上旋转90°或其整数倍， 纸平面上旋转90°或其整数倍，也不能离开纸平 90 面翻转， 面翻转，否则得到的费歇尔投影式就代表其对映 体的构型。 体的构型。
晶轴
普通光
偏振光 尼可尔棱镜
（二）旋光性 旋光性——能使偏振光的偏振平面发生旋转的 能使偏振光的偏振平面发生旋转的 旋光性 性质。 性质。
偏振光
旋光性物质 旋光性物质
旋转后的偏振光
如：乳酸、葡萄糖等 乳酸、 如：水、乙醇等
物质 非旋光性物质
二、旋光度与比旋光度
旋光度——偏振光的振动面被旋光性化合物所 偏振光的振动面被旋光性化合物所 旋光度 旋转的角度。 旋转的角度。用α表示。 表示。
立体化学基础： 第五章 立体化学基础：手性分子 (Basic of sterochemistry:Chiral Molecule)
学习要求： 学习要求： 掌握对映异构的基本概念及其命名方法、 掌握对映异构的基本概念及其命名方法、能 判断一个化合物是否有手性。 判断一个化合物是否有手性。 立体化学是研究化合物分子在三维空间的 立体化学是研究化合物分子在三维空间的 立体形象与其物理性质， 立体形象与其物理性质，反应性能以及生理活 性之间的关系的科学。 性之间的关系的科学。
对映异构现象——由于分子具有手性 ， 而引 由于分子具有手性， 对映异构现象 由于分子具有手性 起旋光性不同的现象， 简称对映异构， 起旋光性不同的现象 ， 简称对映异构 ， 又称旋光 异构现象。属于立体异构。 异构现象。属于立体异构。
第一节 手性分子和对映体 (Chiral Molecule and enantiomers)
CHO H OH HO H CH2OH HO H H CH2OH OH CHO OHC CH2OH H HO H OH CHO HO H HO H CH2OH
第三节 旋光性
一、偏振光和旋光性
（一）偏振光 光是一种电磁波，光振动的方向 光是一种电磁波，
普通光的横截面
与它前进的方向垂直。普通光由不同波长的光组成， 与它前进的方向垂直。普通光由不同波长的光组成， 这些不同波长的光在无数个垂直于其传播路线的平 面内振动。 面内振动。
顺时 针 其旋 光方向 逆时 针 左 旋，以 “ l ” 或 “ ” 表 示。 右 旋，以 “ d ” 或 “ + ” 表 示。
旋光性物质的旋光度，除与化合物的结构有关外， 旋光性物质的旋光度，除与化合物的结构有关外， 还与测定时的条件有关。测定条件有： 还与测定时的条件有关。测定条件有：被测化合物 或密度g.cm-3；测定管的长度 测定管的长度 长度l(dm)； 的浓度C(g.ml-1)或密度 浓度 或密度 ； 光源D(589nm)；测定时的温度 ℃)有关。 ；测定时的温度t(℃ 有关 有关。 光源 温度
Fischer式的平移或纸平面内旋转180°, 其构型不变。 式的平移或纸平面内旋转 式的平移 ° 其构型不变。
CHO HO H CH2OH
CH2OH H OH CHO