第五章旋光异构教材

第五章 旋光异构（4学时）

[目的要求]：

1.了解平面偏振光的产生及旋光仪的构造； ２.掌握对映异构与分子结构的关系；

３.掌握对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体、手性、对称因素等立体化学中的基本概念；

４.掌握构型的表示及标定；

５.了解环状化合物及不含手性碳原子化合物的对映异构；

６.了解外消旋体的柝分原理及方法。

有机化学这门科学是以分子结构和性质之间的关系为基础的，在这门科学中以三维 空间来研究结构的部分叫立体化学。

§5－１物质的旋光性

一、 平面偏振光和旋光性

在普通光线里，光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平 面上振动。普通光线的振动平面，双箭头表示光可能振动的方向。 只有和Nicol 棱晶的晶轴平行振动的射线才能全部通过。

只在一个平面上振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。 能使平面偏振光振动平面旋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或光活性物质。

能使平面偏振光振动平面向右旋转称为右旋体用（+）表示； 能使平面偏振光振动平面向左旋转称为左旋体用（-）表示。

旋光物质使平面偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度，通常用α表示。

二、 旋光仪和比旋光度

1． 旋光仪 是测定物质旋光度的仪器。见书P75，图5-3。 2． 比旋光度

为了能比较物质的旋光性能，通常规定：1ml 含1g 旋光物质的溶液，放在10cm 长的

构造异构(凡分子中原子互相连接次序不同而产生的异构现象)

位置异构碳干异构

官能团异构CH 3CH=CHCH 2CH 3

CH 2=CHCH 2CH 2CH 3CH 3

CH 2CH 2CH 3

CH 3CHCH 3

CH 3CH 3CH 2OCH 3CH 3CHCH

3

OH 互变异构

CH 3CCH 2COOEt

CH 3C=CHCOOEt

O

OH

立体异构

(分子中原子互相连接次序相同,但在空间排列的方式不同而产生的异构现象)

顺反异构

对映异构

构型异构

构象异构

盛液管中测得的旋光度为该物质的比旋光度，常用

为测时温度，λ为测定时光的波长一般采用钠光（波长为589 nm ，用D 表示）。

比旋光度是旋光物质特有的物理常数。可按下式计算：

§5－２对映异构和分子结构的关系 一、 对映异构现象的发现

1．1808年，E ．Malus 首次发现偏光 2．1815年，J ．B ．Biet 发现有些石英结晶将偏光向右旋，有些将偏光向左旋。 3．1848年，Louis Pasteur 首次成功地把一个外消旋体分成右旋及左旋体。并首次提出光活性是由于分子的不对称结构所引起的。

4．1874年，Vant Hof 和Le.Bel 提出，如果一个C 原子连有四个不同基团，这四个基团在C 原子周围可以有两种不同的排列形式，有两种不同的四面体空间构型，它们互为镜象，和左右手之间的关系一样，外形相似，但不能重合。两只手的关系称作实物与镜象的对映关系。

① 分子模型 对映异构体在键不断裂的情况下，任意翻转两个模型，都不重合。

② 不对称C 原子，用*表示，连四个不同基团的中心C 原子称不对称C 原子，又称手性C

原子。用C *

表示。

二、 手性和对称因素

1．手性 是物质具有旋光性和对映异构现象的必要条件。

手性：物质的分子和它的镜象不能重合，这和我们的左右手虽然很相象，但不能重叠一样，把物质的这种特征称为手性或手征性。

具有手性的分子叫手性分子，手性分子必定旋光，旋光的分子必定是手性的。 2．对称因素

· 手性分子在结构上有哪些特点？ ·· 手性物质是否一定含有手性C 原子？

···含有手性C 原子的是否一定有旋光性？

αt

λα

t λ

=

α

l(dm)c(g/ml)

*H 3C C OH

COOH

H

*CHOH COOH

CHOH *COOH *C=C=C

H 3C H

3

H

C COOH

COOH

① 对称面（σ）

结论：具有对称面的化合物是非手性分子，它没有对映异构体和旋光性。 例： CH 3CHCl 2 （结合模型分析对称面）

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象，这个平面就是分子的对称面（用σ表示）。 ② 对称中心（i ）

结论：具有对称中心的化合物，是非手性的，它没有对映异构体和旋光性。 若分子中有一点p ，通过p 点画任何直线，如在离p 点等距离的直线两端有相同的原子，则p 点称为分子的对称中心。（用i 表示）

§5－３含有手性碳原子化合物的对映异构 一、 含有一个手性C 原子化合物的对映异构

二、 构型的表示方法—E.Fischer 投影式

1. 投影原则：① 横竖的交点为手性C 原子。 ② “横前竖后”。

③ 主碳链竖的排列，氧化态最高的C 原子放在碳链的顶端。

2．使用E.Fischer 投影式注意问题

① 投影式在纸面上平移或转动180°，其构型不变。（幻灯片116号） ② 投影式不能在纸面上旋转90°、270°。（幻灯片117、118号） ③ 投影式不能离开纸面翻转180°。（模型）

④ 若将手性C 原子上所连任何两个原子或基团相交换，将会使构型变为它的对映体。即互换位置奇数次，得到的是对映体，互换位置偶数次，是到的是自身。（模型）

三、 对映体

1． 定义：两种立体异构体在空间有两种不同的排列方式互呈物体和镜象的对映关系，互称对映异构体，简称为对映体。 2． 性质

① 理化性质一般都相同。

② 只是对偏振光表现现不同的旋光性能，旋转角度相等，方向相反。

C=C

Cl H

Cl

H

3

C COOH HO

H 3COOH OH