第九章对映异构 (6 学时）

第九章对映异构(6学时） 9.1 物质的旋光性 9.2 手性和对称性 9.3 含一个手性碳原子的开链化合物的对映异构 9.4 含两个手性碳原子的开链化合物的对映异构 9.5 异构体的分类 jzddmjx@163.com

教学要求 • 掌握偏振光、旋光度、比旋光度、手性、对映异构、外消旋体、内消旋体、非对映异构体等概念。 • 掌握用对称元素来判断分子是否有手性的方法。 • 进一步熟悉多种表示构型的方法。 • 掌握含有一个和两个手性碳的开链化合物的对映异构。 • 掌握用R、S标记法标记对映异构体的构型。 • 了解异构体的分类。 jzddmjx@163.com

9.1.1偏振光 9.1物质的旋光性光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直。 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.1偏振光在光前进的方向上放一个（Nicol）棱晶或人造偏振片，只允许与棱晶晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱晶，而在其它平面上振动的光线则被挡住。这种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。 jzddmjx@163.com

C′ C D′ B D B′ 9.1.1偏振光 9.1物质的旋光性纵切面横截面尼克尔棱晶对于光的作用，可用一本书和一把刀作一个粗浅的比喻：一本合上的书，只有刀口和书页平行时，才能够插进书内。 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.2旋光物质和不旋光物质能使平面偏振光振动平面转动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）。 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.2旋光物质和不旋光物质 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.2旋光物质和不旋光物质 ◆能使偏振光振动平面向右转动的物质称右旋体，用(+) 表示；如天然葡萄糖是右旋葡萄糖。 ◆能使偏振光振动平面向左转动的物质称左旋体，用(-) 表示。如天然果糖是左旋果糖。 ◆而甲醇、乙醇、甲酸、乙酸等是不旋光物质，也称非光活性物质。 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.3旋光度和比旋光度 (1)旋光度使偏振光振动平面转动的角度称为旋光度，用α表示。 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.3旋光度和比旋光度 (2)旋光仪测定化合物的旋光度是用旋光仪，旋光仪主要部分是有两个尼可尔棱晶（起偏棱晶和检偏棱晶），一个盛液管、一个刻度盘和目镜组装而成。 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.3旋光度和比旋光度 (2)旋光仪若盛液管中为旋光性物质，当偏光透过该物质时会使偏光向左或右转动一定的角度，如要使转动一定的角度后的偏光能透过检偏镜光栅，则必须将检偏镜转动一定的角度，目镜处视野才明亮，测其转动的角度即为该物质的旋光度α。如下图所示： jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.3旋光度和比旋光度 (2)旋光仪 jzddmjx@163.com

9.1物质的旋光性 9.1.3旋光度和比旋光度 (3)比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。比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下。 jzddmjx@163.com

t [α]λ ＝测定温度如20℃ 旋光度(旋光仪上的读数) α ρB × L 盛液管长度(dm) 比旋光度溶液质量浓度(g.ml-1) 波长 (钠光D)λ=589.3nm 9.1 物质的旋光性 9.1.3旋光度和比旋光度 (3)比旋光度 jzddmjx@163.com

t [α]λ ＝ α ρB × L 2 0 [ α ] D 9.1 物质的旋光性 9.1.3旋光度和比旋光度 d (3)比旋光度当物质溶液的浓度为1g/ml，盛液管的长度为1分米时，所测物质的旋光度即为比旋光度。若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把公式中的ρB换成液体的密度d即可。最常用的光源是钠光（D），λ=589.3nm,所测得的旋光度记为所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。因此在不用水为溶剂时，需注明溶剂的名称，例如，右旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋光度为：= +3.79 (乙醇，5%)。(2,3-二羟基丁二酸) jzddmjx@163.com

9.2 手性和对称性 9.2.1 手性的概念如果把左手放在一面镜子前,可以观察到镜子里的镜像与右手完全一样。所以,左手和右手具有互为实物与镜像的关系,两者不能重合。因此,把这种物体与其镜像不能重合的性质称为手性。 jzddmjx@163.com

镜子 COOH COOH 透视式 C C H H H3C CH3 OH OH OH COOH CH3 顺时针排列逆时针排列 9.2手性和对称性 9.2.2分子的手性和旋光性 (1) 分子的手性（以乳酸CH3C*HOHCOOH为例来讨论）乳酸有两种不同构型（空间排列）气芽胞杆菌发酵蔗糖肌肉无氧代谢时 jzddmjx@163.com

这两个分子在空间不能重叠，并不是同一种化合物，这两个构型不同的化合物之间的差别在于对平面偏振光的不同影响,它们是旋光异构体的关系。这两个分子在空间不能重叠，并不是同一种化合物，这两个构型不同的化合物之间的差别在于对平面偏振光的不同影响,它们是旋光异构体的关系。 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.2分子的手性和旋光性 (1) 分子的手性特征： 1）不能完全重叠 2）呈物体与镜象关系（左右手关系） jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.2分子的手性和旋光性 (1) 分子的手性 ◆具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子叫做手性分子。 ◆连有四个各不相同原子或基团的碳原子称为手性碳原子（或手性中心）用C*表示。 ◆凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具有手性，是手性分子。分子有手性的化合物有旋光性。 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.3对映体和外消旋体 (1)对映体——互为物体与镜象关系的立体异构体 ◆含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子，它有两种不同的构型，是互为物体与镜象关系的立体异构体，称为对映异构体（简称为对映体）。 ◆对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的，一个是右旋的。 ◆所以对映异构体又称为旋光异构体。 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.3对映体和外消旋体 (1)对映体——互为物体与镜象关系的立体异构体对映体之间的异同点 1）物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的数值相等，仅旋光方向相反。 2）在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.3对映体和外消旋体 (2)外消旋体等量的左旋体和右旋体的混合物称为外消旋体，一般用（±）来表示。外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：旋光性物理性质化学性质生理作用外消旋体不旋光mp 18℃基本相同各自发挥其左右对映体旋光mp 53℃基本相同旋体的生理功能 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.4对称性-对称面和对称中心物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从分子中有无对称因素来判断，最常见的分子对称因素有对称面和对称中心。（1）对称面假设分子中有一平面能把分子切成互为镜象的两半，该平面就是分子的对称面，例如： jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.4对称性-对称面和对称中心（1）对称面具有对称面的分子无手性 jzddmjx@163.com

H C CH3 Cl Cl 9.2手性和对称性 9.2.4对称性-对称面和对称中心（1）对称面具有对称面的分子无手性 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.4对称性-对称面和对称中心（2）对称中心若分子中有一点P，通过P点画任何直线，如果在离P等距离直线两端有相同的原子或基团，则点P称为分子的对称中心。例如：对称中心 P 1，3-二氟-2，4-二氯环丁烷 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.4对称性-对称面和对称中心（2）对称中心 jzddmjx@163.com

9.2手性和对称性 9.2.4对称性-对称面和对称中心（2）对称中心 ◆ 有对称中心的分子没有手性。 ◆ 物质分子在结构上具有对称面或对称中心的，就无手性，因而没有旋光性。 ◆ 物质分子在结构上即无对称面，也无对称中心的，就具有手性，因而有旋光性。 jzddmjx@163.com

没有对称面，也没有对称中心 jzddmjx@163.com

练习 P134----习题1，2 jzddmjx@163.com

jzddmjx@163.com

复习什么叫偏振光？旋光性？旋光性物质？什么叫手性？手性分子？手性碳原子？什么叫对映体？外消旋体？ jzddmjx@163.com

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法对映体的构型可用立体结构（楔形式和透视式）和费歇尔（E·Fischer）投影式表示 jzddmjx@163.com

C O O H C O O H O H O H C H C H 3 C 3 3 H C O O H H C C H O H H 透视式乳酸模型楔形式 9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法 (1)模型和透视式优点：形象生动，一目了然，易看出基团的位置关系缺点：书写不便 jzddmjx@163.com

COOH COOH C H CH3 OH OH H CH3 9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法 (1)模型和透视式哪几个原子或基团在纸平面上,H原子和OH各在哪个方向现在哪个原子在纸平面上优点:形象生动,一目了然缺点:书写不便 jzddmjx@163.com

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法（2）Fischer投影式为了便于书写和进行比较，对映体的构型常用费歇尔投影式表示：照镜子 jzddmjx@163.com

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法（2）Fischer投影式投影原则： 1°横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平面。 2°横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示指向纸平面的后面。 3°将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原子写在竖线上端。 jzddmjx@163.com

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法（2）Fischer投影式使用费歇尔投影式应注意的问题： ⑴基团的位置关系是“横前竖后” ⑵不能离开纸平面翻转；也不能在纸平面上旋转90°或270°与原构型相比。 ⑶可以将投影式在纸平面上旋转180°,仍为原构型。 jzddmjx@163.com

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法（2）Fischer投影式判断不同投影式是否同一构型的方法： 1）将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构型。 jzddmjx@163.com

C H C H H C H 2 5 2 5 3 = = = O H H O H H O H H C O H C H 3 2 5 H 3 C H C C H H 2 5 3 9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.1构型表示法（2）Fischer投影式判断不同投影式是否同一构型的方法：由此能得出什么结论？ 2）任意固定一个基团不动，依次顺时针或反时针调换另三个基团的位置，不会改变原构型。一个对映体的费歇尔投影式并不是一个。 jzddmjx@163.com 这四个费歇尔投影式表示的是同一构型

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 3）对调任意两个基团的位置，对调奇数次构型不变则为原构型的对映体;对调偶数次构型不变，是同一物质。例如：相当于在纸平面上旋转180° 相当于给左边的投影式照镜子 jzddmjx@163.com

练习 P136----习题 3,4,5,6 jzddmjx@163.com

C2H5 CH3 Cl H H Cl H Cl CH3 Cl CH3 H CH3 C2H5 C2H5 C2H5 练习 P136习题3 ⑷ ⑴ ⑵ ⑶ 对映体同一构型同一构型 jzddmjx@163.com

H Br Cl Cl F CH3 H F F H Cl Br Cl C Br Br F F CH3 Cl C F Br Cl Br H 练习 P136习题4 ⑴ ⑵ 投影 3次相同是对映体 2次相同是同一构型

H H H H F Cl F Br F Br F Cl Br Cl Cl Br 练习 P136习题4 ⑶ 投影 1次相同是对映体 jzddmjx@163.com

COOH F H CH3 CH3 C2H5 Cl Cl 练习 P136习题5 ⑴ ⑵ jzddmjx@163.com

CHO CH2OH C HO C2H5 C H H CH3 OH 练习 P136习题6 ⑴ ⑵ jzddmjx@163.com

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.2构型的标记 R、S 标记法 1970年国际上根据IUPAC的建议，构型的命名采用R、S标记法，这种命名法根据化合物的实际构型或投影式就可命名。 jzddmjx@163.com

9.3含一个手性碳原子化合物的对映异构 9.3.2构型的标记R、S 标记法 R、S命名规则：按次序规则将手性碳原子上的四个基团排序。把排序最小的基团放在离观察者眼睛最远的位置，观察其余三个基团由大→中→小的顺序，若是顺时针方向，则其构型为R（R是拉丁文Rectus的字头，是右的意思），若是反时针方向，则构型为S（Sinister,左的意思）。注意：大→中→小是指次序规则中排序，原子序数大小，不是指基团体积大小。 jzddmjx@163.com

第九章对映异构 (6 学时）