有機化學第三章同分異構(gòu)

1、重點重點 1. 1. 順反異構(gòu)及其順反異構(gòu)及其Z/EZ/E命名法。命名法。 2. 2. 分子的手性、手性碳原子、對稱因素、對映分子的手性、手性碳原子、對稱因素、對映 體、非對體、非對 映體、外消旋體和內(nèi)消旋體。映體、外消旋體和內(nèi)消旋體。3. Fischer3. Fischer投影式的書寫方法及注意事項。投影式的書寫方法及注意事項。4. 4. 構(gòu)型的標記方法（構(gòu)型的標記方法（R/SR/S法）。法）。 同同分分異異構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造造異異構(gòu)構(gòu)碳碳鏈鏈（碳碳架架）異異構(gòu)構(gòu)官官能能團團位位置置異異構(gòu)構(gòu)官官能能團團異異構(gòu)構(gòu)互互變變異異構(gòu)構(gòu)立立體體異異構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)型型異異構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)象象異異構(gòu)構(gòu)順順反反異異構(gòu)構(gòu)光光學學異

2、異構(gòu)構(gòu)CH3CH2CH2CH=CH2CH3CH2CH=CHCH3CH3CH2C=CH2CH3官能團位置異構(gòu)碳干異構(gòu)2-戊烯1-戊烯2-甲基-1-丁烯CH3CH=CCH3 CH3CHCH=CH2CH3CH3官能團位置異構(gòu)2-甲基-2-丁烯3-甲基-1-丁烯CH3CHCCH2CH3CH3CH3CH31O1O1O1O1O234OOO第二節(jié)第二節(jié) 順反異構(gòu)順反異構(gòu) 順反異構(gòu)體的順反異構(gòu)體的Z/EZ/E標記法標記法 哪些化合物存在順反異構(gòu)體：哪些化合物存在順反異構(gòu)體： (1).含有C=CC=NN=N、雙鍵的化合物。(2).環(huán)狀化合物。產(chǎn)生順反異構(gòu)體的原因：產(chǎn)生順反異構(gòu)體的原因： 由于雙鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，當

3、雙由于雙鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，當雙鍵連有不同的原子或基團時，就會出現(xiàn)兩種不同的空間排鍵連有不同的原子或基團時，就會出現(xiàn)兩種不同的空間排布方式，從而產(chǎn)生順反異構(gòu)體。布方式，從而產(chǎn)生順反異構(gòu)體。 雙鍵上雙鍵上C C與與N N的不同之處是：的不同之處是：C C 原子連有兩個不同的原子連有兩個不同的原子或基團，而原子或基團，而N N原子只連有一個原子或基團，另一個原子只連有一個原子或基團，另一個spsp2 2雜化軌道是被孤對電子所占據(jù)。雜化軌道是被孤對電子所占據(jù)。 環(huán)狀化合物環(huán)狀化合物把碳環(huán)近似的看成一個平面，連在環(huán)碳上把碳環(huán)近似的看成一個平面，連在環(huán)碳上的原子或基團就有在環(huán)平面的上下之分，從而產(chǎn)生順反的原

4、子或基團就有在環(huán)平面的上下之分，從而產(chǎn)生順反異構(gòu)現(xiàn)象。異構(gòu)現(xiàn)象。 順反異構(gòu)體的命名方法：順反異構(gòu)體的命名方法： 1. 1. 順順/ /反標記法：相同的原子或基團位于雙鍵（或環(huán)反標記法：相同的原子或基團位于雙鍵（或環(huán)平面）的同側(cè)為平面）的同側(cè)為“順式順式”；否則為；否則為“反式反式”。 C=CC=Caabbaabbaaaabbbb(cis )_順式(trans )_反式(trans )_反式(cis )_順式 2. Z / E 2. Z / E標記法：標記法：該法是該法是19681968年年IUPACIUPAC規(guī)定的系統(tǒng)命名法。規(guī)定按規(guī)定的系統(tǒng)命名法。規(guī)定按“次序規(guī)次序規(guī)則則”，若優(yōu)先基團位于雙

5、鍵的同側(cè)為，若優(yōu)先基團位于雙鍵的同側(cè)為Z Z式（德文式（德文ZusammenZusammen的縮寫，中文意為的縮寫，中文意為在一起在一起）；否則為）；否則為E E式（德文式（德文EntgegenEntgegen的縮寫，中文意為的縮寫，中文意為相反的相反的）。）。 C=CabcdC=Cabcdabcd( Z )( E ) 舉例舉例: :C=CC=CHHCH3COOHHCH3HCOOH2_丁烯酸2_丁烯酸順_Z_反_E_2_丁烯酸2_丁烯酸 環(huán)狀化合物：環(huán)狀化合物： C2H5CH3CH3C2H5HHHH順_ _4_ _1甲基乙基環(huán)己烷反_ _4_ _1甲基乙基環(huán)己烷C=CC=CC=CC=CHHC6

6、H5HHCH3HC6H5HHHCH31_1,3_苯基_戊二烯順 , 順_(1Z , 3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_1_1,3_苯基_戊二烯反 , 順_(1E , 3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_一、一、 旋光性與比旋光度旋光性與比旋光度光是一種電磁波，光波的振動方向與光的前進方向垂直。如果讓光是一種電磁波，光波的振動方向與光的前進方向垂直。如果讓光通過一個象柵欄一樣的光通過一個象柵欄一樣的 Nicol Nicol 棱鏡棱鏡 ( (起偏鏡起偏鏡) ) ，只有與棱鏡，只有與棱鏡晶軸方向平行的光才能通過。這樣，透過棱晶的光就只能在一個晶軸方向平行的光才能通過。這樣，透過棱晶的光就只能在一個方向上振

7、動，象這種只在一個平面上振動的光，稱為平面偏振光，方向上振動，象這種只在一個平面上振動的光，稱為平面偏振光，簡稱偏振光或偏光。簡稱偏振光或偏光。 平面偏振光第三節(jié)第三節(jié) 光學異構(gòu)現(xiàn)象光學異構(gòu)現(xiàn)象 那么，偏振光能否透過第二個那么，偏振光能否透過第二個Nicol Nicol 棱鏡棱鏡 ( (檢偏鏡檢偏鏡) ) 取決于兩取決于兩個棱鏡的晶軸是否平行，平行則可透過；否則不能通過。如果個棱鏡的晶軸是否平行，平行則可透過；否則不能通過。如果在兩個棱鏡之間放一個盛液管，里面裝入兩種不同的物質(zhì)：在兩個棱鏡之間放一個盛液管，里面裝入兩種不同的物質(zhì)：亮丙 酸亮暗乳 酸 結(jié)論：結(jié)論： 物質(zhì)有兩類：物質(zhì)有兩類：（1

8、1）旋光性物質(zhì)）旋光性物質(zhì)能使偏振光振動面旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，能使偏振光振動面旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)， 叫做旋光性；具有旋光性的物質(zhì)，叫做旋光性物質(zhì)。叫做旋光性；具有旋光性的物質(zhì)，叫做旋光性物質(zhì)。旋光性物質(zhì)使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度，稱為旋光度，以旋光性物質(zhì)使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度，稱為旋光度，以“”表示。表示。（2 2）非旋光性物質(zhì)）非旋光性物質(zhì)不具有旋光性的物質(zhì)，叫做不具有旋光性的物質(zhì)，叫做 非旋光性物質(zhì)。非旋光性物質(zhì)。 但旋光度但旋光度“”是一個常量，它受溫度、光源、濃度、管是一個常量，它受溫度、光源、濃度、管長等許多因素的影響，為了便于比較，就要使其成為一個長等許多因素的影響，為了便于比較，就要使其成為一個常量，故用比

9、旋光度常量，故用比旋光度 來表示：來表示： lBt lBtCH3CCOOHHCH3CCOOHHHOH*旋光性產(chǎn)生的原因旋光性產(chǎn)生的原因分析有旋光性的乳酸和沒有旋光性的丙酸在結(jié)構(gòu)上的分析有旋光性的乳酸和沒有旋光性的丙酸在結(jié)構(gòu)上的差別：差別：二、手性和對稱性二、手性和對稱性 乳酸所以具有旋光性，可能是因為分子中有一個乳酸所以具有旋光性，可能是因為分子中有一個* *C C原原子（不對稱碳原子或手性碳）。子（不對稱碳原子或手性碳）。 為什么有為什么有* *C C原子就可能具有旋光性？這是因為：原子就可能具有旋光性？這是因為： (1)(1)一個一個* *C C就有兩種不同的構(gòu)型：就有兩種不同的構(gòu)型： C

10、OOHCH3OHHCOOHCH3OHHCCCOOHCOOHCH3H3CHOOHHH-二者的關(guān)系：互為鏡象（實物與鏡象關(guān)系，或者說左、二者的關(guān)系：互為鏡象（實物與鏡象關(guān)系，或者說左、右手關(guān)系）。二者無論如何也不能完全重疊。與鏡象右手關(guān)系）。二者無論如何也不能完全重疊。與鏡象不能重疊的分子，稱為手性分子。分子的構(gòu)造相同，不能重疊的分子，稱為手性分子。分子的構(gòu)造相同，但構(gòu)型不同，形成實物與鏡象的兩種分子，稱為對映但構(gòu)型不同，形成實物與鏡象的兩種分子，稱為對映異構(gòu)體（簡稱：對映體）。異構(gòu)體（簡稱：對映體）。對映體：成對存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。對映體：成對存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。

11、外消旋體：等量對映體的混合物。外消旋體：等量對映體的混合物。 對稱因素：對稱因素： 1. 1. 對稱面，能把分子切成互為鏡像的兩半的平面。對稱面，能把分子切成互為鏡像的兩半的平面。HHHHHHH3CCH3 2. 2. 對稱中心對稱中心 分子中有一點分子中有一點i i，分子中任一原子或基團向，分子中任一原子或基團向i i連線，連線，在其延長線的相等距離處都能遇到相同的原子或在其延長線的相等距離處都能遇到相同的原子或基團?；鶊F。 3. 3. 對稱軸對稱軸 以設(shè)想直線為軸旋轉(zhuǎn)以設(shè)想直線為軸旋轉(zhuǎn)360360。/ n/ n，得到與原分子相同的，得到與原分子相同的分子，該直線稱為分子，該直線稱為n n重對

12、稱軸（又稱重對稱軸（又稱n n階對稱軸）。階對稱軸）。 CCClClHH三、手性碳的構(gòu)型表示式與標記三、手性碳的構(gòu)型表示式與標記1. 1. 構(gòu)型的表示法：構(gòu)型的表示法：球棒式、透視式：略球棒式、透視式：略 Fischer Fischer 投影式：以手性碳為中心，橫向相連的基團放在前方，投影式：以手性碳為中心，橫向相連的基團放在前方， 縱向的放在后方。縱向的放在后方。 C CO OO OH HC CH H3 3H HO OH HC CO OO OH HC CH H3 3H HO OH H 使用使用Fischer Fischer 投影式的注意事項：投影式的注意事項： (1)(1)可以沿紙面旋轉(zhuǎn)，但

13、不能離開紙面翻轉(zhuǎn)?？梢匝丶埫嫘D(zhuǎn)，但不能離開紙面翻轉(zhuǎn)。 COOHCH3HOHCOOHCH3HHO翻 轉(zhuǎn)翻 轉(zhuǎn)COOHHOHCOOHCH3HHO旋 轉(zhuǎn)180旋轉(zhuǎn)180CH3。(2) (2) 可以旋轉(zhuǎn)可以旋轉(zhuǎn)180180，但不能旋轉(zhuǎn)，但不能旋轉(zhuǎn)9090或或270 270 。 COOHHOHCOOHCH3HOH旋 轉(zhuǎn)90旋 轉(zhuǎn)90CH3。2.2.構(gòu)型標記法：構(gòu)型標記法： a. D / La. D / L標記法標記法C CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH H- - -C CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO O D-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛

14、甘油醛 注意：注意：D D、L L與與 “+ +、- -” 沒有必然的聯(lián)系沒有必然的聯(lián)系H HO OH HC C2 2H H5 5C CH H3 3H HO OH HC C2 2H H5 5C CH H3 3R RS S b. R / S b. R / S標記法標記法三維結(jié)構(gòu)：將最小的基團離眼睛最遠，觀察其三維結(jié)構(gòu)：將最小的基團離眼睛最遠，觀察其余三個基團的排列順序，如果按順時針，為余三個基團的排列順序，如果按順時針，為R R型；型；反之，逆時針：為反之，逆時針：為S S型型H HC CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO OR RC CH HO OC CH H2 2O O

15、H HH HO O當最小基團處于豎鍵位置時，依照其余三個基團從大到小當最小基團處于豎鍵位置時，依照其余三個基團從大到小的順序進行判斷，順時針為的順序進行判斷，順時針為R R型，逆時針為型，逆時針為S S型。型。 四、四、 Fischer Fischer 投影式：投影式： H HO OH HH HC CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH HR RC CH HO OC CH H2 2O OH HH HO OC CH HO OC CH H2 2O OH H當最小基團處于橫鍵位置時，依照其余三個基團當最小基團處于橫鍵位置時，依照其余三個基團從大到小的順序進行判斷，并將結(jié)果相反；從

16、大到小的順序進行判斷，并將結(jié)果相反；五、五、 含兩個手性碳原子化合物的對映異構(gòu)含兩個手性碳原子化合物的對映異構(gòu) 含兩個不同手性碳原子化合物的對映異構(gòu)含兩個不同手性碳原子化合物的對映異構(gòu) C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OC Cl lH HH H1 1

17、2 23 34 4C C: :2 2O OH HC CH HC Cl lC CO OO OH HC CO OO OH HC C: :3 3C Cl lC CO OO OH HC CH HO OH HC CO OO OH H( (2 2R R, ,3 3R R) )( (2 2S S, ,3 3S S) )( (2 2R R, ,3 3S S) )( (2 2S S, ,3 3R R) )- - - - -異構(gòu)體數(shù)目異構(gòu)體數(shù)目 2 2n n = 2 = 22 2 = 4 = 4 （n n：手性碳原子數(shù)目）：手性碳原子數(shù)目）對映體數(shù)目對映體數(shù)目 2 2n n 1 1 = 2 = 2（2 2 1 1

18、）= 2= 2（對）（對） 含兩個相同手性碳原子化合物的對映異構(gòu)含兩個相同手性碳原子化合物的對映異構(gòu) C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OO OH HH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OH HO OH HH H1 12 23 34 4C CO OO OH HC CO OO OH HH HO OO OH HH HH H1 12 23 34 4C C = =2 2O OH HC C: :3 3C CO OO OH HC CH HO OH HC CO OO OH H( (2 2S S, ,3 3S S) )( (2 2R R, ,3 3R R) )( (2 2S S, ,3 3R R) )( (2 2R R, ,3 3S S) )- - -H HO O- - -內(nèi)內(nèi)消消旋旋體體 ( (m me