【新編】吉林東北師范大學(xué)附屬中學(xué)高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)物質(zhì)的旋光性與對映異構(gòu)高效試題

1、1.物質(zhì)的旋光性與對映異構(gòu)根據(jù)是否具有旋光性，物質(zhì)可分為兩類，一類如葡萄糖、乳酸、蘋果酸等具有旋光性，可以改變平面偏振光的振動方向，稱為旋光性物質(zhì)或光活性物質(zhì)；另一類如乙醇、丙酸、丁二酸等不具有旋光性， 不能改變平面偏振光的振動方向，稱為非旋光性物質(zhì)。 旋光性物質(zhì)使偏振光的振動方向旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度，能使偏振光的振動平面按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的旋光性物質(zhì)稱為右旋體；相反稱為左旋體。物質(zhì)是否有旋光性與其分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)， 比較這兩類化合物的分子結(jié)構(gòu)，可以看出具有 旋光性的物質(zhì)分子中至少含有一個(gè)與四個(gè)不同原子或基團(tuán)相連接的碳原子， 而非旋光性物質(zhì) 則不含這種碳原子。（11 1 HI h丙酸丁二酸(

2、9;< HH H IIIi c* oi(ii c* (II( h3h c hI(*( h H I乳酸蘋果酸這種連接四個(gè)不同原子或基團(tuán)的碳原子稱為手性碳原子（不對稱碳原子），用C*表示。從乳酸分子的立體結(jié)構(gòu)式可以看出，與手性碳原子相連接的四個(gè)不相同的原子或基團(tuán)，有兩種不同的空間排列方式，如圖4- 1所示。鏡面COOHOCOOHCHq圖41互為鏡像的一對乳酸分乳酸分子a和b的關(guān)系像人的左右手關(guān)系，互為鏡像和實(shí)物，但不能重合，這種不能與其鏡像重合的分子稱為手性分子（chiral molecule） ,手性分子具有旋光性。一個(gè)手性碳原子所連的四個(gè)不同原子或基團(tuán)，在空間具有兩種不同的排列順序即兩種

3、構(gòu)型，彼此成鏡像關(guān)系不能重合的一對立體異構(gòu)體，稱為對映異構(gòu)體，簡稱對映體。具有一個(gè)手性碳原子的化合物只有一對對映體。乳酸分子中有一個(gè)手性碳原子，所以只有一對對映體，其中一種是右旋體，即（+）-乳酸；另一種是左旋體，即（一）-乳酸。來源不同的乳酸，其旋光度不同：從肌肉 組織中分離出的乳酸具有右旋性，即右旋乳酸；由左旋乳酸桿菌使葡萄糖發(fā)酵而產(chǎn)生的乳酸為左旋乳酸；從酸奶中分離出的乳酸，不具有旋光性，旋光度為零。這是由于從牛奶發(fā)酵得 到的乳酸是左旋乳酸和右旋乳酸的等量混合物，它們的旋光度大小相等，方向相反，互相抵消，使旋光性消失。這種一對對映體等量混合后，得到的沒有旋光性的混合物稱為外消旋體，用（土）

4、或dl表示。例如，外消旋乳酸，用 （土）-乳酸或dl-乳酸表示。對映異構(gòu)體在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別僅在于原子或基團(tuán)的空間排列方式不同，常用費(fèi)歇爾（Fischer）投影式表示。投影的方法是：將立體模型所代表的主鏈豎起來，編號小的鏈端在 上，指向后方，其余兩個(gè)與手性碳原子連接的橫鍵指向前方，然后進(jìn)行投影，即可寫出投影例如，乳酸一對對映體的投影式如圖4-2所示。COUHOHoQkX Q H0CH3C<K)HCOOHohCLQohxjroCH 3COOHQHCH,（-）乳酸圖4-2乳酸對映異構(gòu)體的模型及投影式通過費(fèi)歇爾投影式，可將旋光性分子模型，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)十字交叉的平面式。 十字交叉處 是手性碳原子，在紙

5、面上，上下兩個(gè)原子或原子團(tuán)位于紙平面的后方， 左右兩個(gè)原子或原子 團(tuán)位于紙平面的前方。由于同一個(gè)分子模型擺放位置可以多種多樣，所以投影后得到的費(fèi)歇爾投影式也有多 個(gè)。例如：為了便于比較，規(guī)定按下列方式書寫費(fèi)歇爾投影式：將主鏈豎直向后。將編號最 小的碳原子放在上端。乳酸即按此種方式投影的。再如甘油醛( cHqnc HOHCHO) 的一對對映體可投影如下:enoHOHCII2( )11(十 )-甘油醛在判斷不同的費(fèi)歇爾投影式是否代表同一化合物時(shí)，為保持構(gòu)型不變，投影式只能在紙面上旋轉(zhuǎn)180°或其整數(shù)倍，不能旋轉(zhuǎn) 90°或其奇數(shù)倍；不能離開紙面翻轉(zhuǎn)。例如：1HCHsC( H HI

6、CI-lj(A)( )11HOHHO UHn('"3(,*)()H1IIIIIC33HCHjH-OH紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)】*HO-Hr“3('( H)III投影式i在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn) 1800可得投影式n ,2個(gè)投影式為同一構(gòu)型的不同表示方式。而投影式出是投影式I離開紙面翻轉(zhuǎn)所得，兩個(gè)投影式不能重合， 所以投影式I和投影式出不是同一構(gòu)型。以前，人們只知道旋光性不同的一對對映體，分別屬于2種不同的構(gòu)型，但無法確定這2個(gè)構(gòu)型中哪個(gè)是左旋體，哪個(gè)是右旋體。為此人為規(guī)定以甘油醛的構(gòu)型為標(biāo)準(zhǔn)，在費(fèi)歇爾投影式中與手性碳原子相連的羥基在碳鏈右邊的甘油醛定為D構(gòu)型，與手性碳原子相連的羥基在碳鏈左邊的

7、定為 L構(gòu)型，并且假定右旋甘油醛為 D-構(gòu)型。eno： cin)HOH：11()IICh 1D (+)甘油醛 L-(-)甘油醛其他物質(zhì)的構(gòu)型以此為標(biāo)準(zhǔn)對照標(biāo)示。如將右旋甘油醛的醛基氧化為竣基，將羥甲基還原為甲基，就得到乳酸。這樣得到的乳酸的構(gòu)型應(yīng)該和D -(+)-甘油醛相同。因?yàn)樵谏鲜鲅趸斑€原步驟中與手性碳原子相連的任何一個(gè)鍵都沒有發(fā)生斷裂，所以與手性碳原子相連的基團(tuán)在空間的排列順序不會改變，因此這種乳酸應(yīng)該也屬于D-型。CHOII ()IIII(Hl(IkonCH：1)-( +卜甘油醉D(一)乳能經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)這樣的乳酸的旋光方向是左旋的，所以左旋乳酸是D型，則右旋乳酸為 L型。(7M)HH -OilH() (11t lhD-(一)-乳L -(+)-乳