分子對(duì)稱操作及性質(zhì)判斷

1、對(duì)稱操作及其性質(zhì)對(duì)稱操作及其性質(zhì)趙趙 波波南京師范大學(xué)南京師范大學(xué)化學(xué)奧賽化學(xué)奧賽QQ群：群：416992654 對(duì)稱對(duì)稱 是一個(gè)很常見的現(xiàn)象。在自然界是一個(gè)很常見的現(xiàn)象。在自然界我們可觀察到五瓣對(duì)稱的梅花、桃花，六瓣我們可觀察到五瓣對(duì)稱的梅花、桃花，六瓣的水仙花、雪花、松樹葉沿枝干兩側(cè)對(duì)稱，的水仙花、雪花、松樹葉沿枝干兩側(cè)對(duì)稱，槐樹葉、榕樹葉又是另一種對(duì)稱槐樹葉、榕樹葉又是另一種對(duì)稱在人工在人工建筑中，北京的古皇城是中軸線對(duì)稱。在化建筑中，北京的古皇城是中軸線對(duì)稱。在化學(xué)中，我們研究的分子、晶體等也有各種對(duì)學(xué)中，我們研究的分子、晶體等也有各種對(duì)稱性，有時(shí)會(huì)感覺這個(gè)分子對(duì)稱性比那個(gè)分稱性，有時(shí)

2、會(huì)感覺這個(gè)分子對(duì)稱性比那個(gè)分子高，如何表達(dá)、衡量各種對(duì)稱？數(shù)學(xué)中定子高，如何表達(dá)、衡量各種對(duì)稱？數(shù)學(xué)中定義了對(duì)稱元素來描述這些對(duì)稱。義了對(duì)稱元素來描述這些對(duì)稱。 對(duì)稱性基礎(chǔ)對(duì)稱性基礎(chǔ) 我們生活的世界，從微觀到宏觀普遍存在著對(duì)我們生活的世界，從微觀到宏觀普遍存在著對(duì)稱性，對(duì)稱性是結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要內(nèi)容，在描述稱性，對(duì)稱性是結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要內(nèi)容，在描述分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等方面具有重要作用。對(duì)分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等方面具有重要作用。對(duì)稱性是聯(lián)系物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的重要橋梁，利用稱性是聯(lián)系物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的重要橋梁，利用對(duì)稱性的概念以及有關(guān)原理和方法分析物質(zhì)的對(duì)稱性的概念以及有關(guān)原理和方法分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會(huì)使我

3、們對(duì)它們的認(rèn)識(shí)更加深入。結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會(huì)使我們對(duì)它們的認(rèn)識(shí)更加深入。 對(duì)稱性概念和原理對(duì)化學(xué)的重要性主要體對(duì)稱性概念和原理對(duì)化學(xué)的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）它能簡明地表達(dá)晶體結(jié)構(gòu)；）它能簡明地表達(dá)晶體結(jié)構(gòu)；（2）它可簡化分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定工作；）它可簡化分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定工作；（3）它可以幫助正確的了解分子的性質(zhì)；）它可以幫助正確的了解分子的性質(zhì)；（4）它可以指導(dǎo)化學(xué)合成工作。）它可以指導(dǎo)化學(xué)合成工作。對(duì)稱操作是指不改變物體內(nèi)部任何兩點(diǎn)間的距離而使物體復(fù)原的操作。對(duì)稱操作所依據(jù)的幾何元素稱為對(duì)稱元素。對(duì)于分子等有限物體，在進(jìn)行操作時(shí)，物體中至少有一點(diǎn)是不動(dòng)的，這種對(duì)稱操作叫點(diǎn)操

4、作。點(diǎn)對(duì)稱操作和相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)稱元素有下列幾項(xiàng)。4.1 對(duì)稱操作和對(duì)稱元素對(duì)稱操作和對(duì)稱元素1. 旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)操作旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)操作 旋轉(zhuǎn)操作是將分子繞通過其中心的軸旋轉(zhuǎn)一定的旋轉(zhuǎn)操作是將分子繞通過其中心的軸旋轉(zhuǎn)一定的角度使分子復(fù)原的操作，旋轉(zhuǎn)依據(jù)的的對(duì)稱元素角度使分子復(fù)原的操作，旋轉(zhuǎn)依據(jù)的的對(duì)稱元素為旋轉(zhuǎn)軸。為旋轉(zhuǎn)軸。n次旋轉(zhuǎn)軸用記號(hào)次旋轉(zhuǎn)軸用記號(hào)Cn表示。使物體復(fù)表示。使物體復(fù)原的最小旋轉(zhuǎn)角（原的最小旋轉(zhuǎn)角（0度除外）稱為基轉(zhuǎn)角（度除外）稱為基轉(zhuǎn)角（）Cn軸的基轉(zhuǎn)角軸的基轉(zhuǎn)角=360/n，旋轉(zhuǎn)角度按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)角度按逆時(shí)針方向計(jì)算。計(jì)算。 分子常見的分子常見的Cn軸有：軸有：C2，C3，C4，

5、C5，C6，C等。等。 如：如：H2O中有中有C2軸，軸，NH3，HCCl3有有C3軸等。軸等。C3 軸軸圖圖I 圖圖II 圖圖III C4 軸軸2. 鏡面和反映操作鏡面和反映操作 鏡面是平分分子的平面，在分子中除位于經(jīng)面上的原子外，鏡面是平分分子的平面，在分子中除位于經(jīng)面上的原子外，其他成對(duì)地排在鏡面兩側(cè)，它們通過反映操作可以復(fù)原。其他成對(duì)地排在鏡面兩側(cè)，它們通過反映操作可以復(fù)原。反映操作是使分子中的每一點(diǎn)都反映到該點(diǎn)到鏡面垂線的反映操作是使分子中的每一點(diǎn)都反映到該點(diǎn)到鏡面垂線的延長線上，在鏡面另一側(cè)等距離處。延長線上，在鏡面另一側(cè)等距離處。 分子中常用分子中常用表示，而晶體中常用表示，而晶

6、體中常用m表示表示。 nE, n為偶數(shù)為偶數(shù) ，n為奇數(shù)為奇數(shù)hd：含主軸的面：垂直于主軸的面：含主軸且平分兩個(gè)C2軸的面dh 存在鏡面的分子存在鏡面的分子 3. 對(duì)稱中心和反演操作對(duì)稱中心和反演操作 當(dāng)分子有對(duì)稱中心時(shí)，從分子中人一原子至對(duì)稱當(dāng)分子有對(duì)稱中心時(shí)，從分子中人一原子至對(duì)稱中心連一直線，將次線延長，必可在和對(duì)稱中心中心連一直線，將次線延長，必可在和對(duì)稱中心等距離的另一側(cè)找到另一相同原子。和對(duì)稱中心等距離的另一側(cè)找到另一相同原子。和對(duì)稱中心相對(duì)應(yīng)的對(duì)稱操作叫反演。相對(duì)應(yīng)的對(duì)稱操作叫反演。 分子中常用分子中常用i表示表示:inE, n為偶數(shù)為偶數(shù)i, n為奇數(shù)為奇數(shù)存在對(duì)稱中心的分子存

7、在對(duì)稱中心的分子 映軸映軸S n的基本操作為繞軸轉(zhuǎn)的基本操作為繞軸轉(zhuǎn)3600/n，接著按垂直于軸的平面進(jìn)行反映，是接著按垂直于軸的平面進(jìn)行反映，是C1n和和相繼進(jìn)行的聯(lián)合操作：相繼進(jìn)行的聯(lián)合操作： S1n=C1n 4. 反軸和旋轉(zhuǎn)反演操作反軸和旋轉(zhuǎn)反演操作 反軸反軸In的基本操作為繞軸轉(zhuǎn)的基本操作為繞軸轉(zhuǎn) 3600/n，接著，接著按軸上的中心點(diǎn)進(jìn)行反演，它是按軸上的中心點(diǎn)進(jìn)行反演，它是C1n和和i相繼相繼進(jìn)行的聯(lián)合操作：進(jìn)行的聯(lián)合操作： I1n=iC1n5. 映軸和旋轉(zhuǎn)反映操作映軸和旋轉(zhuǎn)反映操作S4S6424,2snicncsnnnnsnhnnn的倍數(shù)為偶且不為為奇數(shù)個(gè)獨(dú)立對(duì)稱操作為偶時(shí)，有個(gè)

8、獨(dú)立對(duì)稱操作為奇時(shí)，有對(duì)稱操作第一類 實(shí)操作第二類虛操作虛操作 EISinnnc 對(duì)稱元對(duì)稱元素符號(hào)素符號(hào) 對(duì)稱元素對(duì)稱元素基本對(duì)稱基本對(duì)稱操作操作 符號(hào)符號(hào) 基本對(duì)稱操作基本對(duì)稱操作 E C n i S n I n - 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 鏡面鏡面對(duì)稱中心對(duì)稱中心 映軸映軸 反軸反軸 E C1n i S1n=C1n I n= I C1n 恒等操作恒等操作繞繞C n軸按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)軸按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)3600/n通過鏡面反映通過鏡面反映按對(duì)稱中心反演按對(duì)稱中心反演繞繞S n軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)3600/n，接著按，接著按垂直于軸的平面反映垂直于軸的平面反映繞繞I n軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)3600/n，接著按，接著按中心反演中心反演

9、在分子中，原子固定在其平衡位置上，其空間在分子中，原子固定在其平衡位置上，其空間排列是對(duì)稱的圖象，利用對(duì)稱性原理探討分子排列是對(duì)稱的圖象，利用對(duì)稱性原理探討分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是人們認(rèn)識(shí)分子的重要途徑，的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是人們認(rèn)識(shí)分子的重要途徑，是了解分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要方法。分子對(duì)稱是了解分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要方法。分子對(duì)稱性是聯(lián)系分子結(jié)構(gòu)和分子性質(zhì)的重要橋梁之一。性是聯(lián)系分子結(jié)構(gòu)和分子性質(zhì)的重要橋梁之一。一個(gè)有限分子的對(duì)稱操作群稱為點(diǎn)群。一個(gè)有限分子的對(duì)稱操作群稱為點(diǎn)群。 點(diǎn)群中點(diǎn)的含義：點(diǎn)群中點(diǎn)的含義：（1）這些對(duì)稱操作都是點(diǎn)操）這些對(duì)稱操作都是點(diǎn)操作，操作時(shí)分子中至少有一點(diǎn)不動(dòng)；（作，操作時(shí)分

10、子中至少有一點(diǎn)不動(dòng)；（2）分子的）分子的全部對(duì)稱元素至少通過一個(gè)公共點(diǎn)。全部對(duì)稱元素至少通過一個(gè)公共點(diǎn)。分子點(diǎn)群是充分反映分子對(duì)稱性的概念，有熊夫分子點(diǎn)群是充分反映分子對(duì)稱性的概念，有熊夫利斯記號(hào)和國際記號(hào)兩種。分子點(diǎn)群大致可分為幾利斯記號(hào)和國際記號(hào)兩種。分子點(diǎn)群大致可分為幾類：類：多個(gè)高次軸Cn或In無無無i無C1有Cin為奇數(shù)n為4的整數(shù)倍無無無無無無有有有有有有有有DnSnCniCnhCnCsDnhDndCnv有nC2CnInhvhd表4.3.2 分子點(diǎn)群的判別多個(gè)多個(gè)高次軸高次軸無無無無無無有有有有有有有有6C53C44C3hddhTTdThOOhIhI表4.3.2 分子點(diǎn)群的判別分子

11、點(diǎn)群的種類分子點(diǎn)群的種類Sn群群Td群群Dnh群群Dnd群群Oh群群Dn群群Cnh群群Cnv群群Cn群群典型類型典型類型點(diǎn)群點(diǎn)群下一頁下一頁C1C3D2dD2hC1hC3vC2vCvC2OhD4hD3hD3C3hC2hTdS2D3dD hD6h分子點(diǎn)群的確定分子點(diǎn)群的確定起點(diǎn)起點(diǎn)軸向群軸向群無軸群無軸群C ? v ,D? h二二面體群面體群立方群立方群D? hOhCsCiC l SnDnhDndDnCnhCnvCnC? vTd正八面體正八面體線性分子線性分子有有正四面體正四面體無無或或i有有 i有有h有有d沒有沒有有有h有有v沒有沒有有i無無i有有n個(gè)大于個(gè)大于2的高的高次軸次軸(n3)有有S

12、 n(n為偶數(shù)，為偶數(shù)，n2)有有n個(gè)垂直于個(gè)垂直于C n 軸的軸的C2無無垂直于垂直于C n的的C2無無Cn有有Cn非線性分子非線性分子下一頁下一頁 v 若分子只有若分子只有n次旋轉(zhuǎn)軸，它就屬于次旋轉(zhuǎn)軸，它就屬于Cn群，群元素為群，群元素為E，Cn，Cn2Cnn-1。這是。這是n階循環(huán)群。階循環(huán)群。 v 現(xiàn)以二氯丙二烯（圖現(xiàn)以二氯丙二烯（圖I）為例說明。）為例說明。v該分子兩個(gè)該分子兩個(gè)HC/Cl碎片分別位于兩個(gè)相互垂直的平面上，碎片分別位于兩個(gè)相互垂直的平面上， C2軸穿過中心軸穿過中心C原子，與兩個(gè)平面形成原子，與兩個(gè)平面形成45夾角。夾角。C2軸旋軸旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)180，兩個(gè)，兩個(gè)Cl，兩個(gè)

13、，兩個(gè)H和頭、尾兩個(gè)和頭、尾兩個(gè)C各自交換，整各自交換，整 個(gè)分子圖形復(fù)原。我們說它屬于個(gè)分子圖形復(fù)原。我們說它屬于C2點(diǎn)群，群元素為點(diǎn)群，群元素為E，C2。圖圖IV.船式環(huán)已烷船式環(huán)已烷圖圖V.N2H4 圖圖VI.NH3圖圖VII.P4S3圖圖VIII.CO分子分子圖圖I：I7-離子離子圖圖II：萘的二氯化物：萘的二氯化物 圖圖III：H3BO3分子分子 習(xí)慣上，習(xí)慣上， C1h = C1v = Cs非平衡態(tài)的乙烷（白色的非平衡態(tài)的乙烷（白色的為上層的為上層的H原原 子，黃色的子，黃色的為下層的為下層的H原子，）原子，）圖圖I圖圖II圖圖III圖圖IV圖圖V圖圖VI圖圖I 圖圖II 圖圖II

14、I 圖圖I圖圖II v圖圖1圖圖2Pt4(COOR)8（圖（圖3)是又一個(gè)是又一個(gè)D2d對(duì)稱性的分子。對(duì)稱性的分子。PTriphenylphosphinePPh3練習(xí)練習(xí)NNPyrimidineNPyridineHCH3HCH3HHHHHHHHOFuranHHHHHHHHHHHHHCHCCH3CH3CHCH3CH3H2CCH3CH3CHNCHCHNHN+N-HCFFFHCOOH 分子中的正負(fù)電荷中心可以重合，也可以不重分子中的正負(fù)電荷中心可以重合，也可以不重合。正負(fù)電荷中心不重合的分子稱為極性分子，有合。正負(fù)電荷中心不重合的分子稱為極性分子，有偶極矩。偶極矩是個(gè)矢量，規(guī)定其方向由正電重心偶極矩

15、。偶極矩是個(gè)矢量，規(guī)定其方向由正電重心指向負(fù)電重心，偶極矩是正負(fù)電重心間的距離指向負(fù)電重心，偶極矩是正負(fù)電重心間的距離r r與與電荷量電荷量q q的乘積。的乘積。 =qr=qr 偶極矩的單位為庫侖米偶極矩的單位為庫侖米（C m),在在cgs制中單位制中單位為為Debye（德拜）（德拜）D1D=3.33610-30C m 偶極矩偶極矩()()是表示分子中電荷分布情況的物是表示分子中電荷分布情況的物理量理量( (矢量矢量) )。分子的偶極矩和極化率分子的偶極矩和極化率 分子有無偶極矩與分子的對(duì)稱性有密切關(guān)系，可分子有無偶極矩與分子的對(duì)稱性有密切關(guān)系，可根據(jù)分子的對(duì)稱性為分子有無偶極矩做出簡單而明確

16、根據(jù)分子的對(duì)稱性為分子有無偶極矩做出簡單而明確的判據(jù)：只有屬于的判據(jù)：只有屬于Cn和和Cnv(n=1,2,3,)這兩類點(diǎn)群這兩類點(diǎn)群的分子才具有偶極矩，而其他點(diǎn)群的分子偶極矩為的分子才具有偶極矩，而其他點(diǎn)群的分子偶極矩為0，C1vC1hCs，Cs點(diǎn)群也包括在點(diǎn)群也包括在Cnv之中。之中。 上述判據(jù)的物理基礎(chǔ)是由于偶極矩是分子的靜態(tài)性質(zhì)，這上述判據(jù)的物理基礎(chǔ)是由于偶極矩是分子的靜態(tài)性質(zhì)，這種靜態(tài)性質(zhì)的特點(diǎn)是它在分子所性點(diǎn)群的每一對(duì)稱操作下，其種靜態(tài)性質(zhì)的特點(diǎn)是它在分子所性點(diǎn)群的每一對(duì)稱操作下，其大小和方向必須保持不變。因此，偶極矩矢量必須坐落在每一大小和方向必須保持不變。因此，偶極矩矢量必須坐落

17、在每一對(duì)稱元素上。由此可見，具有對(duì)稱中心的分子不可能有偶極矩，對(duì)稱元素上。由此可見，具有對(duì)稱中心的分子不可能有偶極矩，因?yàn)樘幵谠c(diǎn)上的矢量其大小為因?yàn)樘幵谠c(diǎn)上的矢量其大小為0 0。具有多個(gè)。具有多個(gè) 軸的分軸的分子，偶極矩應(yīng)為子，偶極矩應(yīng)為0 0，因?yàn)橐粋€(gè)矢量不可能同時(shí)與兩個(gè)方向的軸，因?yàn)橐粋€(gè)矢量不可能同時(shí)與兩個(gè)方向的軸相重合。只有相重合。只有 和和 點(diǎn)群，偶極矩矢量可和點(diǎn)群，偶極矩矢量可和 軸重合，正軸重合，正負(fù)電重心可分別處在軸的任意點(diǎn)上。具有鏡面對(duì)稱性的分子仍負(fù)電重心可分別處在軸的任意點(diǎn)上。具有鏡面對(duì)稱性的分子仍可以有偶極矩，而鏡面和二重反軸是等同的，所以不能說具有可以有偶極矩，而鏡面

18、和二重反軸是等同的，所以不能說具有反軸對(duì)稱性的分子都沒有偶極矩。反軸對(duì)稱性的分子都沒有偶極矩。 4.4.1 4.4.1 分子的偶極矩和分子的結(jié)構(gòu)分子的偶極矩和分子的結(jié)構(gòu)分子式偶極矩分子式偶極矩H2N2CO2CS2CH4COCHCl3H2S000000.403.503.67SO2H2ONH3HCNHFHClHBrHI5.336.174.909.856.373.572.671.40分子的偶極矩分子的偶極矩(1030 Cm) （Chirality and chiral molecules） 人的手是不對(duì)稱的，它不能與鏡像完全人的手是不對(duì)稱的，它不能與鏡像完全重疊，這種重疊，這種實(shí)物與鏡像不能重合的現(xiàn)

19、象稱為實(shí)物與鏡像不能重合的現(xiàn)象稱為手性手性。 把它推廣到分子上，一個(gè)分子如果它的把它推廣到分子上，一個(gè)分子如果它的實(shí)物與鏡像不能重合稱為手性分子。實(shí)物與鏡像不能重合稱為手性分子。凡是手凡是手性分子都有旋光性性分子都有旋光性，如果能重合則是非手性，如果能重合則是非手性分子。非手性分子實(shí)物與鏡像是同一化合物，分子。非手性分子實(shí)物與鏡像是同一化合物，不是異構(gòu)體；而手性分子實(shí)物與鏡像是不同不是異構(gòu)體；而手性分子實(shí)物與鏡像是不同的化合物，是一對(duì)立體異構(gòu)體，稱為的化合物，是一對(duì)立體異構(gòu)體，稱為對(duì)映體對(duì)映體。故旋光異構(gòu)又稱為故旋光異構(gòu)又稱為對(duì)映異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)。手性和手性分子手性和手性分子 許多化合物，特別是有

20、機(jī)物具有旋光性。化許多化合物，特別是有機(jī)物具有旋光性?；衔锸欠窬哂行庑?，與它的分子對(duì)稱性密切相合物是否具有旋光性，與它的分子對(duì)稱性密切相關(guān)關(guān). . 在有機(jī)化學(xué)中，凡是手性分子，都具有旋光在有機(jī)化學(xué)中，凡是手性分子，都具有旋光性，而非手性分子都沒有旋光性。對(duì)映體是一對(duì)性，而非手性分子都沒有旋光性。對(duì)映體是一對(duì)互相對(duì)映的手性分子，它們都有旋光性，而且它互相對(duì)映的手性分子，它們都有旋光性，而且它們的旋光能力是相同的，所不同的是兩者的旋光們的旋光能力是相同的，所不同的是兩者的旋光方向相反，即一個(gè)對(duì)映體是左旋的，另一個(gè)對(duì)映方向相反，即一個(gè)對(duì)映體是左旋的，另一個(gè)對(duì)映體是右旋的。體是右旋的。 分子的手性

21、和旋光性分子的手性和旋光性 光是一種電磁波。光波振動(dòng)的方向是與光光是一種電磁波。光波振動(dòng)的方向是與光的前進(jìn)方向垂直的。普通光的光波在各個(gè)不的前進(jìn)方向垂直的。普通光的光波在各個(gè)不同的方向上振動(dòng)。但如果讓它通過一個(gè)尼科同的方向上振動(dòng)。但如果讓它通過一個(gè)尼科爾爾(Nicol)棱鏡（用冰洲石制成的棱鏡），則棱鏡（用冰洲石制成的棱鏡），則透過棱鏡的光就只在一個(gè)方向（偏振面）上透過棱鏡的光就只在一個(gè)方向（偏振面）上振動(dòng)。這種光就叫做平面偏振光。偏振光能振動(dòng)。這種光就叫做平面偏振光。偏振光能完全通過晶軸與其偏振面平行的尼科爾棱鏡，完全通過晶軸與其偏振面平行的尼科爾棱鏡，而不能通過晶軸與其偏振面垂直的尼科爾棱

22、而不能通過晶軸與其偏振面垂直的尼科爾棱鏡。鏡。旋光性旋光性 當(dāng)平面偏振光通過某種介質(zhì)時(shí)，有的介質(zhì)對(duì)偏振當(dāng)平面偏振光通過某種介質(zhì)時(shí)，有的介質(zhì)對(duì)偏振光沒有作用，即透過介質(zhì)的偏振光的偏振面保持不光沒有作用，即透過介質(zhì)的偏振光的偏振面保持不變。而有的介質(zhì)卻能使偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。變。而有的介質(zhì)卻能使偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種能旋轉(zhuǎn)偏振光的偏振面的性質(zhì)叫做旋光性。具這種能旋轉(zhuǎn)偏振光的偏振面的性質(zhì)叫做旋光性。具有旋光性的物質(zhì)叫做旋光性物質(zhì)或光活性物質(zhì)。有旋光性的物質(zhì)叫做旋光性物質(zhì)或光活性物質(zhì)。 能使偏振光的偏振面向右旋的物質(zhì)，叫做右旋物質(zhì)；反之，能使偏振光的偏振面向右旋的物質(zhì)，叫做右旋物質(zhì)；反之，叫

23、做左旋物質(zhì)。通常用叫做左旋物質(zhì)。通常用d（拉丁文（拉丁文dextro的縮寫，的縮寫，右右的意思）的意思）或或+表示右旋；用表示右旋；用l（拉丁文（拉丁文laevo的縮寫，的縮寫，左左的意思）或的意思）或-表示左旋。偏振光的偏振面被旋光物質(zhì)所旋轉(zhuǎn)的角度，叫做表示左旋。偏振光的偏振面被旋光物質(zhì)所旋轉(zhuǎn)的角度，叫做旋光度，用旋光度，用表示。物質(zhì)旋光性的大小可用比旋光度表示。表示。物質(zhì)旋光性的大小可用比旋光度表示。圖光的振幅與前進(jìn)方向垂直圖光的振幅與前進(jìn)方向垂直 旋光儀是一種簡單儀器，由一個(gè)單色光源和兩個(gè)棱鏡組裝旋光儀是一種簡單儀器，由一個(gè)單色光源和兩個(gè)棱鏡組裝成，另有一裝棱鏡的器皿和光電記錄儀成，另有

24、一裝棱鏡的器皿和光電記錄儀. . 圖旋光儀示意圖圖旋光儀示意圖2 2旋光儀旋光儀 有機(jī)化學(xué)中經(jīng)常有含不對(duì)稱有機(jī)化學(xué)中經(jīng)常有含不對(duì)稱C原子的分子導(dǎo)致旋光原子的分子導(dǎo)致旋光異構(gòu)現(xiàn)象：例如乳酸、酒石酸、蘋果酸等，這些化異構(gòu)現(xiàn)象：例如乳酸、酒石酸、蘋果酸等，這些化合物至少含有一個(gè)結(jié)合四個(gè)不同基團(tuán)的不對(duì)稱合物至少含有一個(gè)結(jié)合四個(gè)不同基團(tuán)的不對(duì)稱C C原子。原子。乳酸的不對(duì)稱乳酸的不對(duì)稱C原子與原子與H、OH、CH3、COOH四個(gè)互四個(gè)互不相同的基團(tuán)結(jié)合，如圖它只能有兩種異構(gòu)體不相同的基團(tuán)結(jié)合，如圖它只能有兩種異構(gòu)體. . 又如酒石酸，它分子中兩個(gè)不對(duì)稱碳原子都結(jié)合又如酒石酸，它分子中兩個(gè)不對(duì)稱碳原子都結(jié)

25、合H、OH、COOH和和CH(OH)COOH四個(gè)不同的基團(tuán)，酒石酸的立體異四個(gè)不同的基團(tuán)，酒石酸的立體異構(gòu)體只有三個(gè)：兩個(gè)具有旋光性的異構(gòu)體分子不能相互重疊，構(gòu)體只有三個(gè)：兩個(gè)具有旋光性的異構(gòu)體分子不能相互重疊，互呈對(duì)映體關(guān)系，能組成一個(gè)外消旋體。第三個(gè)異構(gòu)體含有互呈對(duì)映體關(guān)系，能組成一個(gè)外消旋體。第三個(gè)異構(gòu)體含有一個(gè)對(duì)稱平面，所以不具旋光性，稱為內(nèi)消旋酒石酸。一個(gè)對(duì)稱平面，所以不具旋光性，稱為內(nèi)消旋酒石酸。有機(jī)化學(xué)中常用有無不對(duì)稱碳原子作為有無旋光性的標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)化學(xué)中常用有無不對(duì)稱碳原子作為有無旋光性的標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)簡單實(shí)用但不夠嚴(yán)密的標(biāo)準(zhǔn)。例如六螺旋分子，每個(gè)這是一個(gè)簡單實(shí)用但不夠嚴(yán)密的標(biāo)

26、準(zhǔn)。例如六螺旋分子，每個(gè)C原子的配位與苯環(huán)中原子的配位與苯環(huán)中C原子類同，但整個(gè)分子六個(gè)苯環(huán)形成螺旋原子類同，但整個(gè)分子六個(gè)苯環(huán)形成螺旋狀，故有旋光性。而狀，故有旋光性。而(H3CCHCONH)2分子有不對(duì)稱分子有不對(duì)稱C C原子卻沒原子卻沒有旋光性。因此，嚴(yán)格的定義為，有有旋光性。因此，嚴(yán)格的定義為，有平面，有對(duì)稱心平面，有對(duì)稱心i i，有，有S Sn n映轉(zhuǎn)軸的分子沒有旋光性，沒有映轉(zhuǎn)軸的分子沒有旋光性，沒有、i i、S Sn n的分子才有透光性。的分子才有透光性。圖六螺烯圖六螺烯(a)(a)和和(H3CCHCONH)2分子分子(b)(b) 3 3旋光性與對(duì)稱性旋光性與對(duì)稱性 人工合成的手

27、性分子，兩種對(duì)映體分子的數(shù)量是相等的，人工合成的手性分子，兩種對(duì)映體分子的數(shù)量是相等的，因此是外消旋產(chǎn)品。而天然動(dòng)植物中的手性分子，往往只有因此是外消旋產(chǎn)品。而天然動(dòng)植物中的手性分子，往往只有一種對(duì)映體出現(xiàn)。例如組成一種對(duì)映體出現(xiàn)。例如組成蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的2020多種天然氨基酸，多種天然氨基酸，除甘氨酸無旋光性外，其它基本上是左旋的。而組成核糖核除甘氨酸無旋光性外，其它基本上是左旋的。而組成核糖核酸的糖，基本上是右旋的，這是由于動(dòng)植物中的手性分子是酸的糖，基本上是右旋的，這是由于動(dòng)植物中的手性分子是由生物酶的不對(duì)稱催化作用產(chǎn)生的，在不對(duì)稱環(huán)境中形成的。由生物酶的不對(duì)稱催化作用產(chǎn)生的，在不對(duì)稱環(huán)

28、境中形成的。 酶是由蛋白質(zhì)與核酸組成的巨大的手性分子，是不對(duì)稱酶是由蛋白質(zhì)與核酸組成的巨大的手性分子，是不對(duì)稱的催化劑，有強(qiáng)烈的選擇性。由于酶的催化作用產(chǎn)生出不對(duì)的催化劑，有強(qiáng)烈的選擇性。由于酶的催化作用產(chǎn)生出不對(duì)稱蛋白質(zhì)和核酸，由不對(duì)稱蛋白質(zhì)和核酸又產(chǎn)生不對(duì)稱酶，稱蛋白質(zhì)和核酸，由不對(duì)稱蛋白質(zhì)和核酸又產(chǎn)生不對(duì)稱酶，所 以 生 命 不 斷 地 產(chǎn) 生 著 手 性 分 子 。所 以 生 命 不 斷 地 產(chǎn) 生 著 手 性 分 子 。近年不對(duì)稱合成成了合成化學(xué)地?zé)狳c(diǎn)，人們?yōu)榱双@得與近年不對(duì)稱合成成了合成化學(xué)地?zé)狳c(diǎn)，人們?yōu)榱双@得與天然纖維類似的人工纖維與天然材料相仿地人工材料，都必天然纖維類似的人工纖維與天然材料相仿地人工材料，都必須選擇不對(duì)稱合成。須選擇不對(duì)稱合成。4 4手性分子與不對(duì)稱合成手性分子與不對(duì)稱合成 根據(jù)分子的對(duì)稱性，可為根據(jù)分子的對(duì)稱性，可為分子有無旋光分子有無旋光性提出