zxy31有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象

1、學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：要求能熟練書寫各要求能熟練書寫各類型同分異構(gòu)體并類型同分異構(gòu)體并能正確命名能正確命名。難點：難點：構(gòu)象異構(gòu)的構(gòu)象異構(gòu)的正確書寫；對映異正確書寫；對映異構(gòu)的判斷和正確表構(gòu)的判斷和正確表達(dá)。達(dá)。重點：重點：幾何異構(gòu)、幾何異構(gòu)、對映異構(gòu)。對映異構(gòu)。一、一、 有機化合物同分異構(gòu)的幾個概念有機化合物同分異構(gòu)的幾個概念 分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)：分子中原子互相的結(jié)合稱為分子的 結(jié)構(gòu)。分子的構(gòu)造分子的構(gòu)造：分子中原子間相互連接的順序稱為 分子的構(gòu)造。分子的構(gòu)象分子的構(gòu)象：分子中原子或基團繞單鍵旋轉(zhuǎn)，在空間排列方式稱為分子的構(gòu)象。分子的構(gòu)型分子的構(gòu)型：分子中原子或基團在空間排列方式稱為分子的構(gòu)

2、型。同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)現(xiàn)象：化合物的分子式相同，分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體：具有同分異構(gòu)現(xiàn)象的化合物稱為同分異構(gòu)體。構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象：分子式相同，分子中原子相互連接順序不同現(xiàn)象稱為構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象。二、二、 碳架異構(gòu)現(xiàn)象碳架異構(gòu)現(xiàn)象 分子中碳原子相互連接的順序不同，產(chǎn)生不同的碳鏈或碳環(huán)現(xiàn)象，稱為 碳架（骨架）異構(gòu)現(xiàn)象碳架（骨架）異構(gòu)現(xiàn)象。1. 鏈烷烴的碳鏈異構(gòu)現(xiàn)象鏈烷烴的碳鏈異構(gòu)現(xiàn)象 甲烷CH4、乙烷CH3CH3、丙烷CH3CH2CH3無碳架異構(gòu)，用甲基CH3取代丙烷中不同類型的氫原子，得到碳架異構(gòu)的丁烷：取代伯氫取代伯氫取代仲氫取代仲氫戊烷2-甲基

3、丁烷取代伯氫取代伯氫2-甲基丁烷2,2-二甲基丙烷H CHCHCHCHHHHHHHCHCHCHCHCHH HHHHHHCHCHCCCHHHH HHHHHH CHCCHHH HHH CHCHCCCHHH H H HHHHCCCCHHCHHHHHHHHHHHCHH取代叔氫取代叔氫不同碳原子數(shù)的烷烴的碳架異構(gòu)體數(shù)目：62,491,178,805,83136631935189532111異異構(gòu)構(gòu)體體數(shù)數(shù)4020987654321C原原子子數(shù)數(shù) 隨鏈烷烴中碳原子數(shù)增加，碳架異構(gòu)體數(shù)目隨鏈烷烴中碳原子數(shù)增加，碳架異構(gòu)體數(shù)目急劇增加。急劇增加。寫出最長直鏈碳架式： C C C C C C C 縮掉一個C，再

4、接到縮短后的不同碳上，相當(dāng)于： C CCC C C CC C C C C CC 鏈烷烴碳架異構(gòu)體的推導(dǎo)鏈烷烴碳架異構(gòu)體的推導(dǎo) 用碳鏈逐步縮短的方法推導(dǎo)碳架異構(gòu)體數(shù)目， 以庚烷為例說明推導(dǎo)過程： 縮掉兩個C（相當(dāng)于一個CC或兩個C）接到縮短后的碳鏈上： C C C C CC CC C C C CCCC C C C CCCC C C C CCCC C C C CCC 縮掉三個C，或一個C和一個CC或一個CCC或一個CC接到縮短的原碳鏈上：C C C CCC CC C C CC C CC C C CC C CC C C CCCC 與與同同與與同同與與同同共共9個碳架異構(gòu)體個碳架異構(gòu)體C2. 環(huán)烷烴碳

5、架異構(gòu)現(xiàn)象環(huán)烷烴碳架異構(gòu)現(xiàn)象 逐步縮小碳環(huán)，縮下來的碳，連到縮小后的碳環(huán)的不同位置上，寫出環(huán)烷烴碳架異構(gòu)體。例如：環(huán)己烷 C6H12可以寫出12個異構(gòu)體： CCCCCCCC CCCCCCCC CCCC CC C CCCC三、三、 官能團位置異構(gòu)現(xiàn)象官能團位置異構(gòu)現(xiàn)象 官能團取代碳架異構(gòu)體中的不同氫原子，形成了官能團位置異構(gòu)現(xiàn)象。例例1. 丁烷有兩個碳架異構(gòu)體，可形成四個一元醇的 異構(gòu)體：CH3CH2CH2CH2OHCH3CHCH2CH3OH1-丁醇2-丁醇CH3CHCH2OHCH3CH3C OHCH3CH32-甲基-1-丙醇2-甲基-2-丙醇CH3CHCHCH3CH2CHCH2CH3CH3CC

6、H3CH2CHCCH2CH3CH3CCCH31-丁烯2-丁烯2-甲基丙烯1-丁炔2-丁炔例例2. 在丁烷碳鏈異構(gòu)體各碳上引入雙鍵或三鍵，形成官能團位置異構(gòu)體，可形成三個丁烯異構(gòu)體和兩個丁炔異構(gòu)體： 例例3. 碳環(huán)化合物也能形成官能團位置異構(gòu)體。 如甲酚有三個異構(gòu)體： CH3OHCH3OHOHCH3 鄰甲苯酚間甲苯酚對甲苯酚 在多官能團化合物中，官能團位置異構(gòu)體還表現(xiàn)在官能團相對位置，如溴代環(huán)己烯有三個異構(gòu)體：1-溴環(huán)己烯3-溴環(huán)己烯4-溴環(huán)己烯BrBrBr四、四、 官能團異構(gòu)現(xiàn)象官能團異構(gòu)現(xiàn)象 分子式相同，構(gòu)成官能團的原子連接順序和方式不同形成不同的官能團，可以形成不同類型化合物，構(gòu)成官能團異

7、構(gòu)現(xiàn)象。 例例1. 分子式為 C3H6 的化合物，可以是丙烯CH2=CHCH3 和環(huán)丙烷 兩個化合物。例例2. 分子式為 C2H6O 的化合物，可以是甲醚CH3OCH3 和乙醇 CH3CH2OH 兩個化合物。例例3. 分子式為 C2H4O 的化合物，可以是乙醛 CH3CHO、乙烯醇 CH2=CH-OH 和環(huán)氧乙烷 三個化合物。例例4. 分子式為C4H8O的化合物可以有醛、酮、烯醇、烯基醚、脂環(huán)醇和環(huán)氧烷烴等六類化合物。如： 分子中原子數(shù)目越多，形成官能團異構(gòu)體數(shù)目分子中原子數(shù)目越多，形成官能團異構(gòu)體數(shù)目也越多。也越多。C C C OCC C C COC C C C OHCH2CHOCH3CH3

8、異丁醛丁酮OHC C C CO2-丁烯醇乙基乙烯基醚環(huán)丁醇1,2-環(huán)氧丁烷五、五、 互變異構(gòu)現(xiàn)象互變異構(gòu)現(xiàn)象 在常溫下，不同官能團異構(gòu)體處于動態(tài)平衡之中，能很快地互相轉(zhuǎn)變，稱為互變異構(gòu)現(xiàn)象（特殊的官能團異構(gòu)）。例例1. 酮與烯醇間互變異構(gòu):CH3C CH2C CH3OOCH3C CHC CH3OOH（24%）（76%）CH3C CH2C O C2H5OOCH3C CH C O C2H5OHO（92.5%）（7.5%）例例2. 硝基烷烴與酸式硝基烴間互變異構(gòu) 例例3. 亞硝基苯酚與肟互變異構(gòu) OHN OON OH 在這些平衡混合物中，各組分是互為同分異構(gòu)體，但很難分離出純的某種互變異構(gòu)體。CH3

9、CH2NOOCH3CHNOHO一、一、 鏈烷烴的構(gòu)象鏈烷烴的構(gòu)象1. 基本概念基本概念 構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象：在常溫下，分子中的原子或基團繞著單鍵（鍵）旋轉(zhuǎn)，在空間產(chǎn)生了一系列不同的排列方式的現(xiàn)象。每一種排列稱為構(gòu)象異構(gòu)體（異象體）構(gòu)象異構(gòu)體（異象體）。 穩(wěn)定構(gòu)象穩(wěn)定構(gòu)象：在一系列構(gòu)象中能量最低（最穩(wěn)定、存在時間最長或出現(xiàn)概率最大）的構(gòu)象稱為穩(wěn)定構(gòu)象，又稱為優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象。2. 乙烷的構(gòu)象乙烷的構(gòu)象 乙烷分子繞CC 鍵旋轉(zhuǎn) ，產(chǎn)生無數(shù)個構(gòu)象異構(gòu)體，其中有兩個典型構(gòu)象異構(gòu)體，稱為極限構(gòu)象異構(gòu)體重疊式（順疊式）構(gòu)象、交叉式（反疊式）構(gòu)象。重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象 構(gòu)象的表示方法構(gòu)象的表示方法：鋸

10、架式、立體透視式和紐曼投影式。 紐曼投影式紐曼投影式：把乙烷分子模型的CC鍵的一端對著觀察者，另一端遠(yuǎn)離觀察者，進(jìn)行投影操作，兩碳原子重合。前一個碳用 表示，后一個碳用 表示。 用前一個碳和后一個碳上的兩個CH鍵與CC鍵構(gòu)成的兩平面的二面角“”旋轉(zhuǎn)的角度表示構(gòu)象。為0、120、240時為重疊式構(gòu)象，為60、180、300時為交叉式構(gòu)象。交叉式構(gòu)象是穩(wěn)定構(gòu)象，重疊式構(gòu)象是不穩(wěn)定構(gòu)象。 分子處于熱運動狀態(tài)，從交叉式構(gòu)象轉(zhuǎn)到另一交叉式構(gòu)象僅需要克服12.6 kJmol-1能壘，因此各種構(gòu)象處于動態(tài)平衡。 重疊式構(gòu)象不穩(wěn)定的原因是兩個碳上的 CH 鍵處于重疊位置，相距最近，兩個 CH鍵的兩個電子對互相

11、排斥，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)張力最大，分子的熱力學(xué)能最高。 在交叉式構(gòu)象中，兩 CH 鍵距離最遠(yuǎn)，扭轉(zhuǎn)張力最小，分子熱力學(xué)能最低，是最穩(wěn)定構(gòu)象。溫度降低，穩(wěn)定構(gòu)象數(shù)量增加溫度降低，穩(wěn)定構(gòu)象數(shù)量增加。3. 丁烷的構(gòu)象丁烷的構(gòu)象 丁烷的結(jié)構(gòu)比乙烷復(fù)雜，先討論繞 C2C3 鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的構(gòu)象。有四種極限構(gòu)象，其熱力學(xué)能及動態(tài)平衡中各異構(gòu)體含量如下：全重疊式部分交叉式部分重疊式對位交叉式熱力學(xué)能/kJmol-118.83.715.90室溫下含量/%018072 在對位反交叉式構(gòu)象中，扭轉(zhuǎn)張力最小，兩個大基團（CH3）相距最遠(yuǎn)，非鍵張力（范德華排斥力）最小，能量最低，是優(yōu)勢構(gòu)象；其次是部分交叉構(gòu)象，能量較低；再次是部分

12、重疊構(gòu)象，能量較高；能量最高的是全重疊式構(gòu)象，其鍵電子對扭轉(zhuǎn)張力最大，兩個大基團相距最近，非鍵張力也最大，是最不穩(wěn)定構(gòu)象。 這些構(gòu)象能量差 18.8 kJmol-1，室溫下仍可以繞 C2-C3 鍵自由轉(zhuǎn)動，相互轉(zhuǎn)化，呈動態(tài)平衡。 丁烷分子也可以繞 C1C2 和 C3C4 鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生類似的構(gòu)象。 相鄰的兩碳上的 CH 鍵都處于反位交叉式，碳鏈呈鋸齒狀排列：4. 正構(gòu)烷烴的構(gòu)象正構(gòu)烷烴的構(gòu)象 高碳數(shù)鏈烷烴的優(yōu)勢構(gòu)象：相鄰的碳原子的構(gòu)象都是反位交叉式，碳鏈呈鋸齒狀排列 。二、二、 環(huán)烷烴的構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象環(huán)烷烴的構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象 1. 環(huán)丙烷的構(gòu)象環(huán)丙烷的構(gòu)象 環(huán)丙烷是三個碳原子的環(huán)，只能是平面構(gòu)象平面構(gòu)象

13、，即它的構(gòu)型。 盡管只有一種構(gòu)象，但這個環(huán)極不穩(wěn)定，主要因為： (1) 所有CH鍵都是重疊構(gòu)象，扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力大。 (2) C原子是不等性雜化或彎曲鍵，有“角張力角張力”存在。2. 環(huán)丁烷的構(gòu)象環(huán)丁烷的構(gòu)象 環(huán)丁烷有兩種極限構(gòu)象： 平面式構(gòu)象平面式構(gòu)象：像環(huán)丙烷一樣，不穩(wěn)定，因為扭轉(zhuǎn)張力和“角張力”存在。 蝶式構(gòu)象蝶式構(gòu)象：能緩解扭轉(zhuǎn)張力和角張力，呈蝶式構(gòu)象。 通過平面式構(gòu)象，由一種蝶式翻轉(zhuǎn)成為另一種蝶式構(gòu)象，處于動態(tài)平衡。蝶式是優(yōu)勢構(gòu)象。3. 環(huán)戊烷的構(gòu)象環(huán)戊烷的構(gòu)象環(huán)戊烷的構(gòu)象主要是信封型和半椅型構(gòu)象。兩者處于平衡。因為平面構(gòu)象能量較大，一般認(rèn)為環(huán)戊烷采取這種構(gòu)象的可能性很少。平面型信封

14、型半椅型Baeyer 1885年提出張力學(xué)說，認(rèn)為環(huán)狀化合物是平面構(gòu)型。Sachse 1889年質(zhì)疑張力學(xué)說只適合小環(huán)，提出環(huán)己烷有船型、椅型兩種構(gòu)象。Hassle 1930年利用偶極矩測定法偶極矩測定法和電子衍射法電子衍射法研究環(huán)己烷構(gòu)象，CCC=109.5，氣相、液相中環(huán)己烷幾乎全是椅型構(gòu)象。Barton 1950年發(fā)展了Hassle的構(gòu)象理論，以甾族化合物為對象提出構(gòu)象分析構(gòu)象分析，把構(gòu)象分析明確地引入有機化學(xué)中。Hassel 和Barton共同獲1969年Nobel化學(xué)獎。 4. 環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象 (1) 歷史Baeyer(2) 椅型和船型構(gòu)象保持環(huán)己烷碳原子的109.5鍵角，

15、提出了椅型和船型構(gòu)象。 椅型構(gòu)象椅型構(gòu)象：C1、C2、C4、C5在一個平面上，C6和C3分別在平面的下方和平面的上方，很像椅腳和椅背，故稱“椅型椅型”。 船型構(gòu)象船型構(gòu)象：C1、C2、C4、C5在一個平面上，C3和C6在平面上方。形狀像只船，C3和C6相當(dāng)船頭和船尾，故稱“船型船型”。椅型構(gòu)象船型構(gòu)象 在椅型構(gòu)象中,從透視式和紐曼式中可以看到：相鄰的兩個碳上的 CH 都是交叉式構(gòu)象，非鍵合的氫間最近距離0.25 nm，大于0.24 nm（正常非鍵合氫之間的距離）。無各種張力，是優(yōu)勢構(gòu)象，在平衡構(gòu)象中約占99.9%。環(huán)己烷的椅型構(gòu)象立體透視式立體透視式紐曼式紐曼式 在船型構(gòu)象中，船底四個 C 中

16、 C1 和 C2 ，C4 和 C5 是重疊構(gòu)象，有扭轉(zhuǎn)張力，船頭和船尾兩個伸向船內(nèi)的氫（旗桿鍵上氫旗桿鍵上氫）相距0.183nm，小于正常非鍵氫原子間距離(0.24nm)，有非鍵張力，它的能量比椅型高 30 kJmol-1。 立體透視式立體透視式紐曼式紐曼式(3) 扭船型和半椅型構(gòu)象 扭船型構(gòu)象： 將船型構(gòu)象的碳扭轉(zhuǎn)約30，變成扭船型：環(huán)己烷的扭船型構(gòu)象 與船型相比：旗桿鍵的氫非鍵張力減少；船底CH的扭轉(zhuǎn)張力比船型構(gòu)象低 7 kJmol-1。 半椅型構(gòu)象與椅型相比：有扭轉(zhuǎn)張力有角張力能量高出46kJmol-1CH2CH2543612345621(4) 環(huán)的翻轉(zhuǎn) 當(dāng)由一種椅型翻轉(zhuǎn)成另一種椅型構(gòu)象

17、時，要經(jīng)過兩個半椅型，兩個扭船型和一個船型等構(gòu)象：123456123456(5) 平伏鍵與直立鍵 環(huán)己烷的椅型構(gòu)象中，六個碳原子分別在 兩個平行的平面中。C1、C3、C5在上面的平面中，C2、C4、C6在下面的平面中。一個三重對稱軸，垂直于兩平面。C3 直立鍵直立鍵：每個碳上有一根與C3軸平行的 CH 鍵，稱直立鍵，也稱豎直鍵（a 鍵鍵）。有三根向上，三根向下。 平伏鍵平伏鍵：每個碳上有一根與平行平面成 19角的CH 鍵稱平伏鍵，也稱水平鍵（e 鍵）。有三根向上偏向上偏19，三根向下偏向下偏 19。 直立鍵與平伏鍵轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換：當(dāng)從一種椅型構(gòu)象翻轉(zhuǎn)成另一種椅型構(gòu)象時，平伏鍵轉(zhuǎn)變成直立鍵，直立鍵變成

18、平伏鍵。a ee a 這種翻轉(zhuǎn)可用 NMR譜跟蹤，當(dāng)溫度降到 -89時，可清楚測到 C6D11H 的a鍵上H和e鍵上H。. 取代環(huán)己烷的構(gòu)象取代環(huán)己烷的構(gòu)象 (1) 一取代環(huán)己烷：有取代基 R 在 a 鍵上和在 e 鍵上兩種構(gòu)象。在 e 鍵上的構(gòu)象穩(wěn)定。因為，R 在e 鍵上是對位交叉構(gòu)象，遠(yuǎn)離C3、C5上 a 鍵的H；在 a 鍵上是鄰位交叉構(gòu)象與C3、C5上 a 鍵H有非鍵吸引力。隨著 R 基團的增大，在 e 鍵上的構(gòu)象比例增加。R在a鍵和e鍵(2) 二取代環(huán)己烷：二取代環(huán)己烷： 二取代基的情況有幾種取代位置，還有順反關(guān)系。一般是大取代基在 e 鍵上的是穩(wěn)定構(gòu)象。立體化學(xué)中研究環(huán)己烷衍生物性質(zhì)

19、時，經(jīng)常引入一個叔丁基，此時，叔丁基在 e 鍵的構(gòu)象穩(wěn)定，環(huán)不易再翻轉(zhuǎn)，稱為 “鎖住效鎖住效應(yīng)應(yīng)” 。反式-1-甲基-4-叔丁基環(huán)己烷構(gòu)象順式-1-甲基-4-叔丁基環(huán)己烷構(gòu)象(3) 多取代基環(huán)己烷：多取代基環(huán)己烷：在確定多取代環(huán)己烷的構(gòu)象時，一般是大取代基在 e 鍵上，多個取代基在 e 鍵上的構(gòu)象穩(wěn)定。一、一、 含雙鍵化合物的順反異構(gòu)現(xiàn)象含雙鍵化合物的順反異構(gòu)現(xiàn)象 雙鍵 C=CC=N-和 -N=N- 阻礙了形成雙鍵的原子繞兩原子軸線旋轉(zhuǎn)，使兩原子上連的不同原子或基團出現(xiàn)了不同空間排列，即出現(xiàn)了順反(幾何)異構(gòu)現(xiàn)象。1. 含含 C=C 鍵化合物的順反異構(gòu)現(xiàn)象鍵化合物的順反異構(gòu)現(xiàn)象(1) 在雙鍵兩

20、端各連有不同的兩個原子或基團時，有兩種排列方式：a）相同的原子或基團在鍵的同側(cè)為順式異構(gòu)體；b)相同的原子或基團在鍵的兩側(cè)為反式異構(gòu)體。(2) 當(dāng)雙鍵上連有四個不同原子或基團時，也有兩種排列，出現(xiàn)兩個異構(gòu)體： 用“順序規(guī)則順序規(guī)則”來區(qū)分 a、b、d、e 原子或基團。連在同一個碳上的兩個基團相比較，如果兩個碳連的“較優(yōu)”基團在鍵平面的同側(cè)者稱為 Z-異構(gòu)體異構(gòu)體，用 Z 表示；如果兩個較優(yōu)基團在鍵的異側(cè)者稱為 E-異構(gòu)體異構(gòu)體，用 E 表示。命名時，Z、E 放到括號中，放到名稱前面。用“”表示順序方向，箭頭指向 “較優(yōu)”基團。注意注意：順/反，Z/E 是兩種命名方法，后者包括前者，但順式不完全

21、是 Z 式，反式也不完全是E式。 在分子中存在多于一個雙鍵時，分別判斷每個雙鍵的Z、E構(gòu)型。命名時，低位號者寫在前面，中間用逗號隔開，放括號中，寫在名稱之前。 在含雙鍵主鏈的編號遵守 “雙鍵的位次盡可能小 ”的原則外，若有選擇時，編號由Z型雙鍵開始（Z優(yōu)先于E）：2. 含含 C=N 雙鍵化合物的順反異構(gòu)雙鍵化合物的順反異構(gòu)有機化合物亞胺、肟、腙，羰基縮氨基脲等化合物分子中含 C=N 鍵，有Z、E-異構(gòu)體。 3. 含含 N=N 雙鍵化合物的順反異構(gòu)雙鍵化合物的順反異構(gòu)偶氮化合物含有 N=N鍵，N上兩個基團在鍵同側(cè)的為順式或 Z式，在異側(cè)的為反式或E式： 二、二、 含碳環(huán)化合物的順反異構(gòu)現(xiàn)象含碳環(huán)

22、化合物的順反異構(gòu)現(xiàn)象 把環(huán)狀化合物的碳環(huán)近似看作一個平面，環(huán)碳原子上的取代基有在平面上、下之分，會出現(xiàn)順反異構(gòu)現(xiàn)象。 兩個碳原子上兩個取代基在平面同側(cè)的為順（cis-）式異構(gòu)體，在異側(cè)的為反（ trans-）式異構(gòu)體。命名時，“順”或“反”置于名稱前： 有兩個以上環(huán)碳原子上各有一個取代基時，選擇其中位次最低者 為“參考基團”，在位號前加 “r”表示，其余取代基用順或反表示與 “參考基團”的立體關(guān)系：一、一、 手性分子的概念手性分子的概念 1. 手性手性 把左手放到鏡子面前，左手的鏡像與右手相同，左、右手的關(guān)系相對映而不重合。 手性手性：物質(zhì)與鏡像相對映而不重合的性質(zhì)稱為手性 。 手性分子手性分

23、子：具有手性的分子稱為手性分子。手性分子最大特征是具有旋光性。 非手性分子非手性分子：不具有手性的分子稱為非手性分子。判斷分子的手性： 分子與其鏡像重合稱為非手性分子；分子與其分子與其鏡像重合稱為非手性分子；分子與其鏡像不重合稱為手性分子。鏡像不重合稱為手性分子。2. 分子的手性中心分子的手性中心3. 對映異構(gòu)現(xiàn)象對映異構(gòu)現(xiàn)象 兩個乳酸的分子式相同，分子構(gòu)造也相同，但分子中原子和基團在空間排列不同，形成實物與鏡像的關(guān)系，這種現(xiàn)象稱為對映異構(gòu)現(xiàn)象對映異構(gòu)現(xiàn)象；具有對映異構(gòu)現(xiàn)象的分子稱為對映異構(gòu)體對映異構(gòu)體。二、二、 分子的對稱性與手性分子的對稱性與手性 1. 對稱面對稱面 能把分子切成互為鏡像的

24、兩半的平面，稱為分子 的對稱面對稱面，常用表示，如下圖： 甲烷CH4有六個對稱面，即通過四面體每條棱與中心碳原子的平面。 三氯甲烷CHCl3有三個對稱面，即通過四面體和氫原子相連的每條棱與中心碳原子的平面。 苯分子有七個對稱面，即通過正六邊形對邊中點與分子平面垂直的三個平面，通過正六邊形對角與分子平面垂直的三個平面，另一個是六個碳原子六個氫原子所在的分子平面。 順-1,3-二甲基環(huán)丁烷有兩個對稱面，即通過四邊形對角與四邊形平面垂直的兩個平面。2. 對稱中心對稱中心 苯、反-1,3-二甲基環(huán)丁烷和反-2,3-二氯-2-丁烯都有對稱中心。 若分子中有一點 “i”，分子中任何一個原子或基團與i點連線

25、，在其延長線的相等距離處都能遇到相同原子或基團， i點是該分子的對稱中心對稱中心。 如圖：3. 對稱性與手性的關(guān)系對稱性與手性的關(guān)系 一般情況下，具有對稱面或?qū)ΨQ中心的分子無手性，是非手性分子。常用對稱性判斷分子是否是手性分子。三、三、 手性碳構(gòu)型的表示手性碳構(gòu)型的表示1、構(gòu)型的表示式、構(gòu)型的表示式球棒式球棒式：把碳原子、與碳相連的原子或基團畫成球，標(biāo)出化學(xué)符號，用棒表示共價鍵。 立體透視式立體透視式 ：手性碳放在紙面上，粗實線或楔線連接的原子或基團在紙面前 ，用虛線連接的在紙面后，用細(xì)實線連接的在紙面上。費歇爾投影式：費歇爾投影式：2. 構(gòu)型的標(biāo)記（1）D-L構(gòu)型標(biāo)記法在費歇爾投影式中，手性

26、碳上的OH在右邊的構(gòu)型()規(guī)定為 D 型， OH在左邊的構(gòu)型()是 L型。 若abc是順時針方向轉(zhuǎn)，手性碳原子為 R-構(gòu)型；若abc是逆時針方向轉(zhuǎn)，手性碳原子為 S-構(gòu)型。 （2） R-S構(gòu)型標(biāo)記法構(gòu)型標(biāo)記法3. 注意注意(1) D構(gòu)型不一定是R構(gòu)型，L構(gòu)型也不全是S構(gòu)型。(2) 在D-L標(biāo)記中，在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中手性中心構(gòu)型不變化，產(chǎn)物構(gòu)型標(biāo)記不變化。(3) 在R-S構(gòu)型標(biāo)記中，在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中即使手性中心構(gòu)型不改變，產(chǎn)物構(gòu)型的標(biāo)記有可能改變。例如：例如：OHHCOOHClHCOOH（2R,3R）-2-羥基-3-氯丁二酸（2S,3S）-2,3-丁二醇HOHCH3OHHCH34. 命名標(biāo)記命名標(biāo)

27、記 已明確構(gòu)型的手性化合物在命名時要將 R、S 放到名稱前并與名稱間用半字線“-”隔開。 如果分子中有多個手性碳，要分別判斷每個手性碳的構(gòu)型是R或S。命名時將手性碳位號與R 或 S 一起放在括號內(nèi)，寫到名稱前面。5. 費歇爾投影式與分子構(gòu)型費歇爾投影式與分子構(gòu)型 書寫費歇爾投影式明確規(guī)定，豎放的基團伸向紙面后方，橫放的基團伸向紙面前方。費歇爾投影式在紙面上轉(zhuǎn) 180度，保持分子的構(gòu)型不變化。費歇爾投影式在紙面上轉(zhuǎn) 90 度或270度，改變了橫線與豎線的關(guān)系,也就改變了原來的構(gòu)型。費歇爾投影式也不能離開紙面翻轉(zhuǎn)180 度，這樣也改變了原來的構(gòu)型。例例1 1.轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)270改變構(gòu)型改變構(gòu)型C2H5CH

28、3BrHS-轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)9090改變構(gòu)型改變構(gòu)型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)180180保持構(gòu)型保持構(gòu)型HCH3C2H5BrC2H5CH3HBrCH3C2H5BrHS-R-R-例例2.2.FClCH3HClFCH3H翻轉(zhuǎn)180改變構(gòu)型 如果費歇爾投影式的手性原子上連的基團交換一次，改變原來的構(gòu)型；連續(xù)交換兩次保持原來的構(gòu)型。例例3.3. 一、 化合物的旋光性及其測定二、 含一個手性碳原子化合物的光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象三、 含多個手性碳原子化合物的光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象 四、 碳環(huán)化合物的對映異構(gòu)現(xiàn)象一、一、 化合物的旋光性及其測定化合物的旋光性及其測定1. 偏光偏光 普通光是一種電磁波，光振動方向與前進(jìn)方向垂直。 一束普通光通過尼科爾（Nico

29、l）棱鏡或其他偏振片，只有在與棱鏡晶軸平行的平面上振動的光能透過，透過的光叫平面偏振光平面偏振光，簡稱偏光。 旋光性物質(zhì)旋光性物質(zhì)：能使偏光振動平面旋轉(zhuǎn)角度的物質(zhì)，有旋光性，稱為旋光性物質(zhì)或稱光學(xué)活性物質(zhì)。非旋光性物質(zhì)非旋光性物質(zhì)：不能使偏光振動平面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，無旋光性，稱為非旋光性物質(zhì)或稱無光學(xué)活性物質(zhì)。2. 旋光性物質(zhì)與旋光度旋光性物質(zhì)與旋光度旋光度旋光度：旋光性物質(zhì)使偏振光振動平面旋轉(zhuǎn)角，角稱為旋光度。旋光度值與試樣溫度、溶劑種類、試樣濃度、盛液管長度及光源有關(guān)。試樣濃度增加一倍或盛液管長度增加一倍，測得的值都增加一倍。物質(zhì)旋光度的測定物質(zhì)旋光度的測定：旋光儀的讀數(shù)為=25o, 實際是1

30、80（n為整數(shù)）。旋光儀分不出是+25、+205、+385或-155等?，F(xiàn)代數(shù)字化旋光儀可直接顯示旋光方向和旋光度值。3. 比旋光度比旋光度 為了使用方便，常用比旋光度代替旋光度。 :測得的旋光度 C ：試樣質(zhì)量濃度，或純液體密度，單位gmL-1 l :盛樣管長度，單位dm t :試樣溫度，單位：光源波長 （通常鈉光源，用 D表示，波長589 nm) lCt 比旋光度是旋光性物質(zhì)的一個物理常數(shù)，可以定量地表示物質(zhì)的旋光能力。像其他物理常數(shù)一樣，是旋光性物質(zhì)的一種屬性。右旋光化合物右旋光化合物 ：使偏振光的振動平面向右（順時針）旋轉(zhuǎn)的化合物，稱右旋光化合物，用“+”表示右旋光方向。左旋光化合物左

31、旋光化合物 ：使偏振光的振動平面向左（逆時針）旋轉(zhuǎn)的化合物，稱左旋光化合物，用“-”表示左旋光方向。 在標(biāo)記旋光度時，還須表示出使用的溶劑。例如，在20用鈉光源的旋光儀測得葡萄糖水溶液和果糖水溶液的比旋光度分別為右旋52.5和左旋93,分別寫作葡萄糖 +52.5（水）和果糖 - 93（水）。20 Da=20 Da=1. 分子的旋光性與手性分子的旋光性與手性例例1. 肌肉中分離出來的乳酸是右旋光乳酸, +3.82 (水) 葡萄糖發(fā)酵得到乳酸是左旋光乳酸， -3.82(水) 乳酸是手性分子 ,一個是R-型 CH3*CHOHCOOH一個是S-型CH3*CHOHCOOH。15 D15 D二、二、 含一

32、個手性碳原子化合物的光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象含一個手性碳原子化合物的光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象2. 對映體和外消旋體對映體和外消旋體 對映體對映體：像乳酸這樣，分子式相同，構(gòu)造也相同，構(gòu)型不同，形成實物與鏡像不能重合關(guān)系的兩種分子的現(xiàn)象，稱為對映異構(gòu)現(xiàn)象對映異構(gòu)現(xiàn)象 ，這種異構(gòu)體稱為對映異構(gòu)體，簡稱對映體對映體。由于這種異構(gòu)體都具有旋光能力，因此又有旋光異構(gòu)現(xiàn)象和旋光異構(gòu)體之稱，簡稱光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象 和旋光體旋光體。 對映體是成對存在的，它們旋光能力相同，但旋光方向相反。外消旋體外消旋體：等量(-)-乳酸和(+)-乳酸混合，得到的混合乳酸無旋光性，稱為外消旋乳酸外消旋乳酸 ，常寫作()-乳酸。酸牛奶的乳酸就是(

33、)-乳酸。對映體性質(zhì)對映體性質(zhì)：在非手性環(huán)境中，對映體的性質(zhì)沒有區(qū)別，熔點、沸點、熔解度、轉(zhuǎn)化速率等均相等。在手性環(huán)境中，對映體的性質(zhì)不同。如在偏光下旋光方向性不同；在手性試劑中轉(zhuǎn)化速率不同。在非手性條件下合成手性化合物，得到的產(chǎn)物往往是外消旋體。外消旋光外消旋光：旋光性化合物在物理因素或化學(xué)試劑作用下，變成兩個對映體的平衡混合物，逐步失去旋光性的過程稱為外消旋化外消旋化 。 手性碳的構(gòu)型是由順序規(guī)則確定的，R , S-構(gòu)型標(biāo)記也是相對的。手性化合物的旋光方向是由實驗測得的，構(gòu)型標(biāo)記與旋光方向無必然的聯(lián)系。例：例：HOHCH2OHCHOOHHCHOCH2OHHOHCH3COOHOHHCH3CO

34、OH(R)-(+)-甘油醛(S)-(-)-甘油醛(R)-(-)-乳酸(S)-(+)-乳酸3. 旋光性與分子構(gòu)型旋光性與分子構(gòu)型4. 旋光性化合物的命名旋光性化合物的命名 一個完整的旋光性化合物的名稱包括三部分： （構(gòu)型標(biāo)記）（旋光方向標(biāo)記）系統(tǒng)名稱 如 ：(R)-(-)-2-羥基丙酸。三、三、 含多個手性碳原子化合物的光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象含多個手性碳原子化合物的光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象1. 含有多個不同手性碳原子的化合物含有多個不同手性碳原子的化合物 含有一個手性碳原子的化合物有兩個旋光異 構(gòu)體（一對對映體）。 含有兩個不同手性碳原子的化合物有四個旋光異構(gòu)體（兩對對映體）。例如：氯代蘋果酸有四個構(gòu)型異構(gòu)體： 對映

35、體與非對映體的性質(zhì)不同。例如，氯代蘋果酸的光學(xué)異構(gòu)體的性質(zhì)不同，如下表： 異構(gòu)體構(gòu)型D熔點/（2R，3R）-31.3（乙酸乙酯）173（2S，3S）+31.3（乙酸乙酯）173（2R，3S）-9.4（水）167（2S，3R）+9.4 （水）167氯代蘋果酸的各種異構(gòu)體的物理性質(zhì)氯代蘋果酸的各種異構(gòu)體的物理性質(zhì)含有多個不同手性碳的化合物 光學(xué)異構(gòu)體數(shù)目=2n (n為不相同手性碳原子數(shù)目)例如：有CA CB CD 三個手性碳的化合物，有8個異構(gòu)體（4對對映體）：2. 含有兩個相同手性碳原子的化合物含有兩個相同手性碳原子的化合物 (1) 光學(xué)異構(gòu)體的數(shù)目 例：2,3-二羥基丁二酸 (HOOC*CHO

36、H*CHOHCOOH) I與II互為對映體，III在紙面上旋轉(zhuǎn)180，變?yōu)镮V ，兩者是同一個化合物。 III（IV）分子內(nèi)有一對稱面，非手性化合物，無旋光性，稱為內(nèi)消旋體。用“meso-”或“m-”表示。命名時在名稱前加“meso-”，習(xí)慣上內(nèi)消旋體也看成旋光異構(gòu)體。 (2) 對映體、內(nèi)消旋體、外消旋體的性質(zhì)比較 2,3-二羥基丁二酸（酒石酸）的性質(zhì)如下表所示。對映體的性質(zhì)與內(nèi)消旋體、外消旋體的性質(zhì)不同。酒石酸熔點/ 溶解度/g(100g水)-1相對密度/d20pKa1pKa2（R,R)-酸170+121391.7602.934.32（S,S)-酸170-121391.7602.934.32Meso-酸140無1251.6