第7章旋光异构IV.ppt

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1、第七章第七章 对映异构对映异构一、物质的旋光性一、物质的旋光性二、物质的旋光性与分子结构的关系二、物质的旋光性与分子结构的关系三、含一个手性碳原子化合物的三、含一个手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构四、含两个手性碳原子化合物的四、含两个手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构五、不含手性碳原子化合物的五、不含手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构六、环状化合物的立体异构六、环状化合物的立体异构七、反应中的立体化学七、反应中的立体化学 一、物质的旋光性一、物质的旋光性（一）平面偏振光和旋光性（一）平面偏振光和旋光性 1平面偏振光平面偏振光 光波是电磁波，它的振动方向与其光波是电磁波，它的振动方向与其前进方

2、向垂直前进方向垂直AABBCD光源（1）光的前进方向与振动方向DC（2）普通光的振动平面图 6-1 光的传播光束前进方向光的传播与普通光光的传播与普通光AABCDBDCAA普通光平面偏振光晶轴Nicol棱晶 如果将普通光线通过如果将普通光线通过 1个个 Nicol 棱镜。它好象棱镜。它好象1个栅栏，个栅栏，只允许与棱镜晶轴相互平行的平面上振动的光线只允许与棱镜晶轴相互平行的平面上振动的光线AA透透过棱晶，而在其他平面上振动的光线如过棱晶，而在其他平面上振动的光线如BB、CC、DD则被阻挡住则被阻挡住。这种只在一个平面上振动的光叫平面偏振平面偏振光光。简称偏振光偏振光或偏光偏光.AABCDBDC

3、AAAABCDBDCAA乙醇不旋光物质乳酸旋光性物质无旋光性物质无旋光性物质 能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体(以以 d 或或“+”表示），能使偏振光振动平面向左旋转的物质表示），能使偏振光振动平面向左旋转的物质称左旋体称左旋体(以以 l 或或“”表示），使偏振光振动平面旋转表示），使偏振光振动平面旋转的角度称为的角度称为旋光度旋光度，用，用表示。表示。一、物质的旋光性一、物质的旋光性（一）平面偏振光和旋光性（一）平面偏振光和旋光性 1平面偏振光平面偏振光 2物质的旋光性物质的旋光性 能使平面偏振光振动平面发生偏转的能使平面偏振光振动平面发生偏转

4、的性质称为性质称为物质的旋光性物质的旋光性，具有旋光性的，具有旋光性的物质称为物质称为旋光性物质旋光性物质（也称为（也称为光活性物光活性物质质）。）。旋光异构旋光异构 旋光旋光异构异构是指分子式、构造式相是指分子式、构造式相同，构型不同，物理性质和化学性质同，构型不同，物理性质和化学性质基本相同，性质上的差异主要表现在基本相同，性质上的差异主要表现在使平面偏振光偏转的性质不同（旋光使平面偏振光偏转的性质不同（旋光性能）上的立体异构现象。性能）上的立体异构现象。一、物质的旋光性一、物质的旋光性（一）平面偏振光和旋光性（一）平面偏振光和旋光性（二）旋光仪与比旋光度（二）旋光仪与比旋光度 1.旋光仪

5、旋光仪 测定化合物的旋光度是用旋光仪，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镜（起偏棱镜和检主要部分是有两个尼可尔棱镜（起偏棱镜和检偏棱镜），一个样品管和一个刻度盘组装而成。偏棱镜），一个样品管和一个刻度盘组装而成。A光源；B起偏棱镜；C样品管；D检偏棱镜；E回转刻度盘；T目镜比旋光度比旋光度 旋光性物质的旋光度的大小决定于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、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

6、度的大小，各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用一般用比旋光度比旋光度来表示。来表示。一、物质的旋光性一、物质的旋光性（一）平面偏振光和旋光性（一）平面偏振光和旋光性（二）旋光仪与比旋光度（二）旋光仪与比旋光度 1.旋光仪旋光仪 2.比旋光度比旋光度 比例常数比例常数 称为称为比旋光度比旋光度。它是单位长度和。它是单位长度和单位浓度下的旋光度。单位浓度下的旋光度。L C Dt=t：测定温度测定温度()D：光源光源(钠钠D线，线，589nm)L：旋光管长度旋光管长度(dm)C：溶液浓度溶液浓度(gml-1or kgL-1),纯液体为密度纯液体为密度通常还要注明溶剂通常还要注明溶剂如：如：D20

7、=+98.3o(C,0.05,CH3OH)旋光异构旋光异构一、物质的旋光性一、物质的旋光性二、物质的旋光性与分子结构的关系二、物质的旋光性与分子结构的关系三、含一个手性碳原子化合物的三、含一个手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构四、含两个手性碳原子化合物的四、含两个手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构五、不含手性碳原子化合物的五、不含手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构六、环状化合物的立体异构六、环状化合物的立体异构七、反应中的立体化学七、反应中的立体化学 乳乳 酸酸OCOHCHCH3OHH3CHCHOOCOHCH3HCCOOHHO透视式透视式镜子镜子COOHCH3OHH乳酸有两种不同构型（空间排列

8、）乳酸有两种不同构型（空间排列）特征特征：（1）不能完全重叠）不能完全重叠（2）呈物体与镜象关系）呈物体与镜象关系 （左右手关系）（左右手关系）观察自己的双手，左手与右手有什么联系和区别？（一）手性、手性分子、（一）手性、手性分子、手性碳手性碳1.手性手性(chirality):物质分子的实物与其镜象彼此不能物质分子的实物与其镜象彼此不能完全重叠的性质，称为分子的手性（象左手和右手完全重叠的性质，称为分子的手性（象左手和右手一样）一样）。2.手性分子手性分子(Chiral molecule):具有手性具有手性（不能与自身不能与自身的镜象重叠）的镜象重叠）的分子。的分子。二、物质的旋光性与分子结

9、构的关系二、物质的旋光性与分子结构的关系CH3HHOHCCH3HHOHC 若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所代表的两个分子为同一个分子代表的两个分子为同一个分子。CH3HHOHCCH3HHOHC所有基团都重合所有基团都重合乙醇分子模型的重叠操作非手性分子非手性分子（一）手性、手性分子、（一）手性、手性分子、手性碳手性碳1.手性手性(chirality)：物质分子互为实物和镜象关系（象物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右手一样）彼此不能完全重叠的特征，称为左手和右手一样）彼此不能完全重叠的特征，称为分子的手性。分子的手性。2.手性分子手性分子(

10、Chiral molecule)：具有手性具有手性（不能与自不能与自身的镜象重叠）身的镜象重叠）的分子。的分子。3.手性碳（不对称碳）：手性碳（不对称碳）：饱和碳原子上连有互不相同饱和碳原子上连有互不相同的四个原子或原子团，用的四个原子或原子团，用*表示。表示。二、物质的旋光性与分子结构的关系二、物质的旋光性与分子结构的关系 与4个不同基团相连的碳原子称为手性碳原子手性碳原子(常用*C表示)，正是这种碳原子使乳酸分子产生了手性。但*C只是手性因素(又称手性中心手性中心)的一种。而且手性碳并不是手性产生的充要条件，它和分子是否具有手性没有必然的联系。CH3HHOHC乙醇乙醇OHH3CHCO2HC

11、*CH3HHOCO2HC*乳酸乳酸1,2同时没有同时没有对称面、对称中心、交替对称轴对称面、对称中心、交替对称轴,（而不是手性碳）（而不是手性碳）是是分子具有旋光性和分子具有旋光性和旋光异构旋光异构现象现象的充分必要条件的充分必要条件。（二）分子对称因素与手性、（二）分子对称因素与手性、对映对映异构异构二、物质的旋光性与分子结构的关系二、物质的旋光性与分子结构的关系只要有只要有对称面、对称中心或交替对称轴对称面、对称中心或交替对称轴其中其中一个对称因素，一个对称因素，分子就没有分子就没有旋光性旋光性、旋光异构旋光异构现现象。象。要判断一个分子是否具有手性，最可靠的要判断一个分子是否具有手性，最

12、可靠的方法是将这个分子本身以及它的镜像都作成模型，方法是将这个分子本身以及它的镜像都作成模型，再来比较实物和镜像是否能完全重合。若不能完再来比较实物和镜像是否能完全重合。若不能完全重合，则该分子有手性，存在对映异构体。全重合，则该分子有手性，存在对映异构体。但往往比较麻烦。但往往比较麻烦。物质分子是否有手性（即能否与其物质分子是否有手性（即能否与其镜象完全重叠），可从分子中有无镜象完全重叠），可从分子中有无对称对称因素因素(symmetry of elements)来判断，最常见来判断，最常见的分子对称因素有的分子对称因素有对称面对称面和和对称中心对称中心。1.对称面对称面假设分子中有一平面能

13、把分子切成相假设分子中有一平面能把分子切成相互对称的两半，该平面就是分子的互对称的两半，该平面就是分子的对称面对称面。具有对称面的分子具有对称面的分子与其镜像能够重合，与其镜像能够重合，因而因而无手性，无手性，无旋光性，也无旋光异构体。无旋光性，也无旋光异构体。分子的对称面分子的对称面具有对称面的分子为非手性分子具有对称面的分子为非手性分子2.对称中心对称中心:若分子中有一点若分子中有一点 P，通过通过 P 点画任何直点画任何直线，如果在此直线上的线，如果在此直线上的P 点两侧，距离点两侧，距离 P 点点等距离处有相同的原子或基团，则点等距离处有相同的原子或基团，则点 P 称为称为分子的对称中

14、心。分子的对称中心。有对称中心的分子不具手性，也无旋光有对称中心的分子不具手性，也无旋光性，无旋光异构体。性，无旋光异构体。COOHCOOHBrBrHHHHPCH3CH3BrBrHHHHHHHHP 一般地说，一个分子一般地说，一个分子同时不具有同时不具有对称面和对称中心的，该分子就有对称面和对称中心的，该分子就有手性、有旋光性、有旋光异构体。手性、有旋光性、有旋光异构体。反之，一个分子若具有对称面反之，一个分子若具有对称面或对称中心的，就不具有手性，也或对称中心的，就不具有手性，也就没有旋光性、没有旋光异构体。就没有旋光性、没有旋光异构体。尽管手性碳和分子手性没有尽管手性碳和分子手性没有必然的

15、关系，但它们有密切的联必然的关系，但它们有密切的联系。在大多数情况下，手性分子系。在大多数情况下，手性分子中往往存在中往往存在手性碳原子，手性碳原子，含有手含有手性碳的分子肯定有旋光异构体。性碳的分子肯定有旋光异构体。旋光异构旋光异构一、物质的旋光性一、物质的旋光性二、物质的旋光性与分子结构的关系二、物质的旋光性与分子结构的关系三、含一个手性碳原子化合物的旋光异构三、含一个手性碳原子化合物的旋光异构四、含两个手性碳原子化合物的四、含两个手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构五、不含手性碳原子化合物的五、不含手性碳原子化合物的旋光旋光异构异构六、环状化合物的立体异构六、环状化合物的立体异构七、反应中

16、的立体化学七、反应中的立体化学 凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具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。它有两个对映异构体，是一对有手性，是手性分子。它有两个对映异构体，是一对对映体对映体。熔点：熔点：5353比旋光度：比旋光度：-3.82 +3.82三、含一个手性碳化合物的旋光异构三、含一个手性碳化合物的旋光异构OHH3CHCO2HC*(+)-乳酸CH3HHOCO2HC*(-)-乳酸 对映体对映体 镜面镜面一对对映体（互为镜像）一对对映体（互为镜像）（一）对映体和外消旋体（一）对映体和外消旋体 1.对映体对映体 对映体对映体是一对互为实物与镜象关系的立体异构体是一对互为实物与镜象关系的立体异构体 对映体之间的异同点：对映体之间的异同点：（1）物理性质（如：熔点、沸点、密度）物理性质（如：熔点、沸点、密度 等等)和化学性和化学性质一般都相同，质一般都相同，都有旋光性，都有旋光性，一对对映体的比旋光度大一对对映体的比旋光度大小相等，小相等，但但方向相反方向相反。（2）在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，如