顺反异构和对映异构

顺反异构和对 映异构 同分异构现象 构造异构 立体异构 碳链异构 位置异构 官能团异构 构型异构 构象异构 顺反异构 (几何异构 ) 对映异构 构型异构 构造 异构：分子组成相同而原子 (或 原子 团 ) 相互连接方式和顺序不同。 立体异构：分子中原子 (或原子团 )在空间排列 方式不同。 顺反异构 一、含 C=C化合物的顺反异构 1. 产生顺反异构体的原因和条件 (1)分子内存在着阻碍自由旋转的因素： 如 C=C ，脂环 ； 2、每个双键碳原子上所连接的两个原子 或基团必须不相同，如： C=C a f d b a b d f 2.顺反异构体的命名 (1)顺 /反命名法 (四个原子或基团中有两个相同 ) 顺式（ cis-） 反式（ trans-） C=C H H CH3 Cl C=C C=C H CH2 H CH3 CH3 H H 顺 -1,2-二溴乙烯 顺，顺 -2， 5-庚二烯 反 - 1- 氯丙烯 C=C C=C H H H CH3 C2H5 H C=C C=C H H H H C2H5 CH 3 反，顺 -2,4- 庚二烯 如何命名？ C C H C l B r C H 3 顺，反 -2,4- 庚二烯 (2)构型的 Z/E命名法 首先确定每个双键碳上所连的两个原子或 基团的优先顺序 如果 ab, df ，则以下两式的构型为 C=C a f d b Z-型 C=C a d f b E-型 即把两个优先基团在双键同侧的定 为 Z型，在不同一侧的定为 E型。 与 C=C相连的第一个原子的原子序 数由大到小排列 ， 大者为 “ 优先 ” 基团； 按此规定，在取代基团 -CH3、 -H、 -Br、 -OH、 -NH2之中，先后次序应为： -Br -OH -NH2 -CH3 -H 若第 1个原子相同 ， 比较第 2 个原子 。 例： -CH2CH3 -CH3 又如 -CH(CH3)2与 CH2CH3相比较 ， 第一 原子都是碳 ， 与第一原子相连的原子 。 前 者为 C、 C、 H， 后者为 C、 H、 H， 前者多 一个碳 ， 所以 -CH(CH3)2优先于 -CH2CH3。 C H 3 C C H 3 C H 3 优先于 C H 3 C H C H 3 叔丁基 C(C、 C、 C)，异丙基 C(C、 C、 H) 优先于 CH 2 CH 2 CH C H 3 C H 3 CH 2 CH 2 CH 2 C H 3 -C(CHH),C(CHH),C(CCH) -C(CHH),C(CHH),C(CHH) 与 C=C相连的 取代基团为不饱和基 团时 ， 应把双键或叁键原子看作是它以单 键和多个原子相连接 。 C H 2 CH 相当于 CH CH 2 C C C CH 相当于 C C C C C C H C N 相当于 C N N N C C C CH 相当于 C C C C C C H CH 2 CH C C CH 2 C H 3 C H 3CH 2C H 3 Z型 -I -Br -Cl -SO3H -F -OCOR -OR -OH -NO2 -CCl3 -CHC12 -COCl -CH2Cl -COOR -COOH -CONH2 -CHO -C6H5 -CHR2 -CH2R -CH3 -D -H C H 3 C C CH 2 C H 3 H H E型 C=C Cl H CH 3 Br (E)-1-氯 -2-溴丙烯 C=C H CH2CH3 CH3 Cl （ Z)-2-氯 -2-戊烯 C2H5 C=C CH2CH2CH3 CH(CH3)2 CH3 (Z)-3-甲基 -4-异丙基 -3-庚烯 若化合物中含有两个以上能产生顺反异 构的双键时，每个双键的构型均须标出，并对 双键位置编号，写在构型符号前面。 H H C=C C=C H C6H5 CH3 H (1Z， 3Z)-1-苯 基 -1， 3-戊二烯 Z-E构型命名法和顺反构型命名法是表示 构型的两种不同方法。 Z-E构型命名法适用于 所有具有顺反异构的烯烃命名。目前 Z-E构型 命名法和顺反构型命名法同时并用，这两种命 名法所使用的规则不同，但它们之间也没有必 然的联系。顺式构型不一定是 Z构型；反式构 型也不一定是 E构型。 C C C H 3 H H 3 C C l C C H C H 3 H 3 C C l 顺 - 2 - 氯 - 2 - 丁 烯 反 - 2 - 氯 - 2 - 丁 烯 ( E ) - 2 - 氯 - 2 - 丁 烯 ( Z ) - 2 - 氯 - 2 - 丁 烯 C = CC = C H C H 3 C H 3 C O O H H C H 3 C H 3 C O O H 2 _ 丁 烯 酸顺 _ 反 _ _ 2甲 基 2 _ 丁 烯 酸 _ _ _ 2甲 基( E ) 2 _ 丁 烯 酸 _ _ _ 2甲 基 2 _ 丁 烯 酸 _ _ _ 2甲 基( Z ) C = C C = C C = C C = C H H C 6 H 5 H H C H 3 H C 6 H 5 H H H C H 3 1 _ 1 , 3 _ 苯 基 _ 戊 二 烯顺 , 顺 _ ( 1 Z , 3 Z ) 1 _ 1 , 3 _ 苯 基 _ 戊 二 烯 _ 1 _ 1 , 3 _ 苯 基 _ 戊 二 烯反 , 顺 _ ( 1 E , 3 Z ) 1 _ 1 , 3 _ 苯 基 _ 戊 二 烯 _ 二 . 脂环化合物的顺反异构 1、产生顺反异构的原因：环上的碳原子不 能自由旋转； 2、产生顺反异构的条件：环上至少有两个 碳原子所连的两个原子或原子团不相同。 3、命名：脂环化合物顺反异构体用顺 /反 命名法命名 (不用 Z/E命名法命名 ) H C l H C l C l H H C l 顺 -1,2-二氯环丙烷 反 -1,2-二氯环丙烷 C l H H C H 3 C l H H C H 3 顺 -1-甲基 -3-氯环己烷 反 -1-甲基 -3-氯环己烷 对映异构 彼此不能重合，并且互为镜象关系的异构体， 称为对映异构体。 对映异构体能使平面偏振光的振动面发生 旋转，故对映异构又称旋光异构或光学异构。 例如：乳酸 CH 3 C H C O O H O H 平面偏振光 普通光在所有可能的平面 上振动。 普通光 如果使单色光通过 尼可尔 ( Nicol) 棱镜，只有同棱镜晶轴平行的平面 上振动的光线才可以通过棱镜，因 此通过这种棱镜的光线就只在一个 平面上振动，这种只在一个平面上 振动 的光就是平面偏振光。 平面偏振光 旋光仪 旋光仪示意图 在盛液管中放入旋光性物质后，偏振光将发生 偏转。能使偏振光向右旋转的，称为右旋化合物， 用 (+)表示； 能使偏振光向左旋转的，称为左旋化合 物 ，用 (-)表示。 旋光性物质使偏振光旋转的角度称为旋光 度 ,用 表示 . 物质旋光度 的大小与盛液管的长度、溶 液的浓度、光源的波长、测定时的温度、所 用的溶剂的有关。 旋光度 手性分子 化合物分子中的一个碳原子与四个不同的原子相 连时，这个化合物在空间有两种不同排列，即两种 构型 .这两种不同构型的化合物相互不能重叠 ,像人 的两只手 . 2-丁醇 手性碳原子 与四个不同的原子或集团相连的碳原子为手 性原子，或不对称碳原子，用 C*表示。 C H 3 C H C H 2 C H 3 O H * C H 3 C H C H C H C H 2 C H 3 * C l C l C l * * 对称性 C 3 C H HH Cl C C H H 3 C H CH 3 C 2 CH 3 H 3 C C 2 CH 3 H 3 C C 2 Cn的对称操作是旋转。 对称轴 (Cn) C H 3 H H H C H 3 H C H 3 H H H H C H 3 对称面： 有一个平面它可以把分子分割成互为镜 像的两半，这个平面就叫对称面。 C C H C l H C l C O H H H C H 3 对称中心：在分子中取一点，画通过该点的 任一直线，若在此直线两端有等距离的相同 原子 或原子团， 则该点即为该分子的对称中 心。 对 称 中 心 C O O HC H 3 C H 3C O O H HH H H 对映异构的判断 分子中没有对称面，也没有对称中心。 C H C H 2 C H 3C H 3 C l C H C H 3C H 3 C l 非手性分子 手性分子 * C O H H H C H 3 三、具有一个手性中心的对映异构构型的表示 方法 1、费歇尔 ( Fischer)投影式 2-丁醇的球棒模型 四面体式 C H 3 H O C 2 H 5 H C H 3 H C 2 H 5 O H 用平面形式表示具有手性碳原子分子的立 体模型的式子为 Fischer投影式。 Fischer投影式 O HH C H 3 C 2 H 5 H O H C H 3 C 2 H 5 规定 : (1)手性碳放在平面上，用横竖线交点表示。 (2)横的表示伸向前方。 (3)竖的表示伸向后方。 习惯上 : (1)把含碳原子的基 (主碳链 )放在竖键的方向。 (2)编号较小的放在上端 。 注意：为了保持投影式的构型不改变，必须 遵守以下规定： 1.Fischer投影式只能在纸面上旋转 1800， 而不是 900或 2700 2.投影式不能离开纸面翻转。 3.手性碳原子所连原子或基因，可以两两 交换偶数次，而不能奇数次。 C H 3 C O O H H 2 N H = H C O O H H 3 C N H 2 = N H 2 C O O H H C H 3 = C H 3 N H 2 H C O O H 透视式 透视式是将手性碳原子置于纸平面， 与手性碳原子相连的四个键，有三种不同的 表示法：用细实线表示处于纸平面，用楔形 实线表示伸向纸面前方，用楔形虚线表示伸 向纸面后方。例如，乳酸分子的一对对映体 可表示如下： O H C O O H C H C H 3 C O O H C HH 3 C H O 含一个手性碳原子的化合物的对映异构 含一个手性碳原子的化合物有一对对映 体，对映体的旋光度大小相等，方向相反。 如： 2-羟基丙酸 (乳酸 )的 Fischer投影式： HO H COOH CH3 CH3 HO COOH H (+)-乳酸 (-)-乳酸 D20 +3.8o D20 -3.8o 对映体的构型及命名 1.构型的 D/L命名法（相对命名法） 人为地规定 (+)-甘油醛的构型为“ D”型，而其它化 合物则以它为标准来确定构型： HO H CHO CH2OH HO H CHO CH2OH D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛 其它的旋光性化合物可与甘油醛相联系而 确定其构型 。 例如： C H 3 C O O H O HH C H 3 C O O H HH O D-（ -） -乳酸 L-（ ） -乳酸 这里的 D、 L表示构型 ， （ ） 、 （ -） 表示旋光方向 ， 旋光性物质的构 型与族光方向之间没有对应关系 。 D- 型的旋光性物质中有右旋体 。 也有左 旋体 ， L-型也是如此 。 如 D-甘油醛是 右旋体 ， 而 D-乳酸则是左旋体 。 在一 对对映体中 ， 若 D-型是右旋体 ， 其对 映体 L-型必然是左旋体；反之亦然 。 R、 S标记法的规则 按照次序规则，将手性碳原子上的四个原 子或原子团按先后次序排列，较优的原子或原子 团排在前面。 将排在最后的原子或原子团放在离眼睛最 远的位置，其余三个原子或原子团放在离眼睛最 近的平面上。 按先后次序观察其余三个原子或原子团的 排列走向，若为顺时针排列，叫做 R-构型；若为 逆时针排列，叫做 S-构型 。 R、 S标记法 眼睛的位置 C l C H C H 3 C 2 H 5 Cl C2H5 CH3 为顺 时针排列 R 2氯丁烷 C l C H C 2 H 5 C H 3 眼睛的位置 Cl C2H5 CH3为 逆时针排列 S 2氯丁烷 C O O H C H 3 O HH H O C O O H C H 3 H 从右后方观察 从左后方观察 OH COOH CH3 为顺时针排列 R乳酸 S乳酸 OH COOH CH3 为逆时针排列 (S) 2甲基丁酸 C C H 3 H C O O HC H 3 C H 2 (R) 2甲基丁酸 任意调换两个基团，构型相反 C O O H H C H 3 C C H 3 C H 2 对费歇尔投影式，如果最小基团排在竖键上时， 其他三个基团在纸面上若为顺时针方向排列，则为 R 构型；若为逆时针方向排列，则为 S构型；如果最小 基团排在横键上时，其他三个基团在纸面上若为顺时 针方向排列，则为 S构型；若为逆时针方向排列，则 为 R构型。 C 2 H 5 H C l C H O C H O C l H C 2 H 5 R-2-氯丁醛 C 2 H 5 H C l C H O S-2-氯丁醛 R-2-氯丁醛 H CH 3 ClBr Br H C H 3ClCl CH 3 BrH CH 3 Br HCl S-构型 S-构型 R-构型 R-构型 下列投影式各属于什么构型 含 2个手性碳原子化合物的对映异构 1.含 2个不相同手性碳原子化合物的对映 异构。 2-羟基 -3-氯丁二酸 (氯代苹果酸 ) H O O C C H C H O H C O O H C l * * 分子中含有一个以上的 C，以 R/S逐一命 名，并将 C编号写在构型前面。 COOH H Cl H OH COOH 2C： 2R (2R， 3R)-氯羟丁二酸 3C： 3R H C O O H O H C O O H C l H H O C O O H H C O O H H C l H C O O H O H C O O H H C l H O C O O H H C O O H C l H (2S， 3R) (2R， 3S) (2S， 3S) (2R， 3R) 在上述 4个异构体中， I和 、 和 IV分 别组成两对对映体。 和 或 、 和 或 不呈实物与镜象关系，为非对映体。 从以上讨论可知 ， 分子中存在 1 个手性碳原子 ， 具有 2个对映体；含 2 个不相同的手性碳原子 ， 存在 4个对映 体 。 分子中每增加 1个手性碳将产生一 对对映体 。 因此对于含有 n个不同手性 碳原子的分子 ， 最多存在 2n个对映体 。 2.含 2个相同手性碳原子化合物的对映异构 2， 3-二羟基丁二酸 (酒石酸 ) H O O C C H C H O H C O O H O H * * （ 2R， 3S） （ 2S， 3R） H C O O H O H C O O H H O H H O C O O H H C O O H H O H H C O O H O H C O O H H O H H O C O O H H C O O H H O H （ 2R， 3R） （ 2S， 3S） 从上面的 4个式子可看出 ， I与 为对映体 ， 和 似乎也是对映体 ， 但如将 在纸面上旋转 180 ， 则与 完全重合 ， 因此 和 IV代表同一化 合物 。 式中存在 1个对称面 ， 对称面的上下两 部分互为实物与镜象关系 ， 这两部分所 引起的旋光方向相反 ， 旋光度相等 ， 旋 光性在分子内部抵消 ， 故无旋光性 。 这 种非旋光性异构体称为 内消旋体 。 外消旋体 (由等量的对映体相混合 ) 和内消旋体都无旋光性。但两者有本质的 不同。内消旋体是化合物，是对映异构体 的一种。外消旋体是混合物，不是对映异 构体，而且可用适当的方法进行拆分，分 别得到具有旋光性的右旋体和左旋体。 含有两个相同手性碳原子的化合物有 三个旋光异构体，其中有一对对映体，一 个是内消旋体。 例 1、异戊烷进行自由基氯化后，小心的分馏 所得到的产物。 (1)预计将得到多少个分子式为 C5H11Cl的馏 分？试写出这些馏分化合物的构造式。 (2)其中有光学活性 (有旋光 )的馏分吗？ (3)无旋光性的馏分是外消旋体，内消旋体， 还是无手性碳原子的化合物？ (1)将得到四个： H C H 2 C lC H 2 C H C H 3 C H 3 C l C H 2 C C H 3 C H 3C H 3 C l C H C C H 3 C H 3C H 3 HC l C H 2 C C H 3 C H 3C H 2 C H 2 C l H 3 C H H H C H 3 C H 2 C l H H H C H 3 C H 3 馏 分 （ 1 ） 无 旋 光 性 是 外 消 旋 体 * * (2) (3) C l H H C H 3 C H 3 H 3 C 馏 分 （ 2 ） 无 旋 光 性 分 子 中 无 手 性 碳 原 子 馏分无旋光性是外消旋体 馏分无旋光性 分子中无手性碳原子 H C H 3 C l 馏 分 （ 3 ） 无 旋 光 性 是 外 消 旋 体 C H ( C H 3 ) 2 H C H 3 C l C H ( C H 3 ) 2 * H H C H 2 C l C H 3 H 3 C 馏 分 （ 4 ） 无 旋 光 性 分 子 中 无 手 性 碳 原 子 H 馏分无旋光性 分子中无手性碳原子 馏分无旋光性是外消旋体 命名下列化合物 (R)-3-溴 -1-戊烯 (2) (2S,3R)1， 3-二氯 -2-甲基戊烷 B r C 2 H 5 H C H 2C H C l C H 2 C l C H 3 C 2 H 5 H H (1) C H 2 C l C H 3 C 2 H 5 H C lH (3) (2S,3S)-2-氯 -3-溴戊烷 (4) (2S,3S,4R)-2-氯 -3， 4-二溴已烷 HB r C H 3 C 2 H 5 H C l C 2 H 5 H C H 3 C lH H B r B r (4S,2E)-2-氯 -4-溴 -2-戊烯 (2R,3R,4S)-4-氯 -2， 3-二溴己烷 B rH C H 3 C l C H 3 H C C C C 2 H 5 H C H 3 B r B r H H C l (5) (6) 2. (2006年 )下列反应在 100oC时能顺利进行： D H M e H H M e E t H 1 0 0 o C M e E t H HH H D M e + E t M e H HH D H M e 2-1 给出两种产物的系统命名。（ 4分） 2-2 这两种产物互为下列哪一种异构体？（ 1分） A 旋光异构体 B 立体异构体 C 非对映异构体 D 几何异构体 （ 7R， 3Z， 5Z)-3-甲基 -7-氘代 -3,5-辛二烯 （ 7S， 3E， 5Z)-3-甲基 -7-氘代 -3,5-辛二烯