第3章同分异构现象

单击此处编辑母版标题样式,二级标题,三级标题,正文文本样式,*,分子的结构,分子中原子间相互的结合称为分子的结构。分子结构包含,构造、构型,和,构象,三个层次。,构造,组成分子的原子的种类数目及成键顺序。,构型,组成分子的原子的空间排列方式。,构象,成键原子或基团绕,键旋转产生不同的,空间排列方式。,1.,几个基本概念：,第三章 有机化合物的同分异构现象,同分异构,构造异构,立体异构,（按空间排列方式）,同分异构的类型,（按成键顺序方式）,3.1,构造异构现象,分子式相同,，分子中原子相互,连接顺序和方式不同,，,产生不同的碳链或碳环,现象,。,构造异构现象：,3.1.1,碳架异构现象,定义：,分子中碳原子相互连接的顺序和方式不同，,构成不同的碳链或碳环，称为碳架异构。,正丁烷,异丁烷,甲基取代,伯氢,甲基取代,仲氢,碳架异构,用,逐步缩短碳链,的方法推导碳架异构体数目,（,1,）写出,最长直链,构造式,：,（,2,）,缩掉一个,C,，再接到缩短后的不同碳上，相当于：,链烷烃碳架异构体的推导,以庚烷为例说明推导过,程：,（,3,）,缩掉两个,C,（相当于一个,-C-C,或两个,-C,）接到,缩短后的碳链上：,（,4,）,缩掉三个,-C,或一个,-C,和一个,-C-C,或一个,-C-C-,C,或一个,-C-C,2,接到缩短的原碳链上：,方法：逐步缩小碳环，缩下来的碳，连到缩小后的碳,环的不同位置上，写出环烷烃碳架异构体。,环烷烃碳架异构体数目推,导,3.1.2,官能团位置异构现象,例,1.,丁烷有两个碳架异构体，可形成多少个一元醇的,异构体,?,定义：,官能团取代碳架异构体中的不同氢原子，,形成了官能团位置异构现象。,1-,丁醇,2-,丁醇,2-,甲基,-1-,丙醇,2-,甲基,-2-,丙醇,例,2.,在,丁烷,碳架异构体各碳上引入,双键,或,三键,，可,形成哪些官能团位置异构体,?,1-,丁烯,2-,丁烯,2-,甲基丙烯,1-,丁炔,2-,丁炔,表现在,官能团相对位置不同,，如溴代环己烯有三个异,构体：,1-,溴环己烯,3-,溴环己烯,4-,溴环己烯,多官能团化合物的官能团位置异构,:,3.1.3,官能团异构现象,定义：,分子式相同，构成官能团的原子连接顺序和方式不,同，,形成不同的官能团,，进而形成不同类型的化合,物，构成官能团异构体。,例,1.,分子式为,C,3,H,6,的化合物,:,例,2.,分子式为,C,2,H,6,O,的化合物,:,想一想,分子式为,C,2,H,4,O,的化合物，可以是哪些化合物呢？,乙醛 乙烯醇 环氧乙烷,3.1.4,互变异构现象,例,1.,酮与烯醇,间互变异构,:,定义：在常温下，不同官能团异构体处于,动态平衡,之中，能很快地,互相转变,，称为互变异构现,象。,酮式,99.98%,烯醇式,0.02%,醛酮的互变异构,+,构型异构现象,:,分子中原子成键的顺序相同，而原子或,基团在空间排列方式不同产生的异构现,象。,几何异构（顺反异构）,对映异构（光学异构）,构型异构,3.2,几何异构现象,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,H,H,H,H,定义,:,分子中原子成键的顺序相同，原子或基团在,键平面或环状分子平面,两边排列方式不同产生,的异构现象。,3.2.1,含双键化合物的几何异构现象,双键阻碍了形成双键的原子绕两原子轴线旋转，使两原子上连的不同原子或基团出现了不同空间排列，即出现了顺反异构现象。,CH,3,CH,3,（,1,）双键的两个碳原子上各连有不同的两个原子或基团时，有,两种空间排列方式，形成两种异构体，顺式和反式。,顺式,cis,相同原子或基团排在,键平面同侧,反式,trans,相同原子或基团排在,键平面异侧,1.,含,C=C,双键化合物的几何异构,顺,2,丁烯,反,2,丁烯,（,2,）当双键上连有,四个不同,原子或基团时，也有,两种排列，形成两个异构体：,如何对这两个异构体进行区分呢？如何命名呢？,命名方法：,按照,“,顺序规则,”,确定哪个是,“,较优,”,原子或基团；,较优基团分别为,，,较优基团,键同侧,键异侧,Z,-,异构体,E,-,异构体,命名时，,Z,、,E,放到括号中，放到名称前面。,顺,-2-,丁烯,（,Z,）,-2-,丁烯,反,-2-,丁烯,（,E,）,-2-,丁烯,例如：写出下列化合物的完整名称,请思考：顺式一定是,Z,式，反式一定是,E,式吗？,顺,-3-,甲基,-2-,戊烯,（,E,）,-3-,甲基,-2-,戊烯,顺,/,反，,Z,/,E,是两种命名方法，,顺式不完全是,Z,式，反式也不完全是,E,式。,顺,/,反法,:,Z,/,E,法,:,分别判断每个双键的,Z,、,E,构型。,含有多个双键化合物的命名,命名时，低位号者写在前面，中间用逗号隔开，放,括号中，写在名称之前。,若有选择时，编号由,Z,型双键开始（,Z,优先于,E,）。,2,5,庚二烯,1,，,7,二酸,（,2Z,5E,）,2.,含,C=N,双键化合物的几何异构,有机化合物亚胺、肟、腙，羰基缩氨基脲等,化合物分子中含,C=N,键，有,Z,、,E-,异构体。,3.,含,N=N,键化合物的几何异构,偶氮化合物含有,N=N,键，,N,上两个基团在,键同侧的为顺式或,Z,式，在异侧的为反式或,E,式：,3.2.2,含碳环化合物的顺反异构现象,碳环看作一个平面，取代基有在平面上、下之分，出现顺反异构现象。,顺,-1,，,3-,二氯环戊烷,反,-3-,氯环戊基甲酸,平面同侧为顺式异构体,平面异侧为反式异构体,下列化合物是否有顺反异构体？有多少个,?,没有,2.,1.,没有,3.,有,2,个顺反异构体,其中之一：,4,个,4.,1.,偏振光,3.3.1,旋光性和比旋光度,偏振光：,一束普通光通过尼克耳棱镜时，只有在与,棱镜晶轴平行,的那个平面振动的光才能通过，透过的光称为平面偏振,光。简称偏光。,3.3,对映异构现象,偏振面：,偏振光振动的平面称为偏振面。,2.,旋光性物质与比旋光度,旋光性物质,：使偏光振动平面旋转,角度,的物质，有旋光性。,旋光度：,偏振光振动方向的旋转角度，用,“,”,表示。,非旋光性物质,：不能使偏光振动平面旋转的物质，无旋光性。,右旋物质:,能使偏振光的振动方向向右旋的物质,.,通常用,“,d,”,或,“,+,”,表示右旋。,左旋物质:,能使偏振光的振动方向向左旋的物质,.,通常用,“,l,”,或,“,-,”,表示左旋。,3.,比旋光度,:,测得的旋光度,C,:,试样质量浓度，或纯液体密度，单位,g,mL,-1,l,:,盛样管长度，单位,dm,t,:,试样温度，单位,:,光源波长，通常钠光源，用,D,表示，波长,589nm,是旋光性物质的一个物理常数，可以定量地表示物质的旋光能力。,.,1.,手性,3.3.2,手性和对映异构体,左、右手的关系实物与镜像的关系，相对映而不能同向重合。,物质与其镜像相对映而不重合的性质,。,手性分子：,具有手性的分子称为手性分子。,非手性分子：,不具有手性的分子称为非手性分子。,2.,分子的手性与旋光性,凡是手性分子都具有旋光性。,有旋光性分子都具有手性的结构特征。,3.,对映异构体和外消旋体,（,1,）手性碳原子,手,性,碳,用,C,*,标,识,*,定义,:,与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。,是分子的不对称中心或手性中心。,判断下列化合物有无手性碳,:,有,没有,没有,手性碳：连接四个,不相同,的原子或基团的碳,.,不相同,:,包括,构造,几何构型,和,同位素,的不同,.,没有,有,是实物与镜像的关系，相对映而不能重合，,即,乳酸分子有手性，是手性分子。,肌肉中得到的乳酸,乳酸分子,:,偏光向右旋,葡萄糖发酵得到的乳酸,偏光向左旋,乳 酸,（,2,）对映异构体,对映异构现象,:,两个化合物分子式相同，分子构造也相同，,但分子中原子和基团在,空间排列不同,，形成,实物与镜象,的关系，这种现象称为对映异构,现象；,对映异构体,:,具有对映异构现象的分子称为对映异构体。,例 如：,氯碘甲烷磺酸,氯丁烷,对映体性质比较,1.,在,非手性环境,中，对映体的性质相同，熔点、沸,点、溶解度、转化速率等均相等。,2.,在,手性环境,中，对映体的性质不同。如在偏光下旋,光性不同；在手性试剂中转化速率不同。,偏光向,右旋,偏光向,左旋,定义,:,等量的左右旋对映异构体的混合物称为外消旋体。,旋光性消失，不使偏振光发生偏转。,例如,:,等量,(-)-,乳酸和,(+)-,乳酸混合，得到的混合乳酸无,旋光性，称为外消旋乳酸,定义：,旋光性化合物在物理因素或化学试剂作用下，变,成两个对映体的平衡混合物，逐步失去旋光性的,过程称为外消旋化。,外消旋体,外消旋化,分子结构是否对称,思考：如何判断一个分子是否具有手性呢？,如果有一个,“,平面,”,，可以把分子切成互为镜象,的两半，这个平面就是该分子的对称面。如,:,有对称面的分子,(,氯乙烷,),(1),对称面,有对称面的分子：无手性，无对映异构现象。,3.3.3.,分子的对称性与手性,甲烷有六个对称面，即通过四面体每条棱与中心碳原子的平面。,三氯甲烷有三个对称面，即通过四面体和氢原子相连的每条棱与中心碳原子的平面。,若分子中有一点,“,P,”,，分子中任何一个原子或基团与,P,点连线，在其延长线的相等距离处都能遇到相同原子或基团，,P,点就是该分子的对称中心。,（,2,）对称中心,有对称中心的分子：无手性，无对映异构现象。,3.3.4,手性碳的构型表示式与标记,(a),球棒式,(b),立体透视式,(c),费歇尔投影式,1.,构型表示式,费歇尔投影式：,1.,以手性碳为中心，,竖放,的基团在纸面,后面,，,横放,的基团在纸面,前面,，,费歇尔投影式,立体透视式,2.,把碳链放在竖放位置，,编号小者在上端,。,3.,向纸面投影，用实线表示共价键，,相交处为,C,*,不写,出来,，其余四个基团写出来。,将下列立体透视式转化成,Fisher,式,练习：,2.,手性碳构型的标记,（,1,）,D-L,构型标记法,D,型,L,型,OH,在,右边,的构型,(),规定为,D,型,，,OH,在,左边,的构型,(),规定为,L,型,。,以甘油醛（,2,3-,二羟基丙醛）为参照标准。,如何区分下列一对对映异构体,?,其它化合物，在,保持手性碳构型不变,的化学转化过程中，可由,D,型甘油醛转化来的化合物就是,D,型的，可由,L,型甘油醛转化来的化合物就是,L,型的。,把手性碳连接的四个基团,a,、,b,、,c,、,d,按,“,顺序规则,”,排列，若,abcd,，把最不优的原子或基团,d,远离观察者，,a,b,c,朝向观察者。正像司机面对汽车方向盘，,a,b,c,在盘上。,（,2,）,R,-,S,构型标记法,手性碳,S,-,构型,，用,S,表示,手性碳,R,-,构型,用,R,表示,将下列立体透视式转换成,Fisher,式，并用,R,或,S,标记下列化合物的构型。,R,构型,R,构型,2,3,1,学会顺利的判断,Fisher,式的手性碳构型,.,S,R,S,用,S,/,R,标记下列化合物的构型,D,构型不一定是,R,构型，,L,构型也不全是,S,构型。,在,D-L,标记中，在化学转化过程中手性中心构型,不变化产物构型标记不变化。,在,R-S,构型标记中，在化学转化过程中即使手性,中心的绝对构型不改变，产物构型的标记有可能,改变。,（,3,）几点注意：,R,S,S,构型,R,构型,下列化合物仅是构型有差别,那么如何区分呢,?,如何命名呢？,（,4,）含有手性碳化合物的命名标记,命名时要将,R,、,S,或,D,、,L,放到名称前,并用,“,-,”,隔开。,S,构型,R,构型,（,2S,）,-2,3-,二羟基丙醛,（,2R,）,-2,3-,二羟基丙醛,例如：,（,2,R,3,R,）,-2-,羟基,-3-,氯丁二酸,（,2,S,3,S,）,-2,3-,二羟基丁二醇,要分别判断每个手性碳的构型是,R,或,S,。,如果分子中有多个手性碳呢,?,（,5,