手性分子和对映体课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 立体化学,掌握,：手性和手性分子以及手性碳原子的概念。对映体、非对映体、,外消旋体和内消旋体的概念和主要性质；对映异构体命名方,法（R/S）。,熟悉,：费歇投影式和透视式表示立体异构体的方法；,无手性碳原子,的对映异构体,。,了解：外消旋体的拆分方法和手性分子的生物作用。,第五章 立体化学掌握：手性和手性分子以及手性碳原子的概念。,1,第一节 手性分子和对映体,同分异构在有机化学中是极为普遍的现象。,第一节 手性分子和对映体 同分异构在有机化学中是极为普遍,2,一、手性,产生对映异构现象的结构依据是手性(Chirality)。,什么叫手性呢？,这种左右手互为镜像与实物关系，彼此又不能重合的现象称为,手性,。,自然界中有许多手性物，例如：足球、剪刀、螺丝钉等都是手性物。,微观世界的分子中同样存在着手性现象。有许多化合物分子具有手性。,一、手性 产生对映异构现象的结构依据是手性(Chiralit,3,二、手性分子和对映体,a和b 两个立体结构式之间有何种关系？它们代表相同的分子？还是代表不同的分子？,二、手性分子和对映体 a和b 两个立体结构式之间有何种关系？,4,乳酸分子的两个立体结构式的球棍模型,由球棍模型可知，乳酸分子a和b的关系正如人的,左右手的关系：,互为镜像又不能重合,。因此a和b,代表不同的分子，均具有手性。a和b互为,对映异,构体，简称对映体（enantiomers).,乳酸分子的两个立体结构式的球棍模型 由球棍模型可知，乳酸分子,5,为什么乳酸存在一对对映体？,观察两个乳酸分子的结构，可发现分子中有一个碳原子(C,2,)所连的四个,基团(COOH,OH,CH,3,H)均不相同。凡是连有4个不同的原子或基团的,碳原子称为,手性碳原子,(chiral carbon atom),也可称为,手性中心(chiral,center),。,一个手性碳原子所连的4个不同原子或基团在空间具有2种不同的排列方,式（也称两种构型），它们是彼此成镜像关系，又不能重叠的一对立体,异构体，互为,对映体,。,含有一个手性碳原子的化合物只有一对对映体。,小结,手性分子：,不能与其镜像重合的分子。,对映体：,彼此成镜像关系，又不能重合的一对立体异构体互为对映体。,手性碳原子：,连有四个不同原子或基团的碳原子。,为什么乳酸存在一对对映体？观察两个乳酸分子的结构，可发现分,6,三、,对称面和非手性分子,对称面(planes of symmetry):,指将分子结构剖成互为实物与镜像的两半,的面。,三、对称面和非手性分子 对称面(planes of symm,7,四、判断对映体（手性分子）的方法,第一：建造一个分子和它的镜像的模型。如果两者不能重合，就是,手性分子。,第二：寻找有无对称面。有对称面，它就不存在对映体，为非手性,分子。,第三：寻找手性碳原子(或手性中心)。只要有一个手性碳原子，就是,手性分子，有一对对映体（两个以上C有例外）,。,四、判断对映体（手性分子）的方法第一：建造一个分子和它的,8,第二节 费歇尔投影式,费歇尔投影式,：,是指将一个三维（立体）手性 分子模型作,如下规定:与手性碳,横向,相连的基团朝向纸平面的,前方,；,竖向,相连的基团朝向纸平面的,后方,；手性碳处于纸平面上。,将其投影,所得,平面投影式,称为费歇尔投影式。,第二节 费歇尔投影式 费歇尔投影式：是指将一个三维（立体,9,书写费歇尔投影式的注意事项,把一个化合物的透视式写成费歇尔投影式时，必须记住下列要点：,(1)水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。,(2)连于手性碳的横键代表朝向纸平面前方的键。,(3)连于手性碳的竖键代表朝向纸平面后方的键。,(4)费歇尔投影式只能在纸平面内旋转180，或其偶数倍，不能离开纸面翻转。,Fischer投影式最适合用于表示含有一个手性碳的化合物的,立体结构。,按上述规则，一个化合物可以写出无数个Fischer投影式，但一般习惯,将最长的碳链作为直链竖直投影到纸面上，同时把氧化态较高的基团,放在上端。,书写费歇尔投影式的注意事项 把一个化合物的透视式写成费歇尔,10,同一个立体异构体可以用几种不同的方法表示它的立体结构。,同一个立体异构体可以用几种不同的方法表示它的立体结构。,11,第三节 旋光性,一、平面偏振光,光的振动方向与前进方向垂直，普通光是在无数个垂直于前进方向的平,面内振动。当普通光通过一个偏振的透镜或尼科尔棱镜时，一部分光就,被挡住了，只有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。,这种只在一个平面上振动的光称为,平面偏振光,。简称,偏振光,。,第三节 旋光性一、平面偏振光 光的振动方向与前进方向垂直，普,12,二、旋光性,偏振光的振动面化学上习惯称为,偏振面,。,当平面偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被,旋转了一个角度。这种能使偏振面旋转的性能称为,旋光性,(optical activity),。,手性化合物都具有旋光性。,二、旋光性 偏振光的振动面化学上习惯称为偏振面。当平面偏振光,13,三、旋光度与比旋光度,旋光度,在实际工作中通常用旋光仪测定化合物的旋光性。,三、旋光度与比旋光度 旋光度 在实际工作中通常用旋光仪测,14,化合物旋光性的测定,当平面偏振光通过盛有旋光性化合物的旋光管后，偏振面就会被旋转,(向右或向左)一个角度，这时偏振光就不能通行无阻的穿过与起偏镜,棱轴相平行的检偏镜。只有检偏镜也旋转(向右或向左)相同的角度,(a角度)，旋转了的平面偏振光才能完全通过。,观察检偏镜上携带的,刻度盘所旋转的角度，即为该旋光性物质的旋光度。,旋光度：,偏振面被旋光性物质所旋转的角度，用a表示。,偏振面被旋转的方向有左旋(逆时针)和右旋(顺时针)的区别。,用符号(+)表示右旋，(-)表示左旋。,所有旋光性化合物不是右旋，就是左旋。,自动旋光仪,化合物旋光性的测定 当平面偏振光通过盛有旋光性化合物的旋,15,比旋光度,比旋光度,：规定用一分米（dm）长的旋光管，待测物质的浓度为1g.mL-1,时所测得的旋光度，称为比旋光度。,在实际工作中，常常可以用不同长度的旋光管和不同的样品浓度下测定物,质的旋光度。然后按下列公式计算，即可得到比旋光度。,比旋光度 比旋光度：规定用一分米（dm）长的旋光管，待测,16,比旋光度像物质的熔点、沸点或折射率等物理常数一样，也是化合物,的一种物理常数。一对对映体，除比旋光度值相等符号相反(即旋光方,向相反)外，其它物理性质雷同。,比旋光度对于鉴定一个旋光性化合物或者判断它的纯度是很重要的。,因此，掌握比旋光度的表示方法及其含义是十分必要的。,比旋光度像物质的熔点、沸点或折射率等物理常数一样，也是化合,17,小结,一对对映体的性质：,1、物理性质和化学性质都相同（与手性试剂作用除外）；,2、比旋光度值相等，符号相反(即旋光方向相反)。,小结 一对对映体的性质：1、物理性质和化学性质都相同（与手,18,第四节,外消旋体,一、乳酸的三种不同的旋光现象:,乳酸,是人们知道的第一个旋光性化合物，它的旋光性现象有三种不同的情况：,右旋乳酸,从肌肉组织中分离出的乳酸,左旋乳酸,葡萄糖发酵产生的乳酸,无旋光性乳酸,一般化学合成的乳酸,二、外消旋体的定义:,一对对映体的等量混合物称为,外消旋体,。,外消旋体符号,:,第四节 外消旋体一、乳酸的三种不同的旋光现象:乳酸是人们,19,三、外消旋体的物理性质:,外消旋体的物理性质与纯的单一对映体有一些不同：它无旋光性；熔点、密度,溶解度等常有差异。,为什么外消旋体无旋光性呢？,因为一对对映体对光的影响是比旋光度值相等，旋光方向相反。因此，从微观,分子考虑，当光照射到每一个分子时，一对对映体正好抵消了每一个对映体对,光产生的影响作用。,三、外消旋体的物理性质:外消旋体的物理性质与纯的单一对映体,20,第五节非对映体和内消旋化合物,一、非对映体,一个手性碳原子的化合物存在着两个立体异构体（一对对映体）；含有两个,以上手性碳原子（）的化合物存在两个以上的立体异构体，其最大数目是,2,n,(n)代表手性碳原子数。,第五节非对映体和内消旋化合物一、非对映体一个手性碳原子的,21,非对映体,：彼此不成镜像关系的立体异构体。,非对映体具有不同的物理性质。,非对映体：彼此不成镜像关系的立体异构体。非对映体具有不同的,22,二.、内消旋化合物,二.、内消旋化合物,23,手性分子和对映体课件,24,为什么内消旋化合物无旋光性？,内消旋化合物有对称面。对称面的上半部分是下半部分的,镜像。分子的上下两部分对偏振光的影响相互抵消，使整,个分子无旋光性。,为什么内消旋化合物无旋光性？内消旋化合物有对称面。对称面的,25,彼此不成镜像关系的立体异构体叫非对映体。非对映体间,具有不同的物理性质，例如，熔点、沸点和溶解度等物理,性质都不相同。用重结晶或蒸馏等方法可以将非对映体分,开。内消旋化合物有对称面，无旋光性。,小结,彼此不成镜像关系的立体异构体叫非对映体。非对映体间小结,26,第六节,构型标记法,构型,：是指分子结构中的原子或基团在空间排列的顺序。,对映异构和顺反异构都属于构型异构。,对映异构体的构型,：一般指手性中心(或手性碳原子)所连,的四个不同原子或基团在空间的排列。,顺反异构体的构型,：是指分子中某些共价键的旋转受阻而,导致分子中的原子或基团在空间的排,列。,第六节 构型标记法构型：是指分子结构中的原子或基团在空间排,27,一、D/L 构型标记法,一个化合物的,绝对构型,通常指键合在手性中心的四个原子或基团在空间,的真实排列方式。,费歇尔(Fischer)人为地选定()-甘油醛为标准物，并规定其碳链处于垂直,方向，醛基在碳链上端的投影式中，C,2,上的羟基处于右侧的为D-构型。,其对映体，(-)-甘油醛为L-构型。两者结构分别如下：,一、D/L 构型标记法 一个化合物的绝对构型通常指键合在手性,28,以甘油醛为标准物，通过合适的化学反应转化成其它旋光性化合物，,只要在反应过程中不断裂与手性中心直接相连的化学键，那么所得,的化合物的构型就与原甘油醛的构型相同。,化合物的构型与旋光方向没有直接的对应关系。,D/L命名法的使用有一定的局限性，它只适用与甘油醛结构类似的化合物。,目前，一般用于糖类和氨基酸的构型命名。,以甘油醛为标准物，通过合适的化学反应转化成其它旋光性化合物，,29,二、,R/S 构型命名法,R/S构型命名法广泛应用于各种类型手性化合物构型命名。,它遵循凯恩-英戈德-普雷洛格规则(R.S.Cahn-R.S.Ingold-V.Prelog Rules)，,命名手性化合物的构型。1979年IUPAC建议采用R/S构型命名法。,R/S构型命名规则,1、按次序规则确定与手性碳相连的四个原子或基团的优先次序。,2、将手性碳上的四个原子或基团中最小的(大多数情况下是氢原子)置于,远离我们视线的位置(即放在最远的位置)，然后观察朝向我们的另外,三个基团的优先次序（由大到小）。,如为顺时针方向排列为R构型；反时针方向排列为S构型。,二、R/S 构型命名法R/S构型命名法广泛应用于各种类型,30,abcd,R或S构型，它标志着手性分子的绝对构型。至今尚不知道,化合物的,旋光方向,与,构型,的关系。不能把两者混为一谈。,abcd R或S构型，它标志着手性分子的绝对构型。至今,31,例题1、命名氯溴碘甲烷（A和B）的构型。,例题2 命名两个2-丁醇（A和B）的构型。,例题1、命名氯溴碘甲烷（A和B）的构型。例题2 命名两个2,32,对于标记含有两个或两个以上手性碳分子的构型，同样按,照上述方法分别确定每一个手性碳的构型。还必须注意要,按照命名的编号原则标出每个手性碳的编号。,“手势法”适用于直接从Fischer投影式标记手性碳的构型。,必须注意当与手性碳相连的最小基团（一般为H原子）处,于竖键时，手指不需“转向”，直接观察所指向的三个基团,的排列顺序，就能确定手性碳的构型