第五章对映异构课件

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,第四章 立体化学（Stereochemistry）,立体化学是有机化学的重要组成部分.它的主要内容是研究有机化合物分子的三度空间结构(立体结构),及其对化合物的物理性质和化学反应的影响.,立体异构体的定义：分子中的原子或原子团互相连接的次序相同，但在空 间的排列方向不同而引起的异构体。,本章主要讨论立体化学中的,对映异构,.,第四章 立体化学（Stereochemistry）立体化,构造异构,constitutional,立体异构,Stereo-,碳链异构(如:丁烷/异丁烷),官能团异构(如:醚/醇),位置异构(如:辛醇/仲辛醇),构型异构,configurational,构象异构,conformational,顺反,Z、E异构,对映非对映异构,同分异构,isomerism,同分异构现象,构造异构立体异构碳链异构(如:丁烷/异丁烷)构型异构构象异构,20世纪60年代的“反应停”事件，是一个典型的药物导致胎儿畸形的例子。当时一家西德药厂生产了一种治疗早期妊娠反应的新药，有很好的止吐作用。许多有呕吐反应的早期妊娠妇女，服用此药后，可迅速把妊娠反应性呕吐停住，因而取名为“反应停”。由于止吐效果显著，颇受早孕妇女的欢迎。在很短的时间里便风靡全世界。特别是在十几个经济比较发达的国家内，成为非常畅销的药。但是随后不久，这些国家内不断出生了许多没有胳膊也没有腿的海豹样新生婴儿。仅在生产此药的西德，10个月中，就有5500多个这样的怪胎出生。在英国也在短时间内，登记到的这种怪胎就有4000多个。日本也发现300多个。,引言,20世纪60年代的“反应停”事件，是一个典型的药物导致胎儿畸,镇静作用,强烈致畸作用,反应停,（halidomide，-苯肽茂二酰亚胺，塞利多米 ）,镇静作用强烈致畸作用,后来经研究发现，反应停是消旋体，其右旋体有镇静作用，而左旋体对胚胎有很强的致畸作用。手性药物疗效的极大差异促进了手性药物的研究开发与及分离分析的发展。目前普遍使用的2000多种合成药物中有600余种为手性药物，而活性的单一对映体药物不足100种，其余的500余种都是左右旋混在一起的消旋体药物。,1997年，全世界100个热销药中，有50个是单一对映体（手性药物），手性药物已占世界医药市场的半壁江山。从市场前景来看，手性药物研制大有可为。,后来经研究发现，反应停是消旋体，其右旋体有镇静作用，而左旋体,4.1 手性和对映体,镜象与手性的概念,一个物体若与自身镜象不能叠合,叫具有,手性,.,在立体化学中,不能与镜象叠合的分子叫手性分子,而能叠合的叫,非手性分子,.,4.1 手性和对映体镜象与手性的概念 一个物体若与自身镜象不,生活中的一些手性物体,生活中的一些手性物体,例:,乳酸(2-羟基丙酸CH3-CHOH-COOH)的立体结构：,乳酸的两个模型的关系象左手和右手一样,它们不能相互叠合,但却互为镜象.,例:乳酸(2-羟基丙酸CH3-CHOH-COOH)的立体,分子的对称性与手性的关系,考察分子的对称性就能判断它是否具有手性。,(1)对称轴(旋转轴),设想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋转360/n后,(n=正整数),得到的分子与原来的分子相同,这条直线就是n重对称轴.,有2重对称轴的分子(2-丁烯),分子的对称性与手性的关系考察分子的对称性就能判断它是否具有手,(2)对称面(镜面),有对称面的分子,设想分子中有一平面,它可以把分子分成互为镜象的两半,这个平面就是对称面.,(2)对称面(镜面)有对称面的分子设想分子中有一平面,它可,(3)对称中心,设想分子中有一个点,从分子中任何一个原子出发,向这个点作一直线,再从这个点将直线延长出去,则在与该点前一线段等距离处,可以遇到一个同样的原子,这个点就是对称中心.,(3)对称中心设想分子中有一个点,从分子中任何一个原子出发,(4)交替对称轴(旋转反映轴),设想分子中有一条直线,当分子以此直线为轴旋转360/n后,再用一个与此直线垂直的平面进行反映(即作出镜象),如果得到的镜象与原来的分子完全相同,这条直线就是交替对称轴.,4,()旋转90后得(),()作镜象得(),()等于(),有4重交替对称轴的分子,(4)交替对称轴(旋转反映轴)设想分子中有一条直线,当分子,对称性与手性的关系:,非手性分子,凡具有对称面、对称中心或交替对称轴的分子.,手性分子,既没有对称面,又没有对称中心,也没有4重交替对称轴的分子,都不能与其镜象叠合,都是手性分子.,对称轴,的有无对分子是否具有手性没有决定作用,.,在有机化学中,绝大多数非手性分子都具有对称面或对称中心,或者同时还具有4重对称轴.,没有对称面或对称中心,只有4重交替对称轴的非手性分子是个别的.,手性分子的一般判断:,只要一个分子既没有对称面,又没有对称中心,就可以初步判断它是手性分子.,对称性与手性的关系:非手性分子凡具有对称面、对称中心或交,对映异构体,互为镜象的两种构型的异构体叫做,对映体,.,一对对映体的构造相同,只是立体结构不同,这种立体异构就叫对映异构.如乳酸是手性分子,故有对映体存在:,凡是手性分子,必有互为镜象的构型.分子的手性是存在对映体的必要和充分条件。,对映异构体互为镜象的两种构型的异构体叫做对映体.凡是手性分子,4.2 旋光性和比旋光度,4.2.1 旋光性,旋光性,某些物质能使偏振光的振动方向旋转一定角度的性质。右旋(+)；左旋(),对映体的一般物理性质(熔点,沸点,相对密度.,以及光谱)都相同,只有对偏振光的作用不同.,4.2 旋光性和比旋光度4.2.1 旋光性旋光性某些物质,旋光性物质,(或叫,光活性物质,)-具有旋光性的物质.,右旋物质（dextrorotatory）,-能使偏正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（levorotatory）,-能使偏正光的振动方向向左旋的物质.通常用“L”或 “-”表示左旋.,旋光度,（,observed rotation)-,偏正光振动方向的旋转角度.用“,”表示.,凡是手性分子都具有旋光性而非手性分子则没有旋光性,4.2.2 比旋光度（specific rotation）,由旋光仪测得的旋光度,甚至旋光方向,不仅与物质的结构有关,而且与测定的条件(样品浓度,盛放样品管的长度,偏正光的波长及测定温度等)有关.,旋光性物质(或叫光活性物质)-具有旋光性的物质.右旋物质（,比旋光度,-,通常把溶液的浓度规定为1g/mL,盛液管的长度规定为1dm,并把这种条件下测得的旋光度叫比旋光度.一般用,表示.,比旋光度只决定于物质的结构.各种化合物的比旋光度是它们各自特有的物理常数.,比旋光度的测定与换算,用任一浓度的溶液,在任一长度的盛液管中进行测定,然后将实际测得的旋光度,按下式换算成比旋光度,:,式中:C-溶液浓度(g/mL);-管长(dm),比旋光度-通常把溶液的浓度规定为1g/mL,盛液管的长度规,表示比旋光度时，需要标明测量时的温度、光源的波长以及所使用的溶剂。,例如，在温度为20C时，用钠光灯为光源测得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52.2,应记为：,D,20,=+52.2（水）,“D”代表钠光波长。钠光波长549nm相当于太阳光谱中的D线。,比旋光度是旋光性物质的一个物理常数。,表示比旋光度时，需要标明测量时的温度、光源的波长以及,4.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构,手性碳原子的概念 在有机化合物中，手性分子大都含有与四个互不相同的基团相连的碳原子。,这种碳原子没有任何对称因素,故叫,不对称碳原子,或叫,手性碳原子,在结构式中通常用,*,标出手性碳原子,。,含有一个手性碳原子的分子一定是手性分子,4.3 含有一个手性碳原子的化合物的对映异构手性碳原子的概念,例：,乳酸CH3CHOHCOOH,*,右旋乳酸,左旋乳酸,熔点=53,熔点=53,外消旋体由等量的对映体相混合而成的混合物.,外消旋体不仅没有旋光性，且其他物理性质也往往与单纯的旋光体不同。例如：外消旋体乳酸熔点为14.,例：乳酸CH3CHOHCOOH*右旋乳酸左旋乳酸熔点=53,乳酸的分子模型和投影式,4.4,构型的表示法，构型的确定和构型的标记,4.4.1 构型的表示法,菲舍尔投影式,菲舍尔投影式:两个竖立的键向纸面背后伸去的键;,两个横在两边的键向纸面前方伸出的键.,在纸面上旋转140不变；旋转90或270或翻身镜象,乳酸的分子模型和投影式4.4 构型的表示法，构型的确定和构型,R-S,标记法是根据手性碳原子所连接的四个基团在空间的排列来标记的：,(1)先把手性碳原子所连接的四个基团设为：,a,b,c,d。,并将它们按次序（,3.3节次序规则,）排队。,(2)若,a,b,c,d,四个基团的顺序是,a,在先，,b,其次，,c,再次，,d,最后。将该手性碳原子在空间作如下安排：,R-S,标记法,把排在最后的基团,d,放在离观察者最远的位置，然后按先后次序观察其他三个基团。,几即从最先的,a,开始，经过,b，,再到,c,轮转看。,若轮转方向是顺时针的，则该手性碳原子的构型标记为“R”-（“右”的意思）；反之，标记为“S”,顺时针,R,反时针,S,基团次序为：abcd,4.4.2 构型的,确定和,标记,R-S标记法是根据手性碳原子所连接的四个基团在空间的排列来,(1)先将次序排在最后的基团d放在一个竖立的（即指向后方的）键上。然后依次轮看a、b、c。,(2)如果是顺时针方向轮转的，则该投影式代表的构型为R型；如果是逆时针方向轮转的，则为S型。,c,顺时针,逆时针,菲舍尔投影式中R-S标记法：,若标记分子的菲舍尔投影式中的d是在竖键上,基团次序为：abcd,(1)先将次序排在最后的基团d放在一个竖立的（即指向后方的）,顺时针方向轮转的，则该投影式代表的构型为S型；如果是逆时针方向轮转的，则为R型。,顺时针,逆时针,若标记分子的菲舍尔投影式中的d是在横键上,基团次序为：abcd,顺时针方向轮转的，则该投影式代表的构型为S型；如果是逆时针方,例如：,乳酸,CH,3,CHOHCOOH,手性碳原子的四个基团排队：,OH COOH CH,3,H.因此乳酸的两种构型可分别如下识别和标记：,(右旋):S-(+)-乳酸,(左旋):R-(-)-乳酸,例如：乳酸CH3CHOHCOOH手性碳原子的四个基团排队：,分子中有多个手性碳原子的化合物,命名时可用R-S标记法将每个手性碳原子的构型一一标出。,左边C-2所连接的四个基团的次序:,OH CHOHCH2CH3 CH3 H,左边C-3所连接的四个基团的次序:,OH CHOHCH3 CH2CH3 H,例如：,(2S,3R)-2,3-戊二醇,(2R,3S)-2,3-戊二醇,分子中有多个手性碳原子的化合物,命名时可用R-S标记法将每个,含有一个手性碳原子的化合物有一对对映体。,分子中若有多个手性碳原子，立体异构的数目就要多些：若含有,n个手性碳原子,的化合物，,最多,可以有,2,n,种立体异构。有些分子的立体异构数目,少于 2,n,这个最大数。,4.5 含有多个手性碳原子化合物的立体异构,例,:,2-羟基-3-氯丁二酸的立体异构,这四种异构体中(,I)和(II)是对映体;(III)和(IV)是对映体.,(,I)和(II)等量混合物是外消旋体；(III)和(IV)等量混合物也是外消旋体。,含有一个手性碳原子的化合物有一对对映体。4.5 含有多个手,非对映体,(,I)和(,III),或,(,IV)以及(II)和(,III),或,(,IV)也是立体异构，但它们不是互为镜象，不是对映体，这种不对映的立体异构体叫做非对映体.,非对映体旋光度不相同,而旋光方向则可能相同,也可能不同,其它物理性质都不相同:,2-羟基-3-氯丁二酸的物理性质,非对映体混合在一起,可以用一般的物理方法将它们分离出来.,非对映体(I)和(III)或(IV)以及(II)和(III,例:酒石酸的立体异构,有些分子的立体异构数目少于2,n