Chapter6立體化學(xué)

1、第五章第五章 立體化學(xué)立體化學(xué)有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)（第四版）（第四版）面向面向21世紀(jì)課程教材世紀(jì)課程教材普通高等教育普通高等教育“九五九五”國家級(jí)重點(diǎn)教材國家級(jí)重點(diǎn)教材 CAI教學(xué)配套課件教學(xué)配套課件異構(gòu)現(xiàn)象異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)立體異構(gòu)碳架異構(gòu)碳架異構(gòu)官能團(tuán)位次異構(gòu)官能團(tuán)位次異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)互變異構(gòu)互變異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)順、反異構(gòu)順、反異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)非對(duì)映異構(gòu)非對(duì)映異構(gòu)一、異構(gòu)體的分類一、異構(gòu)體的分類二、手性和對(duì)稱性二、手性和對(duì)稱性基本概念：基本概念：1. 手性碳原子、手性分子手性碳原子、手性分子2. 手性手性3. 對(duì)映異構(gòu)體、對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象對(duì)映異構(gòu)體、

2、對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象手性碳原子手性碳原子：連接四個(gè)不同的原子或基團(tuán)：連接四個(gè)不同的原子或基團(tuán)的那個(gè)碳原子。的那個(gè)碳原子。手性分子手性分子：與自身鏡像不能重疊的分子。：與自身鏡像不能重疊的分子。手性手性：手性分子具有的性質(zhì)即：手性分子具有的性質(zhì)即。對(duì)映異構(gòu)體對(duì)映異構(gòu)體：實(shí)物：實(shí)物(A)與鏡像與鏡像(B)互為對(duì)映異互為對(duì)映異構(gòu)體。構(gòu)體。該類化合物在空間上可能有兩種不同的排列：該類化合物在空間上可能有兩種不同的排列：(A) (B)注意：注意：(A)和和(B)不是同一個(gè)分子，二者之間不是同一個(gè)分子，二者之間如同左手與右手、實(shí)物與鏡像相對(duì)映的關(guān)系。如同左手與右手、實(shí)物與鏡像相對(duì)映的關(guān)系。對(duì)稱因素對(duì)稱面、對(duì)稱中心

3、對(duì)稱因素對(duì)稱面、對(duì)稱中心:(A)、(B)有對(duì)稱面；而有對(duì)稱面；而(C) 有對(duì)稱中心。有對(duì)稱中心。CCHClClHCClClHHFHHFClHHCl(A) (B) (C)手性分子的判據(jù)手性分子的判據(jù)一個(gè)分子不能與自身鏡像重合的一般條件是一個(gè)分子不能與自身鏡像重合的一般條件是該分子該分子既既沒有對(duì)稱面，沒有對(duì)稱面，又又沒有對(duì)稱中心。沒有對(duì)稱中心。CCOOHHOH3CHCHOOCOHCH3H三三、手性分子的性質(zhì)手性分子的性質(zhì)光學(xué)活性光學(xué)活性對(duì)映異構(gòu)體并不是同一種化合物對(duì)映異構(gòu)體并不是同一種化合物, 它們的差別它們的差別僅表現(xiàn)在于對(duì)平面偏振光的不同影響上。僅表現(xiàn)在于對(duì)平面偏振光的不同影響上。平面偏振光

4、平面偏振光：光所在平面光所在平面 普通光普通光 平面偏振光平面偏振光只在只在Nicol棱鏡棱鏡鏡軸鏡軸所在的平面所在的平面(一個(gè)平面一個(gè)平面)上上振動(dòng)的光，即平面偏振光。振動(dòng)的光，即平面偏振光。Fig. 旋光儀示意圖旋光儀示意圖手性分子能使平面偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生偏手性分子能使平面偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。左左旋旋體體：能使偏振光向左旋轉(zhuǎn)的化合物，：能使偏振光向左旋轉(zhuǎn)的化合物， 用用(-)(-)表示。表示。 右旋右旋體體: : 能使偏振光向右旋轉(zhuǎn)的化合物，能使偏振光向右旋轉(zhuǎn)的化合物， 用用(+)(+)表示。表示。 外消旋體外消旋體：等量的左：等量的左旋旋體和體和右旋右旋體的混合體的混合 物

5、，用物，用( ( ) )表示。表示。旋光度旋光度：偏振光旋轉(zhuǎn)的角度偏振光旋轉(zhuǎn)的角度。比旋光度比旋光度： lBtt : 測定時(shí)的溫度測定時(shí)的溫度; : 光源的波長光源的波長; : 旋光度旋光度; B : 質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度(g/ml); l : 盛液管的長度盛液管的長度(dm) 四、具有一個(gè)手性中心的對(duì)映異構(gòu)四、具有一個(gè)手性中心的對(duì)映異構(gòu)(1) 透視式透視式: 化合物分子在紙面上的立體表化合物分子在紙面上的立體表達(dá)式。達(dá)式。2-溴丁烷溴丁烷(2) Fischer投影式投影式：用平面形式表示立體結(jié)：用平面形式表示立體結(jié)構(gòu)的式子構(gòu)的式子。書寫規(guī)則書寫規(guī)則:(1) 將最長的碳鏈置于豎線的位置上將最長的碳

6、鏈置于豎線的位置上;(2) 將將編號(hào)最小的碳原子置于頂端編號(hào)最小的碳原子置于頂端, 橫線連其橫線連其 它原子或基團(tuán)，兩線交點(diǎn)即手性碳原子它原子或基團(tuán)，兩線交點(diǎn)即手性碳原子;(3) 豎線兩端所連的基團(tuán)在紙面的后方豎線兩端所連的基團(tuán)在紙面的后方；橫橫 線兩端所連的基團(tuán)在紙面的前方線兩端所連的基團(tuán)在紙面的前方。2-溴丁烷溴丁烷:判斷兩個(gè)組成相同的結(jié)構(gòu)式是否是同一分子：判斷兩個(gè)組成相同的結(jié)構(gòu)式是否是同一分子：將投影式在將投影式在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180 （但不能脫離紙（但不能脫離紙面）面），如果相同基團(tuán)均重合，則表明是同一個(gè)，如果相同基團(tuán)均重合，則表明是同一個(gè)分子。反之則不是同一個(gè)分子分子。反之則不

7、是同一個(gè)分子。(+) 2溴丁烷溴丁烷(+)2溴丁烷溴丁烷若將投影式若將投影式在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90 , 則得到它的則得到它的對(duì)映異構(gòu)體對(duì)映異構(gòu)體：總總 結(jié)結(jié)(1) 分子只能在分子只能在紙面內(nèi)紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn); 不得脫離不得脫離 紙面翻轉(zhuǎn)紙面翻轉(zhuǎn);(2) 在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90 可判斷是否是對(duì)可判斷是否是對(duì)映異構(gòu)體映異構(gòu)體 ;(3) 在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)在紙面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180 可判斷是否是同可判斷是否是同一個(gè)分子一個(gè)分子。五、五、 構(gòu)型和命名法構(gòu)型和命名法1. D, L-構(gòu)型表示法：構(gòu)型表示法： D-甘油醛甘油醛 L-甘油醛甘油醛凡由凡由D-甘油醛通過化學(xué)反應(yīng)而得到或可轉(zhuǎn)變甘油醛通過化學(xué)反應(yīng)而得到

8、或可轉(zhuǎn)變成成D-甘油醛的化合物，均為甘油醛的化合物，均為D-型型 。羥基羥基在豎線右邊的為在豎線右邊的為 D- 型型, 其對(duì)映體為其對(duì)映體為 L- 型。型。HOHCHOCH2OHHOHCHOCH2OH2. R, S-構(gòu)型表示法構(gòu)型表示法:(R)-2-丁醇丁醇 (S)-2-丁醇丁醇(1) 將四個(gè)原子或基團(tuán)按優(yōu)先次序排列將四個(gè)原子或基團(tuán)按優(yōu)先次序排列(見烯見烯烴部分烴部分), 把次序最小的把次序最小的原子或基團(tuán)原子或基團(tuán)放在距放在距觀察者最遠(yuǎn)的地方觀察者最遠(yuǎn)的地方;(2) 觀察其余三個(gè)原子或基團(tuán)，如果它們觀察其余三個(gè)原子或基團(tuán)，如果它們由大由大到小是按順時(shí)針方向排列的到小是按順時(shí)針方向排列的, 為

9、為 R-型，反型，反之則為之則為 S-型。型。(1) D, L-構(gòu)型表示法是一種人為規(guī)定的構(gòu)型表示法是一種人為規(guī)定的 方法方法?；衔锸腔衔锸荄-型并不代表它就型并不代表它就是右旋的是右旋的; 同樣同樣, 化合物是化合物是L-型也不代型也不代表它就是左旋的表它就是左旋的。(2) 類似地類似地, 化合物的化合物的R-型型, S-型構(gòu)型與型構(gòu)型與 它們的左、右旋的旋光符號(hào)也沒有它們的左、右旋的旋光符號(hào)也沒有 直接聯(lián)系直接聯(lián)系。注注 意意(R)-甘油醛甘油醛 (S)-2-丁醇丁醇(1) 若次序最小的基團(tuán)在豎線（無論是在上若次序最小的基團(tuán)在豎線（無論是在上端還是下端）上端還是下端）上:剩余的三個(gè)基團(tuán)

10、由大到小若按剩余的三個(gè)基團(tuán)由大到小若按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為時(shí)為R-型型; 反之為反之為S-型型:判別構(gòu)型的簡單方法判別構(gòu)型的簡單方法:(S)-甘油醛甘油醛 (R)-2-羥基丙酸羥基丙酸(R)-乳酸乳酸) (2) 若次序最小的基團(tuán)在橫線（無論是在左若次序最小的基團(tuán)在橫線（無論是在左端還是在右端）上端還是在右端）上: 剩余的三個(gè)基團(tuán)由大到小若按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)剩余的三個(gè)基團(tuán)由大到小若按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為為(S)-; 反之為反之為(R)-:把下列透視式改為把下列透視式改為Fischer式式:把把Newman投影式改為投影式改為Fischer式也是一樣，式也是一樣，首先判斷手性碳原子的構(gòu)型，然后按照首先判

11、斷手性碳原子的構(gòu)型，然后按照Fischer式的要求畫出來。式的要求畫出來。四、四、 具有兩個(gè)手性中心的對(duì)映異構(gòu)具有兩個(gè)手性中心的對(duì)映異構(gòu)1. 具有兩個(gè)不同手性碳原子的對(duì)映異構(gòu)具有兩個(gè)不同手性碳原子的對(duì)映異構(gòu)(2R, 3R)- (2S, 3S)- (2R, 3S)- (2S, 3R)-對(duì)映體對(duì)映體非對(duì)映體非對(duì)映體2-羥基羥基-3-氯氯-丁二酸丁二酸 (氯代蘋果酸氯代蘋果酸):對(duì)映體對(duì)映體2. 具有兩個(gè)相同手性碳原子的對(duì)映異構(gòu)具有兩個(gè)相同手性碳原子的對(duì)映異構(gòu)(2S, 3R)- (2R, 3S)- (2S, 3S)- (2R, 3R)-內(nèi)消旋體，存在對(duì)稱內(nèi)消旋體，存在對(duì)稱平面，無手性。平面，無手性。

12、對(duì)映體對(duì)映體2, 3-二羥基丁二酸二羥基丁二酸 (酒石酸酒石酸):非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體正丁烷是對(duì)稱分子，但反應(yīng)產(chǎn)物是手性分子正丁烷是對(duì)稱分子，但反應(yīng)產(chǎn)物是手性分子非對(duì)映體產(chǎn)量不等非對(duì)映體產(chǎn)量不等五、五、 手性中心的產(chǎn)生手性中心的產(chǎn)生1. 第一個(gè)手性中心的產(chǎn)生第一個(gè)手性中心的產(chǎn)生2. 第第 二個(gè)手性中心的產(chǎn)生二個(gè)手性中心的產(chǎn)生CH3CH2CH2CH3Cl2CH3CHCH2CH3Cl(Main Product)CH3CH3HClHHCl2CH3CH3HClClHCH3CH3HClHCl六、脂環(huán)化合物的立體異構(gòu)六、脂環(huán)化合物的立體異構(gòu)1. 脂環(huán)化合物的脂環(huán)化合物的順、反異構(gòu)順、反異構(gòu)同側(cè)同側(cè)順式

13、順式異側(cè)異側(cè)反式反式順順-1,3-二甲基環(huán)丁烷二甲基環(huán)丁烷 反反-1,3-二甲基環(huán)丁烷二甲基環(huán)丁烷依據(jù)依據(jù)順順-1, 4-二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷反反-1, 4-二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷CH3CH3H3CCH3CH3CH3H3CCH3CH3CH3CH3CH3CH3124356124356CH3(I) (II) (III) 順式順式-1,2-二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷 反式反式-1,2-二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷2. 脂環(huán)化合物的脂環(huán)化合物的對(duì)映異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)mp: 139 175 D: () 84.4 () 84.4六、六、 不含手性中心化合物的對(duì)映異構(gòu)不含手性中心化合物的對(duì)映異構(gòu)CCCCH3CH3HH1. 丙二烯型化合物丙二烯