an第三章有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象

1、第三章 有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象 目的和要求：1、了解和掌握異構(gòu)現(xiàn)象的基本概念，如構(gòu)造異構(gòu)，順反 異構(gòu)和光學異構(gòu)現(xiàn)象等；2、掌握什么是旋光性，手性、分子的手性和對稱性；3、掌握各類有旋光性化合物的結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)型確定和命 名方法；4、了解消旋化合物的拆分1整理課件本章的教學內(nèi)容第一節(jié) 構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象第二節(jié) 立體異構(gòu)現(xiàn)象第三節(jié) 光學異構(gòu)現(xiàn)象2整理課件分子結(jié)構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)：原子連接順序不同構(gòu)型異構(gòu)：原子空間排列方式不同構(gòu)象異構(gòu)：鍵旋轉(zhuǎn)引起原子空間相對位置改變同分異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)碳架異構(gòu)官能團異構(gòu)官能團位置異構(gòu)互變異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)順反異構(gòu)旋光異構(gòu)3整理課件同份異構(gòu)：具有相同的分子式，但具有不同結(jié)構(gòu)的

2、現(xiàn)象第一節(jié)、構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象一、碳架異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)：分子式相同，但原子連接順序和方式不同1、碳架異構(gòu)體的書寫2、碳架異構(gòu)的多樣性：以C6H12的環(huán)烷烴的異構(gòu)體為 例（12個）4整理課件二、官能團位置異構(gòu)官能團位置異構(gòu):官能團在主鏈上位置的改變，產(chǎn)生的 不同化合物 1-丁醇 2-丁醇2-甲基丁醇 2-甲基 2-丁醇 鄰苯二酚 間苯二酚 對苯二酚 5整理課件三、官能團異構(gòu)官能團異構(gòu)：分子式相同，官能團不同的分子，或官 能團的連接順序或方式不同1、醇和醚2、烯和環(huán)3、醛和酮及環(huán)氧化合物例： 乙醚 丁醇環(huán)戊烷 1-戊烯 丙酮 丙醛 環(huán)氧丙烷6整理課件 四、互變異構(gòu)互變異構(gòu):在室溫下，不同官能團的化合物處于動

3、態(tài)平衡 并相互轉(zhuǎn)化1、酮烯醇2、對亞硝基酚苯醌肟3、硝基烴酸式硝基烴7整理課件第二節(jié)、順反異構(gòu)現(xiàn)象順反異構(gòu)：含雙鍵或環(huán)狀化合物，由于結(jié)構(gòu)剛性，使旋轉(zhuǎn) 困難，當連接的取代基不同時，出現(xiàn)的不同空間排列。1、含C=C雙鍵的化合物順反異構(gòu)一、含雙鍵的化合物順反異構(gòu)產(chǎn)生條件：雙鍵上碳原子連接的原子或原子團不同A、順、反表示（簡單烯烴）：相同基團位于雙鍵同側(cè)稱 “順”（cis），位于異側(cè)稱“反”（trans）順-2-丁烯反-3-甲基-2-戊烯B、“Z”、“E”表示（系統(tǒng)命名，復雜烯烴），規(guī)則如下：8整理課件. 按“基團順序”確定各雙鍵兩端基團的大小順序. “較優(yōu)”兩基團位于同側(cè)，用“Z” 、位于異側(cè)用“E

4、”表示. 寫出名字：用括號括出用“Z、E”，并標明位號，用“，” 隔開，位號低的先寫出。例1：（3Z，5E）-3-【（E）-1-氯-1-丙烯基】-3，5-庚二烯酸例2：在選擇主鏈時，以雙鍵位號低為原則，若有選擇時， 以“Z ” 編號低為原則（2Z，5E）-2，5-庚二烯二酸（2E，5Z）-2，5-庚二烯二酸, 錯9整理課件2、含C=N或N=N鍵的順反異構(gòu) 在C=N雙鍵中，N為SP2雜化，其中在一個SP2雜化軌道上有一對孤對電子，應該看作一個原子序數(shù)為零的原子。(Z)-醛肟(E)-醛肟(E)-腙(E)-縮氨脲(Z)-苯甲醛肟 (E)-苯甲醛肟 10整理課件3、N=N雙鍵的順反異構(gòu)(Z)-偶氮苯

5、(E)-偶氮苯二、碳環(huán)化合物的順反異構(gòu)將碳環(huán)看作雙鍵，相同基團位于同側(cè)為“順”，異側(cè)為“反”順-1，3-二甲基-3-氯環(huán)己基甲酸11整理課件第三節(jié)、構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)象：在有機物中，由于單鍵自由旋轉(zhuǎn)而引起的碳原子結(jié)合的原子或 原子團的相對位置發(fā)生改變，產(chǎn)生了若干不同的空間排列方式。產(chǎn)生條件：至少有連續(xù)的三個單鍵的化合物例如：沒有構(gòu)象一、乙烷的構(gòu)象1、構(gòu)象表示方法透視式（鋸架式）虛線-楔形式（立體透視式）紐曼（Newman)投影式12整理課件A、透視式（鋸架式）B、虛線-楔形式（立體透視式）C、紐曼（Newman)投影式投影規(guī)則：表示靠近觀察者表示遠離觀察者13整理課件2、乙烷構(gòu)象與分子內(nèi)能a.兩種極端

6、構(gòu)象重疊式楔形式 鋸架式 紐曼式 交叉式 楔形式 鋸架式 紐曼式14整理課件b.乙烷構(gòu)象與分子內(nèi)能 轉(zhuǎn)動能：12.5kJ/mol 每對重疊氫H-C-C-H 重疊張力(扭轉(zhuǎn)張力)： 4.2kJ/mol 乙烷交叉式構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)象。構(gòu)象的穩(wěn)定性與內(nèi)能有關. 內(nèi)能低,穩(wěn)定;內(nèi)能高,不穩(wěn)定。內(nèi)能最低的穩(wěn)定構(gòu)象稱優(yōu)勢構(gòu)象。.室溫下，構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡中，不能分離。15整理課件二、丁烷的構(gòu)象繞C-2和C-3之間鍵旋轉(zhuǎn)(典型構(gòu)象):16整理課件三、其它烷烴的構(gòu)象 其它正構(gòu)烷烴的穩(wěn)定構(gòu)象是：碳鏈成鋸齒狀排列，相鄰的碳上的氫原子成交叉式。P67.四、環(huán)烷烴的構(gòu)象1、環(huán)丁烷、環(huán)戊烷的構(gòu)象環(huán)丁烷：蝶式構(gòu)

7、象，非平面型環(huán)戊烷：信封式，非平面型17整理課件2、環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象1. 環(huán)己烷的構(gòu)象極端構(gòu)象： 椅式 船式A、 椅式構(gòu)象18整理課件a鍵：直立鍵(豎鍵) e鍵：平伏鍵(橫鍵)構(gòu)象翻轉(zhuǎn)a鍵轉(zhuǎn)變成e鍵，e鍵轉(zhuǎn)變成a鍵；環(huán)上原子或基團的空間關系保持,即鍵的取向不變。19整理課件B、 船式構(gòu)象 穩(wěn)定性：椅式構(gòu)象環(huán)己烷 船式構(gòu)象環(huán)己烷室溫下，平衡有利于椅式構(gòu)象（優(yōu)勢構(gòu)象）。 2. 取代環(huán)己烷的構(gòu)象A、 一取代環(huán)己烷的構(gòu)象20整理課件2) 二取代環(huán)己烷的構(gòu)象 ea鍵型aa鍵型ee鍵型21整理課件1. 指出下列構(gòu)象異構(gòu)體中哪一個是優(yōu)勢構(gòu)象。較大的基團處于e鍵的構(gòu)象相對穩(wěn)定。 優(yōu)勢構(gòu)象22整理課件第四

8、節(jié)、對應異構(gòu)（光學異構(gòu)）現(xiàn)象一、旋光性和比旋光度1、偏正光. 光是橫波，傳播方向和振動方向垂直. 自然光：含任意振動方向的光X軸：傳播方向Y-Z軸：光振動方向含該平面的任意方向偏正光：只含某一特定振動方向的光通過Nicol棱鏡, 僅在一個平面上振動的光。23整理課件 2.、旋光儀、旋光度、比旋光度 旋光物質(zhì)：使偏振光偏振方向發(fā)生改變旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。 旋光度：使偏振光偏振方向旋轉(zhuǎn)的角度。用表示。 旋光方向：右旋（+） ; 左旋（-） 比旋光度t =例如： 葡 萄 糖肌肉乳酸發(fā)酵乳酸D20=+52.5 0D20=+3.8 0D20= -3.8024整理課件二、手性和對稱性1、手性：物質(zhì)相對應但不能重合

9、的特征，稱為物質(zhì)的手型或手征性 一種物質(zhì)的對應體就是其鏡像2、分子手性與旋光性A、手性分子：具有手性特征的分子，又稱不對稱分子B、判斷標準：分子與其鏡像能否重合C、手性分子旋光性：旋光性是由于分子的手性（不對稱）引起的D、手性碳原子：連接四個不同原子或原子團的碳，用“*”表示例如： D20= +3.8o(水) D20= -3.8o(水)25整理課件三、對應異構(gòu)體和外消旋體1、對應體：對于不對稱分子來說，形成實物與鏡像關系的兩種 分子互為對應異構(gòu)體，它們旋光方向相反，旋光度相同，其 它物理性質(zhì)如：熔點、沸點相同，很難用常規(guī)的方法分開。2、外消旋體：兩種對應異構(gòu)體等量混合得到的不旋光的混合物3、外

10、消旋化：使單一旋光性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成外消旋體的過程：光、熱 催化劑等四、分子對稱性不對稱性是分子具有手性的根本原因，如何判斷分子是否對稱？1、對稱面：用一個平面將分子分為實物和鏡像兩個部分，該平 面稱為對稱面。用“”表示，具有對稱面的分子無手性。苯分子有7個對稱面26整理課件2、對稱中心：分子中有一點，該點與某基團連線的反向延長線的 等距離處能找到完全相同的基團。具有中心對稱因素的分子是對稱分子。非手性分子。四、手性碳的構(gòu)型標記 用（+）、（-）、（）表示旋光方向分別為：右、左和外消旋體，用R或S標注手性碳的構(gòu)型1、構(gòu)型表示式.球棒式.立體透視式.費歇爾（Fischer)投影式27整理課件費歇爾（F

11、ischer)投影式規(guī)定：投影時，1、碳鏈豎放，序號小的放在上面；2、豎向兩個鍵表示背離觀察者；3、橫向兩個鍵表示伸向觀察者，交叉點為手性碳. 28整理課件五、構(gòu)型與旋光方向的標記1、D-L標記D-(+)甘油醛 D-(-)甘油酸 旋光方向的+或-是實驗測定的29整理課件2、R-S標記 將手性碳連接的四個不同基團基團進行排序，如abcd,將最小的基團d放在遠離觀察者，剩下的三個基團如果從大到小的順序是順時針，構(gòu)型為“R”，為逆時針構(gòu)型為“S” 如果最小的原子(或基團)在近端, 順時針排列為S構(gòu)型，逆時針排列為R構(gòu)型。例1、D-(+)甘油醛 R-（+）甘油醛 逆時針，最小的H原子在近端，故為“R”

12、 30整理課件例2六、費歇爾投影式與分子構(gòu)型的關系1、費歇爾投影式與分子構(gòu)型的關系A、順序最小的原子(或基團)在豎線上, 順時針排列為R構(gòu)型， 逆時針排列為S構(gòu)型。B、順序最小的原子(或基團)在橫線上, 順時針排列為S構(gòu)型逆時針排列為R構(gòu)型。31整理課件C、手性碳不離開紙面，旋轉(zhuǎn)1800，構(gòu)型不變D、手性碳相連的任意兩個基團對調(diào),奇數(shù)次構(gòu)型改變；對調(diào)偶數(shù)次構(gòu)型不變。 七、含一個手性碳原子的分子32整理課件八、 含兩個手性碳原子的分子含一個手性碳的分子是手性分子，具有一對對映體。1、 含兩個不同手性碳原子的分子 非對映體: 構(gòu)造相同, 構(gòu)型不同, 相互間不是實物與鏡影關系的立體異構(gòu)體。非對映異構(gòu)

13、體其旋光性不同, 物理、化學性質(zhì)都不同。33整理課件2、 含兩個相同手性碳原子的分子（2R,3R); (2S,3S); (2R,3S); (2S,3R) 和 是同一個化合物，可以將旋轉(zhuǎn)1800得到。內(nèi)消旋體(meso)：分子內(nèi)部形成對映兩半的化合物。(有平面對稱因數(shù)) 內(nèi)消旋體無旋光性 (兩個相同取代、構(gòu)型相反的手性碳原子,處于同 一分子中, 旋光性抵消)。 光活異構(gòu)體數(shù)目 = 2n ; (n=不同手性碳原子數(shù))外消旋體數(shù)目= 2n-1 含n個不同的手性碳，旋光異構(gòu)體有如下組合規(guī)律：34整理課件 對映關系： 與； 與 非對映關系： 與、與、與、與：（2R,3R）-（-）-2-羥基-3-氯丁二酸35整理課件九、 碳環(huán)化合物的對應異構(gòu)體碳環(huán)化合物除了有順反異構(gòu)外，還有旋光異構(gòu)體的對應異構(gòu)體 meso- (S, S)- (R, R)-十、 外消旋體的拆分1、拆分的意義：旋光物質(zhì)是生命活動中的重要物質(zhì)例如：惡唑禾草靈，R體為有效體，S體為無效體，德國赫斯特公司36整理課件2、分離方法A、化學分離方法例如：（