工学第八章立体化学.pptx

立体化学立体化学教材教材:有机化学有机化学(第二版第二版)徐寿昌徐寿昌 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社有机化学授课对象：化学（分析技术）本科授课对象：化学（分析技术）本科授课时数：授课时数：5任课教师：李丽任课教师：李丽有机化学多媒体课件有机化学多媒体课件考试大纲要求考试大纲要求考试要求：考试要求：1 1、掌握立体异构、对称因素、手性碳原子、掌握立体异构、对称因素、手性碳原子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体的概对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体的概念念 2 2、掌握、掌握FischerFischer投影式的书写方法投影式的书写方法 3 3、掌握、掌握R/SR/S命名法命名法 4 4、掌握利用对称因素判别分子手性的方法、掌握利用对称因素判别分子手性的方法主要内容纲要主要内容纲要基本概念基本概念分子的对称性与手性的关系分子的对称性与手性的关系 构型的表示、标记及确定构型的表示、标记及确定（重点）（重点）含手性碳原子化合物的立体异构含手性碳原子化合物的立体异构（重点）（重点）环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构 （重点）（重点）不含手性碳原子化合物的不含手性碳原子化合物的对映异构对映异构典型习题及作业典型习题及作业1、同分异构现象分类、同分异构现象分类构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构(如如:丁烷丁烷/异丁烷异丁烷)官能团异构官能团异构(如如:醚醚/醇醇)位置异构位置异构(如如:辛醇辛醇/仲辛醇仲辛醇)构型异构构型异构构象异构构象异构顺反顺反,Z,Z、E E异构异构对映非对映异构对映非对映异构同分异构同分异构基本概念基本概念手性分子：手性分子：在立体化学中在立体化学中,不能与镜象叠合的分子。不能与镜象叠合的分子。2、手性与对映体的概念、手性与对映体的概念手性：手性：一个物体与自身镜象不能叠合，则具有手性。一个物体与自身镜象不能叠合，则具有手性。左手和右手不能叠合左手和右手不能叠合 左右手互为镜象左右手互为镜象对映体：对映体：分子的构造相同，但构型不同，形成实物与镜象的分子的构造相同，但构型不同，形成实物与镜象的两种分子。两种分子。分子的手性是存在对映体的必要和充分条件分子的手性是存在对映体的必要和充分条件.例例:乳酸乳酸(2-羟基丙酸羟基丙酸CH3-CHOH-COOH)的立体结构：的立体结构：乳酸的分子模型图乳酸的分子模型图两个乳酸模型不能叠合，两个乳酸模型不能叠合，组成一对对映异构体。组成一对对映异构体。3、对映异构体、对映异构体【动画演示动画演示】生活中的对映体生活中的对映体(1)-镜象镜象生活中的生活中的对映体对映体(2)-镜象镜象井冈山风景桂林风情左右手互为镜象左右手互为镜象4、旋光性和比旋光度、旋光性和比旋光度A.旋光性，旋光性，由旋光仪测定，如下所示：由旋光仪测定，如下所示：只在一个平面上振动的光，只在一个平面上振动的光，称为平面偏振光，简称称为平面偏振光，简称偏振偏振光光。对映异构旋光性相反对映异构旋光性相反【动画演示动画演示】式中式中:C-:C-溶液浓度溶液浓度 (g/mL);-(g/mL);-管长管长(dm)(dm)若被测得物质是纯液体若被测得物质是纯液体,则按下式换算则按下式换算:式中式中:-:-液体的密度液体的密度(g/cm(g/cm3 3).).B.比旋光度的测定与换算比旋光度的测定与换算C.比旋光度的表示方法比旋光度的表示方法例例:在在2020时时,以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液的比旋光以钠光灯为光源测得葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋度为右旋52.5,52.5,记为记为:(:(“D D”代表钠光波长代表钠光波长)比旋光度比旋光度:要要考考察察的的对对称称因因素素有有对对称称轴轴、对对称称面面、对对称称中中心心、交交替替对称轴。对称轴。有有2 2重对称轴的分子重对称轴的分子(2-(2-丁烯丁烯)分子的对称性与手性的关系分子的对称性与手性的关系1 1、对称轴对称轴有对称面的分子有对称面的分子 (氯乙烷氯乙烷)2 2、对称面对称面【动画演示动画演示】有对称中心的分子有对称中心的分子3 3、对称中心对称中心4 4、交替对称轴交替对称轴4【动画演示动画演示】有对称面、对称中心、交替对称轴的分子是非手性有对称面、对称中心、交替对称轴的分子是非手性子；对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。子；对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是手性分子。手性分子。分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。分子的手性是对映体存在的必要和充分条件。总结：分子的对称性与手性的关系：总结：分子的对称性与手性的关系：构型的表示、标记及确定构型的表示、标记及确定一、构型的表示法一、构型的表示法A、菲舍尔投影式、菲舍尔投影式乳酸的分子模型和投影式乳酸的分子模型和投影式 书写原则：书写原则：竖键竖键向纸面背后伸去的键向纸面背后伸去的键;横键横键向纸面前方伸出的键向纸面前方伸出的键.B、锲形式、锲形式比较直观比较直观二、构型标记法二、构型标记法1、D/L标记法标记法 D-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛 注：注：D、L与与“+、-”没有必然的联系没有必然的联系 2.R/S标记法标记法 A.三维结构：三维结构：方方法法：站站在在最最小小基基团团d的的对对面面，然然后后按按先先后后次次序序观观察察其其他他三三个个基基团团。从从最最大大的的a经经b到到c，若若是是顺顺时时针针的的，则则为为“R”；反反之之，标记为标记为“S”。已知（已知（abcd)B.Fischer 投影式：投影式：结论：综合上述两种情况：结论：综合上述两种情况：当最小基团处于横键位置时，其余三个基团从大到小的顺当最小基团处于横键位置时，其余三个基团从大到小的顺序若为逆时针，其构型为序若为逆时针，其构型为R；反之，构型为；反之，构型为S。当最小基团处于竖键位置时，其余三个基团从大到小的顺当最小基团处于竖键位置时，其余三个基团从大到小的顺序若为顺时针，其构型为序若为顺时针，其构型为R；反之，构型为；反之，构型为S。(2S,3R)-2,3-(2S,3R)-2,3-戊二醇戊二醇练习：命名练习：命名现讨论菲舍尔投影式的变化规律：现讨论菲舍尔投影式的变化规律：拓拓展展（1 1）不能离开纸面翻转。翻转）不能离开纸面翻转。翻转180180，变成其对体。，变成其对体。【动画演示动画演示】(2)可以旋转可以旋转180。，但不能旋转，但不能旋转90。或或270。【动画演示动画演示】【动画演示动画演示】1.在纸面上转动在纸面上转动90。,270。，变成其对映体。，变成其对映体。2.在纸面上转动在纸面上转动180。构型不变。构型不变。3.保持保持1个基团固定，而把其它三个基团顺时针或逆个基团固定，而把其它三个基团顺时针或逆时针地调换位置，构型不变。时针地调换位置，构型不变。4.任意两个基团调换偶数次，构型不变。任意两个基团调换偶数次，构型不变。6.任意两个基团调换奇数次，构型改变。任意两个基团调换奇数次，构型改变。总结总结:Fischer:Fischer投影式的转换规则投影式的转换规则 构型各表示方法的转变：构型各表示方法的转变：（楔形式、纽曼投影式、锯架式、（楔形式、纽曼投影式、锯架式、费歇尔投影式费歇尔投影式）三、构型的确定三、构型的确定甘油醛甘油醛方方法法：现现指指定定（）为为右右旋旋甘甘油油醛醛的的构构型型，（）则则为为左左旋旋甘甘油油醛醛的的构构型型。利利用用反反应应过过程程中中与与手手性性碳碳原原子子直直接接相相连连的的键键不不发生断裂，以保证手性碳原子在构型不发生变化。发生断裂，以保证手性碳原子在构型不发生变化。右旋甘油醛右旋甘油醛左旋乳酸左旋乳酸指定右旋的甘油醛指定右旋的甘油醛为此构型。为此构型。得出此相对构型的乳酸为左旋（测）得出此相对构型的乳酸为左旋（测）D-D-例：例：手性碳原子：手性碳原子：四个互不相同四个互不相同的基团相连的碳原子的基团相连的碳原子。含手性碳原子的化合物的对映异构含手性碳原子的化合物的对映异构结论：结论：含有一个手性碳原子的分子一定是手性分子含有一个手性碳原子的分子一定是手性分子1、含有一个手性碳原子、含有一个手性碳原子例：乳酸例：乳酸外消旋体：外消旋体：由等量的对映体相混合而成的混合物由等量的对映体相混合而成的混合物.结论：结论：只含有一个手性碳原子的化合物一定是手只含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子，有对映异构体。性分子，有对映异构体。2、含两个手性碳原子、含两个手性碳原子 A、含两个不同含两个不同手性碳原子化合物的对映异构。手性碳原子化合物的对映异构。结论：结论：异构体数目异构体数目 2n=4 （n2）对映体数目对映体数目 2 n 1=2（2 1）=2（对）（对）B、含两个相同含两个相同手性碳原子化合物的对映异构手性碳原子化合物的对映异构 结论：结论：异构体数目异构体数目 2n 13（n2）对映体数目对映体数目 1（对）（对）外消旋体与内消旋体的区别：外消旋体与内消旋体的区别：a a、二者均无旋光性，、二者均无旋光性，b b、但外消旋体是混合物，一对对映体；内消旋体是纯化合物。、但外消旋体是混合物，一对对映体；内消旋体是纯化合物。A、立体异构、立体异构2n种。种。3、含有多个手性碳原子化合物的立体异构、含有多个手性碳原子化合物的立体异构例例:2-:2-羟基羟基-3-3-氯丁二酸的立体异构氯丁二酸的立体异构对映体对映体：(I)和和(II);(III)和和(IV).外消旋体外消旋体：(I)和和(II)；(III)和和(IV)；非对映体非对映体：(I)和和(III)或或(IV)；(II)和和(III)或或(IV)例例:酒石酸酒石酸 HOOC-CH-CH-COOH的立体异构的立体异构 OH OH*(I)I)和和(II)(II)是对映体是对映体;(III)III)和和(IV)(IV)是同一种物质是同一种物质（内消旋体（内消旋体）差向异构体：差向异构体：(I)I)和和(IV)(IV)；(II)(II)和和(III)(III)I II III IV(2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)B、立体异构数目少于、立体异构数目少于2n 结论：结论：当含有多个手性碳原子时，其异构体当含有多个手性碳原子时，其异构体数目规律如下：数目规律如下：旋光异构体的数目旋光异构体的数目 =2=2 n-1n-1 n n为偶数：内消旋体的数目为偶数：内消旋体的数目 =2=2 n/2-1n/2-1 立体异构体总数立体异构体总数 =2=2 n n 1 1+2+2 n/2 n/2 1 1 立体异构体总数立体异构体总数 =2=2 n n 1 1 n n为奇数：为奇数：内消旋体的数目内消旋体的数目 =2=2 (n(n 1)/2 1)/2不含手性碳原子化合物的对映异构不含手性碳原子化合物的对映异构1、丙二烯型、丙二烯型丙二烯丙二烯bdcaabcd结论：结论：该类化合物当该类化合物当a abb且且c cdd时，为手性分子。时，为手性分子。2.联苯型化合物联苯型化合物注意：注意：两个苯环无需垂直，只要两个苯环无需垂直，只要不在一个平面即可不在一个平面即可如：如：对映体对映体基团的阻转能力大小：基团的阻转能力大小：I2Br2Cl2CH3NO2COOHNH2OCH3OHFH结论：结论：联苯型化合物只要同一苯环上所连的基团不同，联苯型化合物只要同一苯环上所连的基团不同，分子就具有手性。分子就具有手性。看要考察的碳原子所在的环左看要考察的碳原子所在的环左右右是否具有对称性是否具有对称性，若无对称，若无对称性则相当于两个不一样的官能性则相当于两个不一样的官能团，则该碳原子是手性碳原子。团，则该碳原子是手性碳原子。如有所示结构中：如有所示结构中：环状化合物手性碳原子的判断：环状化合物手性碳原子的判断：薄荷醇的平面式薄荷醇的平面式几个几个*？几？几个光学异个光学异构体构体?8个个环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构 有两个碳原子各连有一个取代基有两个碳原子各连有一个取代基,就有顺反异构。就有顺反异构。如环上有手性碳原子如环上有手性碳原子,则有对映异构现象。则有对映异构现象。1、三元环、三元环 A、A型二取代：有三个异构体。型二取代：有三个异构体。2.A、B型二取代：有型二取代：有 2 2=4 个异构体，两对对映体。个异构体，两对对映体。2、四元环、四元环 注意：注意：偶数偶数环的二取代，环的二取代，其对映异构的其对映异构的数目与取代基数目与取代基的位置有关。的位置有关。本部分内容参考书目：本部分内容参考书目：螺旋结构和旋光性，螺旋结构和旋光性，尹玉英，尹玉英，化学通报，化学通报，19931993，1010，1-91-9。关于对位二取代环丁烷内消旋体的讨论，关于对位二取代环丁烷内消旋体的讨论，罗一鸣，罗一鸣，化学通报，化学通报，19931993，8 8，37-3837-38。立体化学立体化学 袁云程编，大连理工大学出版社，袁云程编，大连理工大学出版社，19901990；习题一用一用R/SR/S标记下列化合物的构型标记下列化合物的构型(2R,3R)(1S,2R)(2S,3R)(2R,3R)(S)(R)(R)(R)二判断下列各对化合物之间的关系二判断下列各对化合物之间的关系对映体对映体 非对映体非对映体 某醇某醇C5H10O（A）具有旋光性。催化加氢后，生成的醇）具有旋光性。催化加氢后，生成的醇C5H12O（B）没有旋光性。试写出（）没有旋光性。试写出（A）和（）和（B）的结构式。）的结构式。推断结构题推断结构题答案：答案：A CH2=CHCHOHCH2CH3 B CH3CH2CHOHCH2CH3同一种物质同一种物质 本部分内容参考书目：本部分内容参考书目：有机化学习题精解有机化学习题精解 冯骏材冯骏材 编编 科学出版社科学出版社有机化学学习指南有机化学学习指南 高鸿宾主编高鸿宾主编 高教出版社高教出版社课后作业自学外消旋体的拆分，手性合成等内容。自学外消旋体的拆分，手性合成等内容。P176P1761 1、2 2、3 3、4 4、6 6、1111