03 第五章 旋光异构体.ppt

第1页：旋光异构章节封面

5 旋光异构：异构体之间最明显的差异是对平面偏振光的旋光性能不同，因而称旋光异构。

• 一、基本概念
• 二、分子的结构与旋光活性
• 三、含一个手性碳原子化合物的旋光异构
• 四、含两个手性碳原子化合物的旋光异构
• 五、环状化合物的立体异构体
• 六、不含手性碳原子化合物的旋光异构
• 七、旋光异构体的性质

第2页：平面偏振光与比旋光度

一、基本概念

平面偏振光

普通光通过 Nicol 棱镜后，只在单一平面内振动的光。

旋光性

物质使平面偏振光的振动平面发生旋转的性质。

旋光度（α）

偏振面被旋转的角度，具有旋光性的物质称光学活性物质。

左旋体 / 右旋体

使偏振面逆时针旋转为左旋体（-），顺时针为右旋体（+）。

比旋光度 [α]

通常规定 1 ml 含 1 g 旋光性物质浓度的溶液，放在 1 dm 长的盛液管中测得的旋光度为该物质的比旋光度。

旋光仪构成：光源 — Nicol 镜（起偏镜）— 盛液管 — Nicol 镜（检偏镜）。

第3页：手性与手性碳原子

二、分子的结构与旋光活性

手性

实物与其镜影不能重叠的特点叫「手征性」，简称「手性」。

手性分子

任何一个不能和它的镜影完全重叠的分子，叫手性分子，具有旋光活性。

手性碳原子

和 4 个不相同的原子或基团相连的碳原子叫手性碳原子。

手性与分子的对称性有关：考察分子是否有对称性，可看其是否存在对称面、对称轴或对称中心等对称因素。

第4页：对称面与对称中心

4、对称因素：对称面、对称中心

对称面

分子中所有原子都在一个平面内，或通过分子中心可以用一个平面将分子分成互为实物和镜影的两半，这种分子就具有对称面。

对称中心

分子中有一点 P，通过 P 点画任何直线，若在离 P 等距离的直线两端有相同的原子或基团，则 P 点为分子的对称中心。

无对称因素 → 不对称分子 → 手性分子 → 有旋光活性。

第5页：对映体与外消旋体

三、含一个手性碳原子化合物的旋光异构（以乳酸为例）

对映异构体

呈实物和镜影关系的两种构型，使偏振光振动平面旋转的角度相同、方向相反，用 (-)-乳酸和 (+)-乳酸表示。

外消旋体

等量左旋体与右旋体组成的体系，旋光度相互抵消、无旋光活性，用（±）表示。

连在手性碳原子上的 4 个原子或基团，在空间有两种排列方式，即两种构型。

第6页：透视式（楔型式）

2、构型的表示方法——（1）透视式（或楔型式）

• 楔形键：表示指向纸面前方
• 虚线键：表示指向纸面后方
• 实线键：表示位于纸面平面内

透视式能直观代表三维空间关系，但书写麻烦，对结构比较复杂的分子更不方便。

第7页：Fischer投影式

（2）Fischer 投影式

• 用一个「+」字表示，交点代表手性碳原子
• 碳链放在竖键，1 号碳放在上方
• 横键指向前方，竖键指向后方（横前竖后）

第8页：Fischer投影式的操作规则

使用 Fischer 投影式的说明

1. Fischer 投影式不能离开纸面翻转
2. Fischer 投影式可以在纸面内旋转 180°
3. Fischer 投影式中基团交换偶数次，构型不变

注：本页源文件含多个投影式示例（如甘油醛类结构的 R/S 判定），具体结构式以原课件图片为准。

第9页：D/L标记法

3、构型的标记法——（1）D/L 标记法

标准物质

以甘油醛为标准物质。

规定

甘油醛 Fischer 投影式中，手性碳上的羟基在右边表示右旋甘油醛，构型定为 D 型；羟基在左边表示左旋甘油醛，构型定为 L 型。

• D-(+)-甘油醛 / L-(-)-甘油醛
• D-乳酸 / L-乳酸

第10页：R/S标记法

（2）R/S 标记法

根据手性碳所连 4 个原子或基团在空间的排列次序进行标记。

1. 按次序规则将与手性碳相连的 4 个原子或基团大小排列成序
2. 将最小的一个放在离眼睛最远的位置
3. 观察眼前的 3 个原子或基团，由大到小排列，顺时针为 R，逆时针为 S

示例：R-乳酸 与 S-乳酸

第11页：R/S构型标记示例

构型标记练习：对含手性碳的化合物逐一判断 R/S 构型。

• （2S，3R）-3-氯-2-溴戊烷

注：本页源文件以结构式与标记结果为主，各手性碳的具体判定过程以原课件图片为准。

第12页：含两个不同手性碳的化合物

四、含两个手性碳原子化合物的旋光异构——1、含两个不相同手性碳原子的化合物

异构体的数目为 2ⁿ（n 为不相同手性碳原子数），共 4 个旋光异构体，构成两对对映体。

• I（2R,3R）
• II（2S,3S）
• III（2S,3R）
• IV（2R,3S）

第13页：内消旋体与酒石酸

2、含两个相同手性碳原子的化合物

以酒石酸为例：旋光异构体共 3 个，其中 1 个为内消旋体。

• （S，S）与（R，R）：一对对映体
• （R，S）：内消旋体 m-酒石酸（meso），分子内存在对称面，无旋光性

第14页：环状化合物的立体异构

五、环状化合物的立体异构体

含一个或两个相同手性碳原子的环状化合物

如（R）与（S）构型之间构成对映体

两个不相同手性碳原子的环状化合物

顺反异构和对映异构往往同时存在，立体异构现象比较复杂

第15页：丙二烯型化合物

六、不含手性碳原子化合物的旋光异构——1、丙二烯型化合物

以 2,3-戊二烯为例：累积双键两端取代基处于互相垂直的平面内，分子无对称面，存在一对对映体。

注：本页源文件以结构式图示为主，具体构型以原课件图片为准。

第16页：联苯型化合物

2、单键旋转受阻碍的联苯型化合物

邻位取代位阻使单键旋转受阻，两个苯环不能共平面，分子具有手性，可拆分出对映体。

要点：含手性碳原子的化合物不一定有旋光性，不含手性碳原子的化合物不一定无旋光性；分子有旋光性的必要条件是分子有手性。

第17页：旋光异构体的性质

七、旋光异构体的性质

构成生物体的有机物大都有旋光活性，因而对映体之间最重要的区别在于它们对生物体的作用不同。