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第五章 旋光异构

第五章 旋光异构
第五章 旋光异构

第五章 旋光异构(4学时)

[目的要求]:

1.了解平面偏振光的产生及旋光仪的构造; 2.掌握对映异构与分子结构的关系;

3.掌握对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体、手性、对称因素等立体化学中的基本概念;

4.掌握构型的表示及标定;

5.了解环状化合物及不含手性碳原子化合物的对映异构;

6.了解外消旋体的柝分原理及方法。

有机化学这门科学是以分子结构和性质之间的关系为基础的,在这门科学中以三维 空间来研究结构的部分叫立体化学。

§5-1物质的旋光性

一、 平面偏振光和旋光性

在普通光线里,光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平 面上振动。普通光线的振动平面,双箭头表示光可能振动的方向。 只有和Nicol 棱晶的晶轴平行振动的射线才能全部通过。

只在一个平面上振动的光称为平面偏振光,简称偏振光或偏光。 能使平面偏振光振动平面旋转的性质称为物质的旋光性。 具有旋光性的物质称为旋光性物质或光活性物质。

能使平面偏振光振动平面向右旋转称为右旋体用(+)表示; 能使平面偏振光振动平面向左旋转称为左旋体用(-)表示。

旋光物质使平面偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度,通常用α表示。

二、 旋光仪和比旋光度

1. 旋光仪 是测定物质旋光度的仪器。见书P75,图5-3。 2. 比旋光度

为了能比较物质的旋光性能,通常规定:1ml 含1g 旋光物质的溶液,放在10cm 长的

构造异构(凡分子中原子互相连接次序不同而产生的异构现象)

位置异构碳干异构

官能团异构CH 3CH=CHCH 2CH 3

CH 2=CHCH 2CH 2CH 3CH 3

CH 2CH 2CH 3

CH

3CHCH 3

CH 3CH 3CH 2OCH 3CH 3CHCH 3

OH 互变异构

CH 3CCH 2COOEt

CH 3C=CHCOOEt

O

OH

立体异构

(分子中原子互相连接次序相同,但在空间排列的方式不同而产生的异构现象)

顺反异构

对映异构

构型异构

构象异构

盛液管中测得的旋光度为该物质的比旋光度,常用

为测时温度,λ为测定时光的波长一般采用钠光(波长为589 nm ,用D 表示)。

比旋光度是旋光物质特有的物理常数。可按下式计算:

§5-2对映异构和分子结构的关系 一、 对映异构现象的发现

1.1808年,E .Malus 首次发现偏光

2.1815年,J .B .Biet 发现有些石英结晶将偏光向右旋,有些将偏光向左旋。 3.1848年,Louis Pasteur 首次成功地把一个外消旋体分成右旋及左旋体。并首次提出光活性是由于分子的不对称结构所引起的。

4.1874年,Vant Hof 和Le.Bel 提出,如果一个C 原子连有四个不同基团,这四个基团在C 原子周围可以有两种不同的排列形式,有两种不同的四面体空间构型,它们互为镜象,和左右手之间的关系一样,外形相似,但不能重合。两只手的关系称作实物与镜象的对映关系。

① 分子模型 对映异构体在键不断裂的情况下,任意翻转两个模型,都不重合。

② 不对称C 原子,用*表示,连四个不同基团的中心C 原子称不对称C 原子,又称手性C

原子。用C *

表示。

二、 手性和对称因素

1.手性 是物质具有旋光性和对映异构现象的必要条件。

手性:物质的分子和它的镜象不能重合,这和我们的左右手虽然很相象,但不能重叠一样,把物质的这种特征称为手性或手征性。

具有手性的分子叫手性分子,手性分子必定旋光,旋光的分子必定是手性的。 2.对称因素

· 手性分子在结构上有哪些特点? ·· 手性物质是否一定含有手性C 原子?

···含有手性C 原子的是否一定有旋光性?

αt

λα

t λ

=

α

l(dm)c(g/ml)

*H 3C C OH

COOH

H

*CHOH COOH

CHOH *COOH *C=C=C

H 3C H

CH 3H

C COOH

C COOH

H H

① 对称面(σ)

结论:具有对称面的化合物是非手性分子,它没有对映异构体和旋光性。 例: CH 3CHCl 2 (结合模型分析对称面)

如有一个平面可以把分子分割成两部分,而一部分正好是另一部分的镜象,这个平面就是分子的对称面(用σ表示)。 ② 对称中心(i )

结论:具有对称中心的化合物,是非手性的,它没有对映异构体和旋光性。

若分子中有一点p ,通过p 点画任何直线,如在离p 点等距离的直线两端有相同的原子,则p 点称为分子的对称中心。(用i 表示)

§5-3含有手性碳原子化合物的对映异构 一、 含有一个手性C 原子化合物的对映异构

二、 构型的表示方法—E.Fischer 投影式

1. 投影原则:① 横竖的交点为手性C 原子。 ② “横前竖后”。

③ 主碳链竖的排列,氧化态最高的C 原子放在碳链的顶端。

2.使用E.Fischer 投影式注意问题

① 投影式在纸面上平移或转动180°,其构型不变。(幻灯片116号) ② 投影式不能在纸面上旋转90°、270°。(幻灯片117、118号) ③ 投影式不能离开纸面翻转180°。(模型)

④ 若将手性C 原子上所连任何两个原子或基团相交换,将会使构型变为它的对映体。即互换位置奇数次,得到的是对映体,互换位置偶数次,是到的是自身。(模型)

三、 对映体

1. 定义:两种立体异构体在空间有两种不同的排列方式互呈物体和镜象的对映关系,互称对映异构体,简称为对映体。 2. 性质

① 理化性质一般都相同。

② 只是对偏振光表现现不同的旋光性能,旋转角度相等,方向相反。

③ 在手性环境的条件下如手性试剂、手性溶剂、手性催化剂的存在下也会表现出某

C=C

Cl H

Cl

H

3

C COOH HO

H 3COOH OH

些不同的性质。例:(+)葡萄糖在动物代谢中能起独特的作用,具有菅养价值,但其对映体(-)葡萄糖则不能被动物代谢。又如氯霉素是左旋的有抗菌作用,其对映体则无疗效。

④ 对映异构体的生理作用表现出很大的差别。

四、 外消旋体

1.定义:对映体中等量左、右旋体的混合物。 2.性质

① 外消旋体没有旋光性。

② 外消旋体和相应的左旋或右旋,除旋光性能不同外,其它物理性质也有差异,化

学性质则基本相同。

③ 在生理作用方面,外消旋体仍各发挥其所含右旋和左旋的相应效能。例:合霉素

的抗菌能力仅为左旋氯霉素的一半。合霉素是左右旋氯霉素的等量混合物,其中左旋氯霉素是有抗菌作用的,而右旋无抗菌作用。

五、 构型的标记—R/S 法

R/S 法(重点)这是具有手性C 原子的系统命名法。

1.R 、S 构型

R 构型:C abcd 其中a >b >c >d ,将最小的原子或基团放在离观察者最远的地方,这时其它三个原子或基团(a 、b 、c )就指向观察者,这个与方向盘相似,d 在方向盘的连杆上。其它三个基团按大小顺序如a →b →c 为顺时针方向即为R 构型。 S 构型:如按大小次序a →b →c 为逆时针方向即为S 构型。 2.次序规则 3.命名

例一:1-氯-1-溴乙烷(幻灯片122号) 例二:(+)-2-氯丁烷

例三:

例四:2,3-二氯戊烷

4.小结

a.R/S 构型与物质的旋光性之间没有必然的联系.

b.R 构型的对映体一定是S 构型

.

Cl >C 2H 5>CH 3>H

S

构型

C 2:OH >COOH >CHOHCOOH R 构型C 3:OH >COOH >CHOHCOOH R 构型(2R,3R)-(+)-

酒石酸

C 2: S 构型25

C 3: R 构型

Cl >CHClCH 3>CH 3

(2S,3R)-2,3-二氯戊烷

c.内消旋体中两个手性C 原子,其中一个是R 构型,另一个S 构型.

d.一个手性C 原子的构型为R 或S 所连的原子或基团在空间的相对位置次序有关. R/S 命名最大的优点是一个能够普遍应用的方法。

六、 含两个手性C 原子化合物的对映异构

1.含有两个不同手性C 原子的化合物

① 2,3,4—三羟基丁酸 HOOCC *

HOHC *

HOHCOOH 2,3,4-三羟基丁酸(P80.)

其中: Ⅰ和Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ是对映体;Ⅰ和Ⅲ,Ⅱ和Ⅳ为非对映异构体。 ② 非对映异构体:不呈镜象对映关系的立体异构称为非对映异构体。 其性质: a. 物理性质不同。

b. 比旋光度也不同,旋光方向可能一样,也可能不一样.

c. 化学性质相似.

③ 随手性C 原子数目增多,其对映异构体的数目也增多。分子中有几个不相同的手

性C 原子时,可有2n 个对映异构。可组成2n-1

个外消旋体。

2.含有两个相同手性C 原子的化合物

① 酒石酸 HOOC-CHOH-CHOH-COOH (幻灯片124号) (P81.)

② 内消旋体:由于分子中含有两个相同的手性C 原子,分子的两半部分互为物体与镜 象关系,从而使分子内部旋光性相互抵消的光学活性化合物为内消旋体.

凡是含有两个相同的不对称C 原子的化合物,都有三种立体异构体:一个是左旋 的, 一个是右旋的,一个是内消旋的。 ③ 内消旋体和外消旋体

a.都不具有光学活性。

b.内消旋体是一种纯物质,不能分离成具有旋光性的化合物。

c.外消旋体是混合物,可分离出具有旋光性的两种物质。

§5-4不含手性碳原子化合物的对映异构 一、丙二烯化合物

( 幻灯片134号、135号、136号)

C

C

C

a b

d

c

C

C

C

a b

a

b

COOH C C CH 2OH 134COOH C C CH 2OH 1

4(Ⅰ)

(Ⅱ)(2S,3S)(2R,3R)

COOH C C CH 2OH H 134COOH C H C CH 2OH 134(Ⅳ)(Ⅲ)(2S,3R)(2R,3S)COOH C C COOH H 134COOH C H C COOH 1

3

4(Ⅰ)(Ⅱ)(2S,3S)

(2R,3R)COOH C COOH COOH H C COOH H (Ⅳ)(Ⅲ)(2S,3R)(2R,3S)

由于所连的四个取代基两两各在相互垂直的平面,整个分子就没有对称面和对称中心,而且有手性。两个π平面相互垂直。

因为分子中就有对称面,而不具有旋光性(即分子中就有一个平面的对称因素,光活性异构体就不存在。

还有一种类似丙二烯的螺环化合物,即两个环来代替二个双键,有旋光性。

例:2,6-二羧基螺[3,3]庚烷就有两个对映异构体。(幻灯片137号)

二、单键旋转受阻碍的联苯型化合物

(幻灯片138号)关于什么样的基团受阻不能在同一平面内,要通过实验测得。

联苯能拆开的必要条件是:a.邻位上的基团大到足以使绕中心键的自由旋转缓慢. b.在联苯体系的两个环上都是不对称的取代。

例一:2,6-二羧2′,6′-二硝基联苯

能满足条件a ,但不满足条件b 。因为环是对称取代,分子不是手性分子。分子有对

称面,无手性。

例二:6,6′-二硝基-2,2′-二羧基联苯(P.81) 两个分子没有对称面和对称中心,有对映异构。

还有一种扭曲型的化合物虽不具有手性C 原子,但由于分子不具有对称面和对称中心。也有对映异构体存在。

§5-5环状化合物的立体异构

§5-6立体化学在研究反应历程中的应用

立体化学除了对于了解一些化合物的性质有帮助外,它对反应历程亦能给出其它方法所

不能提供的傍证。一个正确的历程应能说明包括立体化学在内的所有实验事实。所以立体化学对反应历程的测定和研究具有重要的意义。

一、 烷烃的卤代反应

顺式反式

CH 3CH 2CH 2CH 3+Cl 2

CH 3CH 2CHCH 3

*

Cl

外消旋体

Cl 2

Cl

2CH 3CH 2CH 2CH 3+Cl

CH 3CH 23+HCl

C C C

H 3C H

CH 3CH 3

C C C

H H

CH 3CH 3

NO 22

HOOC

顺-1,2-二氯环戊烷

Cl

Cl

*

*

反-1,2-二氯环戊烷

Cl

Cl

*

*

烷基游离基其中心C 原子是sp 2

杂化,呈平面三角形,Cl 2从平面两侧进攻烷基游离基其中心C 原子的几率是相等的,因此产生等量的对映异构体。产物是外消旋体,没有旋光性。立体化学知识为反应历程提供了有力的根据。

如S-2-氯丁烷进行二元氯代时,是立体选择性反应。得到非对映体的混合物,而且其中内消旋体较多。

二、 烯烃的加成反应

1. 实验事实 顺式2-丁烯加溴得到外消旋体。

2. 历程

溴翁离子中间体

Cl 2CH 3CH 2CHCH 3+Cl CH 3CH 2CHCH 3*

Cl 外消旋体+25b a

C C 2H 53Cl C C 2H 5

H 3Cl S 构型R 构型Br +δ -CH 3CH 3Br H Br H CH 3CH 3

H

Br

H Br +a b

外消旋体

C 3

3

δδ -3

3

Br Br

CH 3

H

CH 3H

Br

Br CH 3

H H Br

≡Cl 光CH 3CHCHCH 3*Cl 外消旋体+内消旋体CH 3CH 2CHCH 3*Cl Cl *S 构型CH 3CH 2CHCH 3

*

Cl

Cl 光

H CH 3

Cl CH 3

Cl

H Cl CH 3H CH 3Cl

H

+

2S,3S 构型

2S,3R 构型

由于形成了环状结构的翁离子中间体,这样既阻止了环绕碳碳单键的自由旋转,同时也限制了Br-只能从三元环的反面进攻。因为两个C原子的环境相同,所以Br-进攻两个C原子的机会均等,故得到的是外消旋体,这就比较完满地解释了上述反式加成的实验事实。现在通过核磁共振谱实验也说明了溴翁离子的存在。

反-2-丁烯与溴代加成生成内消旋体:

§5-7外消旋体的析分

一、化学方法

根据外消旋的性质,显然对合成的外消旋体不能通过普通的物理或化学方法将它分为两个对映体。因为对映体的理化性质完全相同。

通过化学方法把组成外消旋体的一对对映体与一旋光物质反应,使生成非对映体,再利用非对映体的物理性质的差异达到分离的目的。

二、生物方法

利用生物体对于外消旋体表现出的选择性,也可以用来拆分外消旋体。

此法的特点:1.外消旋体中的一个异构体被生物体同化,,而只得保留另一个异构体,因而原料损失了一半。

2.用这种方法,溶液不能太浓,还需要在培养液中加入营养物质,这又

给产品纯化带来了很大的困难。

3.恰当的微生物很难找,从而在应用上有一定的局限性。

三、晶种法这是最经济的方法。

这个方法是当一个溶液含有稍微过量的一对对映体之一,它就是先沉淀出来,而且沉淀出来的量为过量的一倍多。过滤后,滤液中另一对映体又过量,升温加入外消旋体,冷却时,另一对映体就会沉淀出来,通过这种方法,只是第一次加入一个光活性对映体,就能交替地把外消旋体分为左右旋体。

四、柱层析法

H3Br

3

C

H

CH3

H H

CH3

Br

CH3

H Br

Br

C H

CH3

H

Br Br

CH3

H

CH3

Br H

内消旋体C

C

CH3

H

H

H3

2

(+)

(-)

±酸碱

碱盐

外消旋体旋光加成物非对映体

+(+)

(+)

酸(+)

(-)

酸(+)

利用溶解度

的不同分离

碱盐

第五章 旋光异构(答案)

第五章 旋光异构 5.4 下列化合物中哪个有旋光异构体?如有手性碳,用星号标出。指出可能有的旋光异构 体的数目。 a. CH 3CH 2CHCH 3 b. CH 3CH=C=CHCH 3 c. CH 3 d. e. f. CH 3CH CH COOH CH 3 g. HO OH h. O CH 3 i. j.CH 3 答案: a. CH 3CH 2CHCH 3 Cl ( 2 个 ) b. * * CH 3CH=C=CHCH 3 ( 2 个 ) c. CH 3* ( 2 个 ) d. e. ( 无 ) ( 无 ) f. CH 3CH CH COOH CH 3 * ** ( 22 =4 个 ) g. HO OH ( 无 ) h. O CH 3( 2 个 ) i. ( 2 个 ) j. CH 3 ( 无 ) 5.5 下列化合物中,哪个有旋光异构?标出手性碳,写出可能有的旋光异构体的投影式, 用R ,S 标记法命名,并注明内消旋体或外消旋体。 a. 2-溴代-1-丁醇 b. α,β-二溴代丁二酸 c. α,β-二溴代丁酸 d. 2-甲基-2-丁烯酸 答案: a. CH 2CH 2CH 2CH 3OH Br CH 2OH H Br COOH H Br COOH H Br CH 2CH 3( R )( 2R,3R )CH 2OH Br H CH 2CH 3( S )b. HOOCCH CH COOH Br ( meso- )COOH H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br ( 2S,3S )c. H 3CCH CH COOH Br COOH H Br CH 3H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br COOH Br H ( 2S,3R ) ( 2R,3S ) ( 2S,3S ) ( 2R,3R )COOH Br H CH 3H Br

3立体化学参考答案.

第六章 立体化学 (参考第三章立体化学基础) 6.2 下列化合物中,哪个有旋光异构?标出手性碳,写出可能有的旋光异构体的投影式,用R ,S 标记法命名,并注明内消旋体或外消旋体。 a. 2-溴代-1-丁醇 b. α,β-二溴代丁二酸 c. α,β-二溴代丁酸 d. 2-甲基-2-丁烯酸 参考答案: a.CH 2CH 2CH 2CH 3 OH Br CH 2OH H Br COOH H Br COOH H Br CH 2CH 3( R )( 2R,3R )CH 2OH Br H CH 2CH 3( S )b.HOOCCH CH Br COOH Br ( meso- )COOH H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br ( 2S,3S )c.H 3CCH Br CH COOH Br COOH H Br CH 3H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br COOH Br H ( 2S,3R )( 2R,3S )( 2S,3S )( 2R,3R )COOH Br H CH 3H Br a.CH 2CH 2CH 2CH 3 OH Br CH 2OH H Br COOH H Br COOH H Br CH 2CH 3( R )( 2R,3R )CH 2OH Br H CH 2CH 3( S )b.HOOCCH CH COOH Br ( meso- )COOH H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br ( 2S,3S )c.H 3CCH Br CH COOH Br COOH H Br CH 3H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br COOH Br H ( 2S,3R )( 2R,3S )( 2S,3S ) ( 2R,3R )COOH Br H CH 3H Br a.CH 2CH 2CH 2CH 3OH Br CH 2OH H Br COOH H Br COOH H Br CH 2CH 3 ( R ) ( 2R,3R )CH 2OH Br H CH 2CH 3( S )b. HOOCCH CH Br COOH Br ( meso- )COOH H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br ( 2S,3S )c.H 3CCH Br CH COOH COOH H Br CH 3H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br COOH Br H ( 2S,3R )( 2R,3S )( 2S,3S )( 2R,3R ) COOH Br H CH 3H Br d. CH 3C=CHCOOH CH 3 ( 无 ) 6.3 可待因是有镇咳作用的药物,但有成瘾性,其结构式如下,用*标出分子中的手性碳原子,理论上它可有多少旋光异构体? 参考答案:有5个手性碳原子 O HO OCH 3 N CH 3 * * * ** 理论上它可有25=32个旋光异构体 6.5 分子式是C 5H 10O 2的酸,有旋光性,写出它的一对对映体的投影式,并用R,S 标记法命名。 参考答案: COOH H CH 3 CH 2CH 3 ( R ) COOH H 3C H CH 2CH 3( S ) C 5H 10O 2

第十章 旋光异构

旋光异构 一、化合物的连接方式 二、化合物的手性与分子结构的关系 三、旋光与手性分子 四、旋光的测定 五、旋光异构体构型的表示方法 七、含有两个手性碳原子化合物的旋光异构 八、不含手性碳原子的旋光异构 九、旋光异构的应用

化合物的连接方式 我们来观察下列一组化合物:甲烷、乙酸、α-羟基乙酸、α-羟基丙酸如下: C C H 3OH H COOH C H H H H C COOH H H H C COOH OH H H 我们能否写出每个化合物的另外一种连接方式?甲烷、乙酸、α-羟基乙酸只有一种连接方式,而α-羟基丙酸就能写出另外一种连接方式,如下:这是为生么呢?C CH 3 OH H COOH

化合物的手性与分子结构的关系 (一)手性与手性分子 (二)手性与对称因素的关系 1、对称面 2、对称中心 3、对称轴 4、总结

手性与手性分子 我们把其中一个α-羟基丙酸来照镜子,可以发现另外一个α-羟基丙酸的结构在镜子里面成像,且它们不能完全重叠,这种实物与镜像不能完全重叠的性质,叫做手性或手征性,就像左手和右手关系一样;两种构型不同的分子,外形相似,互为镜像,但不能重叠的分子称为手性分子。是什么因素是分子具有手性呢?

手性与对称因素的关系 如何从分子结构上来判断一个化合物是否具有手性?一种直观的方法就是做出一对实物和镜象的模型,若两者不能重叠,就是手性分子,但我们很难做到这一点,所以我们必须来讨论手性分子有什么样的结构特点,总体来说,手性是由于分子的不对称性引起的,怎样来判断这一点呢?我们可以从对称因素入手。

对称面 如果分子内有一个假设的平面,能将分子切成互为实物和镜象关系的两半,我们就说此分子存在着对称面。如甲烷、乙酸、α-羟基乙酸 C H H H H C COOH H H H C COOH OH H H 这种具有对称面的分子就不是手性分子。如果分子中所有的原子都在同一平面上,这个平面就是分子的对称面。

有机化学第五章旋光异构

第五章 旋光异构 本章教学要求: 1、了解物质的旋光性及其有关概念(平面偏振光、旋光仪和比旋光度等) 2、掌握有机化合物对映异构与分子结构的关系 3、掌握含一个手性碳原子和两个手性碳原子化合物的对映异构情况 4、掌握有机化合物的R/S 命名 5、了解外消旋体的拆分 6、了解不含手性碳原子化合物的对映异构情况 7、掌握亲电加成反应的立体化学 教学重点: 1、有机化合物对映异构与分子结构的关系 2、含一个手性碳原子和两个手性碳原子化合物的对映异构情 3、有机化合物的R/S 命名 计划学时数:5学时 同分异构现象在有机化学中极为普遍。同分异构现象可以归纳如下: 第一节 物质的旋光性 一、平面偏振光和旋光性 光波是一种电磁波,它的振动方向与前进方向垂直。 同分异构 构造异构 碳干异构位置异构构型异构 光源 (1 )光的前进方向与振动方向 C' (2)普通光的振动平面 图 6-1 光的传播

在光前进的方向上放一个(Nicol )棱晶或人造偏振片,只允许与棱晶晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱晶,而在其它平面上振动的光线则被挡住。这种只在一个平面上振动的光称为平面偏振光,简称偏振光或偏光。 2.物质的旋光性 能使平面偏振光振动平面旋转的物质称为物质的旋光性,具有旋光性的物质称为旋 能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体,能使偏振光振动平面向左旋转的物质称左旋体,使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度,用α表示。 二、旋光仪和比旋光度 1.旋光仪 测定化合物的旋光度是用旋光仪,旋光仪主要部分是有两个尼可尔棱晶(起偏棱晶和检偏棱晶) ,一个盛液管和一个刻度盘组织装而成。 若盛液管中为旋光性物质,当偏光透过该物质时会使偏光向左或右旋转一定的角度,如要使旋转一定的角度后的偏光能透过检偏镜光栅,则必须将检偏镜旋转一定的角度,目镜处视野才明亮,测其旋转的角度即为该物质的旋光度α。如下图所示 A'C 普通光 平面偏振光 晶轴 Nicol 棱晶 A' A' C

有机化学理论课 第五章 旋光异构

第五章旋光异构 (Optical Isomerism) 一、教学目的和要求 同分异构是有机化合物的普遍现象,因此同分异构化学即立体化学的一个重要部分,它是研究组成分子的各个原子在空间的不同排布方式所引起的异构现象,以及因这些异构现象而引起的分子的物理和化学性质的差异的影响.所以讨论立体化学时,总是先从立体异构现象谈起.前面我们已在第二章、第三章、第四章讨论了某些立体异构现象,例如,烷烃构像、脂环烃构像、含双键和脂环化合物顺反异构。本章在对上述内容作简要小结后,重点讨论立体异构现象中最重要,也是不易掌握的对映异构现象,为进一步学习碳水化合物、蛋白质,以及各类反应中的立体化学现象打好基础 本章学习的具体要求 1、掌握有机化合物异构的分类 2、掌握对映异构、手性、手性分子、非手性分子、旋光活性、旋光活性物质、旋光度和比旋光度等有关概念 3、掌握对映异构体数目的计算方法和对映、非对映、外消旋体和内消旋体的概念。 4、掌握费歇尔投影式和投影规则 5、了解外消旋化。 二、教学重点与难点 重点是旋光异构,旋光与分子结构的关系;含不对称碳原子化合物的旋光异构; 难点是旋光异构的表示方法;R、S命名法。 三、教学内容 1、偏振光和旋光性 2、分子的对称性,手性,旋光活性 3、构型表示方法D/L,R/S 4、含有多于一个手性碳原子的立体异构 5、取代丙二烯类和取代联苯类的旋光异构 6、立体专一反应和立体有择反应 7、外消旋体的拆分 四、教学方法和教学学时 (1)教学方法:以讲授为主;教具、多媒体为辅助手段,配合适量的课外作业 (2)教学学时:4学时 五、总结、布置作业 5.1 各种异构现象的归纳

旋光异构

第五章 旋光异构 Ⅰ 学习要求 1. 掌握旋光性、旋光度、比旋光度、手性、手性碳原子、手性分子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体等基本概念。 2. 掌握物质的旋光性与其分子构形的关系,能够正确判断一个化合物是否具有旋光性。 3. 掌握含有一个和两个手性碳原子化合物的旋光异构体Fischer 投影式的书写及相互关系的确定。 4. 熟练掌握含有一个和两个手性碳原子化合物的旋光异构体构型(D 、L 或R 、S )的标记、命名及书写。 5. 了解外消旋体拆分的一般方法。 6. 了解亲电加成反应的立体化学。 Ⅱ 内容提要 一. 旋光性物质和比旋光度 1. 旋光性物质:在偏振光通过某物质时,能使偏振光的振动平面发生旋转的性质称为旋光性,具有旋光性的物质称为旋光性物质。 2. 比旋光度:旋光能力的大小用旋光度α和比旋光度[]t λα表示。旋光度是指旋光性物 质使偏振光的振动平面旋转的角度;比旋光度则是规定在一定温度下,使用一定波长的光 源,物质的浓度为g ·mL — 1,盛液管的长度为1dm ,温度为常温时测得的旋光度。比旋光度与旋光度的关系为: 比旋光度是旋光物质的一个物理常数。比旋光度按右旋(顺时针旋转)和左旋(反时针旋转)分别用(+)和(﹣)表示。 二. 分子的手性与旋光异构 1. 手性分子:物质的分子与其镜象不能完全重叠,它们之间相当于左手和右手的关系,把这种特征称为物质的手性。具有手性的分子称为手性分子,手性分子具有旋光性,具有旋光性的分子一定是手性分子。 2. 对称面:能将分子分成互为镜象两部分的平面称为分子的对称面。 3. 对称中心:从分子中任何一原子或原子团向分子的中心做连线,延长此连线至等距离处,若出现相同的原子或原子团,该点称为分子的对称中心。对称面和对称中心统称对称因素。不具有对称因素的分子是手性分子,或者说手性分子不具有对称因素。 4. 手性碳原子:连有四个不同原子或原子团的碳原子有不对称性,称为手性碳原子或不对称碳原子,用“C*”表示,是分子的不对称中心或手性中心。手性是指整个物质的性质,手性中心是指其中某一原子的性质。 []l C t ?α= αλ

第三章糖类化学(作业答案)

第三章糖类化学答案 一、名词解释 1.异头物:只有形成半缩醛(或缩醛)的碳原子的构型相反的两种异构体。 2. 变旋现象:吡喃糖,呋喃糖或糖苷伴随它们的α-和β-异构形式的平衡而发生的比旋度变化。 3.差向异构体:都含有多个手性碳原子的两个旋光异构体中,只有一个手性碳原子的构型相反,而其它手性碳原子的构型完全相同的。 4.糖苷键:一个糖半缩醛羟基与另一个分子(例如醇、糖、嘌呤或嘧啶)的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛或缩酮键,常见的糖醛键有O—糖苷键和N—糖苷键。 5. 糖苷:单糖半缩醛羟基与别一个分子的羟基,胺基或巯基缩合形成的含糖衍生物。 6. 寡糖:由2~10个单糖残基通过糖苷键连接形成的聚合物。 7..还原糖:羰基碳(异头碳)没有参与形成糖苷键,因此可被氧化充当还原剂的糖。 8. 多糖:20个以上的单糖通过糖苷键连接形成的聚合物。多糖链可以是线形的或带有分支的。 9. 蛋白聚糖:由杂多糖与一个多肽连组成的杂化的分子,多糖是分子的主要成分。 10. 糖蛋白:含有共价连接的葡萄糖残基的蛋白质。 11. 肽聚糖:N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰唾液酸交替连接的杂多糖与不同的肽交叉连接形成的大分子。 肽聚糖是许多细菌细胞壁的主要成分。 二、填空题 1.D-葡萄糖;β-1,4 2.供能;转化为生命必需的其它物质;充当结构物质 3. D-葡萄糖;肝糖原;肌糖原 4. D-葡萄糖;D-半乳糖;β-1,4 5.莫利希 6.糖胺聚糖;蛋白质 7.半缩醛(或半缩酮)羟基 8.离羰基最远的一个不对称 9.螺旋;带状 10. D-葡萄糖;α-1,4 α-1,6 ;分支多链短结构更紧密 11.己糖胺糖醛酸透明质酸硫酸软骨素肝素 12.N-乙酰-D-葡糖胺 N-乙酰胞壁酸四 13. N-乙酰-D-葡糖胺 N-乙酰胞壁酸 14.外层低聚糖链、核心多糖脂质 15.O-糖苷键;N-糖苷键 16.蓝紫红(红褐) 17.纤维素肽聚糖甲壳质 三、是非题 1.错。旋光方向和构型是两个不同的概念。D-型糖可能是右旋,也可能是左旋。如D-葡萄糖是右旋,但D-果糖是左旋。 2.错。葡萄糖的椅式构象比船式构象稳定。

第五章旋光异构教材

第五章 旋光异构(4学时) [目的要求]: 1.了解平面偏振光的产生及旋光仪的构造; 2.掌握对映异构与分子结构的关系; 3.掌握对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体、手性、对称因素等立体化学中的基本概念; 4.掌握构型的表示及标定; 5.了解环状化合物及不含手性碳原子化合物的对映异构; 6.了解外消旋体的柝分原理及方法。 有机化学这门科学是以分子结构和性质之间的关系为基础的,在这门科学中以三维 空间来研究结构的部分叫立体化学。 §5-1物质的旋光性 一、 平面偏振光和旋光性 在普通光线里,光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平 面上振动。普通光线的振动平面,双箭头表示光可能振动的方向。 只有和Nicol 棱晶的晶轴平行振动的射线才能全部通过。 只在一个平面上振动的光称为平面偏振光,简称偏振光或偏光。 能使平面偏振光振动平面旋转的性质称为物质的旋光性。 具有旋光性的物质称为旋光性物质或光活性物质。 能使平面偏振光振动平面向右旋转称为右旋体用(+)表示; 能使平面偏振光振动平面向左旋转称为左旋体用(-)表示。 旋光物质使平面偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度,通常用α表示。 二、 旋光仪和比旋光度 1. 旋光仪 是测定物质旋光度的仪器。见书P75,图5-3。 2. 比旋光度 为了能比较物质的旋光性能,通常规定:1ml 含1g 旋光物质的溶液,放在10cm 长的 构造异构(凡分子中原子互相连接次序不同而产生的异构现象) 位置异构碳干异构 官能团异构CH 3CH=CHCH 2CH 3 CH 2=CHCH 2CH 2CH 3CH 3 CH 2CH 2CH 3 CH 3CHCH 3 CH 3CH 3CH 2OCH 3CH 3CHCH 3 OH 互变异构 CH 3CCH 2COOEt CH 3C=CHCOOEt O OH 立体异构 (分子中原子互相连接次序相同,但在空间排列的方式不同而产生的异构现象) 顺反异构 对映异构 构型异构 构象异构

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