有机化学第3章立体化学.ppt
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1、第三章 立体化学,在三维空间对分子的结构、性质进行的研究,掌握手性分子的概念(分清对映体、非对映体;内、外消旋体与旋光性的关系).掌握对映异构体的表示方法及构型的标记法(重点R/S法).学会Fischer 投影式的书写规则,以及与Newman式间的转换.,主要内容,同分异构现象,构造异构constitutional,立体异构Stereo-,碳链异构(如:丁烷/异丁烷)官能团异构(如:醚/醇)位置异构(如:辛醇/仲辛醇),构型异构configurational,构象异构conformational,顺反异构对映异构(旋光异构),同分异构isomerism,一、构造异构(Constitution)
2、:具有相同的分子式,而分子 中原子的结合顺序不同。,二、立体异构(Stereoisomerism):具有相同的分子式,相同的原子连接顺序,但原子在空间的排布方式不同。,对映异构(Enantiomerism),实物与其镜像不能重叠,它们互为镜像的关系,称该实物与镜像为一对对映异构体,20 世纪初,科学家在肌肉的提取物中发现了左旋肉碱,后来确认它是一种广泛存在于人体内的一种氨基酸,参与人体的许多代谢过程,是体内脂肪氧化代谢的必须物质。肉碱有两个光学异构体:左旋肉碱、右旋肉碱。在这两种构型中,只有左旋肉碱有生物活性,通常所指的肉碱都是左旋肉碱。,肉碱,右旋肉碱,左旋肉碱,手性分子与手性生物受体之间的
3、相互作用,举例:反应停事件:于1956年在原西德上市,主要治疗妊娠呕吐反应,临床疗效明显,因此迅速流行于欧洲、亚洲(以日本为主)、北美、拉丁美洲的17个国家。到1960年左右,上述国家突然发现许多新生儿的上肢、下肢特别短小,其形状酷似“海豹”。部分新生儿还伴有心脏和消化道畸形、多发性神经炎等。大量的流行病学调查和大量的动物实验证明这种“海豹肢畸形”是由于患儿的母亲在妊娠期间服用反应停所引起。“海豹肢畸形”患儿在日本大约有1000名,在西德大约有8000名!全世界超过1万人!这就是著名的“反应停事件”。,3.1 对映异构和四面体碳(P61),1848年,巴斯德(法国)借助放大镜拆分酒石酸钠铵。,
4、1848年,法国科学家巴斯德(Louis pasteur)为了获得酒石酸盐结晶方面的数据,发现了物质的手性,具有手性的分子叫手性分子。凡具有手性的分子都有旋光性。没有手性的分子没有旋光性,因此,物质的手性是判断其是否具有旋光性的必要条件。,Pasteur:法国化学家和微生物学家。他在牛奶消毒(巴氏消毒法)及食品保存方面作出的贡献永远造福人类。,分子构造完全相同,实物与镜象互相对映,却不能叠合。,对映异构体,乳酸分子的一对对映体,C,四面体碳,平面偏振光:通过Nicol棱镜后,只在一个方向上振动的光,旋光性(光学活性,optical activity):物质使平面偏振光发生旋 转的性质,旋光度:
5、a,3.2 偏振光和分子的旋光性(P61),旋光性能使偏振光的振动方向旋转一定角度的性质 右旋(+);左旋(),旋光度旋光性物质使偏振光的振动平面所旋转的角度用表示溶液的旋光度与浓度、盛液管长度成正比,一对对映体对偏振光的作用不同,一个使偏振光向顺时针方向偏转,另一个使偏振光向逆时针方向偏转,两者偏转数值相同。,据此可把化合物分成两类:一类有旋光性另一类没有旋光性,比旋光度单位浓度、单位盛液管长度下测得的旋光度,用 t表示。,式中:测量时所采用的光波波长;t 测量时的温度;由仪器测得的溶液的旋光度;l 盛液管的长度,单位为dm(1dm=10cm);C 溶液的浓度,单位为g.mL-1。,为了表示
6、、比较不同物质旋光能力,引入比旋光度,比旋光度(教材3.5(P65)),例如,在温度为20C时,用钠光灯为光源测得的葡萄糖水溶液的比旋光度为右旋52.2,应记为:D20=+52.2(水),物质的比旋光度与测量时的温度、光源的波长以及所使用的溶剂有关。表示比旋光度时,需要标明。,比旋光度的符号和大小是旋光性物质的一个物理常数。,3.3 对称元素和手性(P62),如何依据结构判断分子是否有旋光性?,与分子的对称性有关需要考虑的对称元素主要有以下三种:,(甲)对称轴(Cn),以设想直线为轴旋转360。/n,得到与原分子相同的分子,该直线称为n重对称轴axis symmetry(又称Cn阶对称轴),(
7、1)有一个穿过分子并能把它分成互为物体和镜像两部分的平面。,(乙)对称面(),(2)一个分子的所有原子都处在该平面上(平面分子);,结论:具有对称面的分子,其实物与镜像能完全重合,分子无手性,没有旋光性。,设想分子中有一个点,从分子中任何一个原子出发,向这个点作一直线,再从这个点将直线延长出去,则在该点前一线段等距离处,可以遇到一个同样的原子,这个点就是对称中心,H,Cl,H,F,Cl,H,F,H,(丙)对称中心,当分子中有对称面或对称中心时,其实物与镜象的分子可以完全重合,分子就没有旋光性。,依据对称元素判断旋光性:,反之,当分子中没有对称面或对称中心时,(在绝大多数情况下)其实物与镜象就不
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