立体化学教程课件.ppt

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1、第七章立体化学立体化学(stereochemistry)是从三维空间来研究分子的结构和性质的科学，是近代有机化学的重要组成部分。立体化学研究的重要内容是立体异构，包括顺反异构、构象异构和对映异构。顺反异构是由于双键(或环)的存在使分子中某些原子或基团在空间的位置不同引起的，不同异构体具有不同的物理性质(不同的熔点、沸点、折射率、溶解度、密度等)。立体异构体可分为对映异构体和非对映异构体。其中两个分子彼此为物与像的关系，且彼此不能完全重合的立体异构体，称为对映异构体(enantiomers)。构象异构是分子内绕键旋转造成原子在空间具有各种不同的排列。本章主要讨论对映异

2、构立体化学（对映异构）一、手性和对映体二、手性分子的命名三、含有多个手性C的手性分子四、不含手性C的手性化合物五、对映异构体的化学性质一、手性和对映体我们的左手和右手非常相似，互为镜像，但不能重合，人们将这种性质叫手性。（一）手性碳原子与手性分子（二）手性和对称性（三）手性分子的性质（四）手性分子的表达（一）手性碳原子与手性分子1848年，LowisPasteur在研究酒石酸钠铵时发现对映异构体。他发现无旋光性的酒石酸钠铵是两种不同结晶的混合物，两种结晶互为镜像。溶于水，均有旋光性，且两个溶液的旋光度相等，但方向相反。Pasteur的发现导致了1874年Van‘tH

3、off提出碳的四面体学说，从理论上解释了对映异构现象的存在。按照该学说，当一个碳原子和四个其他原子相连时，这四个原子占据一个四面体的四个角，而碳原子则在中央。这样，四个基团在空间的不同排列方式有两种，即存在两种不同的构型，互为对映体的关系。把实物与其镜象不能重合的现象称为手性(chirality)，具有手性的分子称为手性分子(chiralmolecule)。人们发现手性是自然界化合物普遍存在的现象，只要一个碳原子上的四个取代基各不相同，该化合物就必然存在互为镜像的一对结构，如：我们将这个碳原子叫手性碳原子，以C*表示。这种分子叫手性分子，这两种互为镜像的分子叫对映异

4、构体，只有具有手性的分子才存在对映体。当ABCD中任意两个相等，该分子就不具有手性。手性与对映体的存在关系密切，如何判断分子有无手性？直接办法是看分子的结构模型和其镜像能否重叠，如不能重叠则是手性的；能重叠，则无手性。此乃是物质具有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。ACBDADBC如图为分子的结构模型和其镜像，可以看出，当A、B、C、D各取代基不相同时，分子实物与其镜像是不能完全重合的，二者互为对映异构体。判断是否有手性还可以看分子是否有对称因素，有对称因素，分子能与其镜像重叠，无手性；反之，无对称因素，则有手性。（二）手性和对称性上述可见，手性分子在空间结构上具

5、有高度不对称。为了判断一个分子是否具有手性，就需要了解分子的对称性。1、对称轴Cn当分子环绕通过该分子中心的轴旋转2π/n角度后，得到的构型与原分子相重合，则该分子有对称轴存在，叫n重对称轴，记为Cn。其对称操作为转动。对称因素包括对称轴、对称面、对称中心和n重交替对称轴。如下分子具有对称轴：一个分子可以有一个或多个对称轴2、对称面σ若某分子的所有原子都在同一平面上，或有一平面能将该分子分成完全相同的两部分，则该平面就是这个分子的对称面。如：对称面的对称操作是反映，即所谓的照镜子。σ在分子中有一点，它与分子中任何原子（或基团）相连成线，在此连线的反向延长线上等距离处

6、有相同的原子（或基团），此点为该分子的对称中心。CH3CH3ClCl3、对称中心对称中心的对称操作是反演，即假定对称中心是直角坐标的原点，分子中某一原子的的坐标为(x,y,z)，经过反演操作变为(-x,-y,-z)。4、n重交替对称轴假如分子中有一直线，当分子以此直线为轴旋转2π/n角度后，再用一个与此直线垂直的平面进行反映，若得到的镜像与原来的分子完全相同，该直线即是交替对称轴。如四重交替对称轴：结论1、一个分子有无手性与有无对称轴没有关系。2、一般来讲一个分子如果既没有对称面，又没有对中心，基本上断定为手性分子（开环化合物）。如果也没有交替对称（螺环化合物），则

7、一定为手性分子。3、判断一个分子又无手性，不能单纯用有无手性碳原子，而要拥有无对称性判断。但只含一个手性碳原子的分子一定是手性分子。（三）手性分子的性质手性分子必然存在对映异构体，对映异构体之间的差异是分子中原子在空间的排列方式不同，而构造式、原子或原子团在空间的相对关系是相同的，因此，分子之间的相互作用相同，所以，对映异构体的一般物理性质是相同的。除一般物理性质外，对映异构体对非手性试剂也表现出完全相同的化学性质和化学反应。那么，如何分析判断对映异构体？人们发现不同的对映异构体对平面偏振光的旋转方向不同。如，从肌肉中得到的乳酸使偏振光平面向右旋，称为右旋乳酸。