立體化學(xué)教程課件.ppt

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1、第七章立體化學(xué)立體化學(xué)(stereochemistry)是從三維空間來研究分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的科學(xué)，是近代有機化學(xué)的重要組成部分。立體化學(xué)研究的重要內(nèi)容是立體異構(gòu)，包括順反異構(gòu)、構(gòu)象異構(gòu)和對映異構(gòu)。順反異構(gòu)是由于雙鍵(或環(huán))的存在使分子中某些原子或基團在空間的位置不同引起的，不同異構(gòu)體具有不同的物理性質(zhì)(不同的熔點、沸點、折射率、溶解度、密度等)。立體異構(gòu)體可分為對映異構(gòu)體和非對映異構(gòu)體。其中兩個分子彼此為物與像的關(guān)系，且彼此不能完全重合的立體異構(gòu)體，稱為對映異構(gòu)體(enantiomers)。構(gòu)象異構(gòu)是分子內(nèi)繞鍵旋轉(zhuǎn)造成原子在空間具有各種不同的排列。本章主要討論對映異

2、構(gòu)立體化學(xué)（對映異構(gòu)）一、手性和對映體二、手性分子的命名三、含有多個手性C的手性分子四、不含手性C的手性化合物五、對映異構(gòu)體的化學(xué)性質(zhì)一、手性和對映體我們的左手和右手非常相似，互為鏡像，但不能重合，人們將這種性質(zhì)叫手性。（一）手性碳原子與手性分子（二）手性和對稱性（三）手性分子的性質(zhì)（四）手性分子的表達(dá)（一）手性碳原子與手性分子1848年，LowisPasteur在研究酒石酸鈉銨時發(fā)現(xiàn)對映異構(gòu)體。他發(fā)現(xiàn)無旋光性的酒石酸鈉銨是兩種不同結(jié)晶的混合物，兩種結(jié)晶互為鏡像。溶于水，均有旋光性，且兩個溶液的旋光度相等，但方向相反。Pasteur的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了1874年Van‘tH

3、off提出碳的四面體學(xué)說，從理論上解釋了對映異構(gòu)現(xiàn)象的存在。按照該學(xué)說，當(dāng)一個碳原子和四個其他原子相連時，這四個原子占據(jù)一個四面體的四個角，而碳原子則在中央。這樣，四個基團在空間的不同排列方式有兩種，即存在兩種不同的構(gòu)型，互為對映體的關(guān)系。把實物與其鏡象不能重合的現(xiàn)象稱為手性(chirality)，具有手性的分子稱為手性分子(chiralmolecule)。人們發(fā)現(xiàn)手性是自然界化合物普遍存在的現(xiàn)象，只要一個碳原子上的四個取代基各不相同，該化合物就必然存在互為鏡像的一對結(jié)構(gòu)，如：我們將這個碳原子叫手性碳原子，以C*表示。這種分子叫手性分子，這兩種互為鏡像的分子叫對映異

4、構(gòu)體，只有具有手性的分子才存在對映體。當(dāng)ABCD中任意兩個相等，該分子就不具有手性。手性與對映體的存在關(guān)系密切，如何判斷分子有無手性？直接辦法是看分子的結(jié)構(gòu)模型和其鏡像能否重疊，如不能重疊則是手性的；能重疊，則無手性。此乃是物質(zhì)具有旋光性和產(chǎn)生對映異構(gòu)現(xiàn)象的必要條件。ACBDADBC如圖為分子的結(jié)構(gòu)模型和其鏡像，可以看出，當(dāng)A、B、C、D各取代基不相同時，分子實物與其鏡像是不能完全重合的，二者互為對映異構(gòu)體。判斷是否有手性還可以看分子是否有對稱因素，有對稱因素，分子能與其鏡像重疊，無手性；反之，無對稱因素，則有手性。（二）手性和對稱性上述可見，手性分子在空間結(jié)構(gòu)上具

5、有高度不對稱。為了判斷一個分子是否具有手性，就需要了解分子的對稱性。1、對稱軸Cn當(dāng)分子環(huán)繞通過該分子中心的軸旋轉(zhuǎn)2π/n角度后，得到的構(gòu)型與原分子相重合，則該分子有對稱軸存在，叫n重對稱軸，記為Cn。其對稱操作為轉(zhuǎn)動。對稱因素包括對稱軸、對稱面、對稱中心和n重交替對稱軸。如下分子具有對稱軸：一個分子可以有一個或多個對稱軸2、對稱面σ若某分子的所有原子都在同一平面上，或有一平面能將該分子分成完全相同的兩部分，則該平面就是這個分子的對稱面。如：對稱面的對稱操作是反映，即所謂的照鏡子。σ在分子中有一點，它與分子中任何原子（或基團）相連成線，在此連線的反向延長線上等距離處

6、有相同的原子（或基團），此點為該分子的對稱中心。CH3CH3ClCl3、對稱中心對稱中心的對稱操作是反演，即假定對稱中心是直角坐標(biāo)的原點，分子中某一原子的的坐標(biāo)為(x,y,z)，經(jīng)過反演操作變?yōu)?-x,-y,-z)。4、n重交替對稱軸假如分子中有一直線，當(dāng)分子以此直線為軸旋轉(zhuǎn)2π/n角度后，再用一個與此直線垂直的平面進行反映，若得到的鏡像與原來的分子完全相同，該直線即是交替對稱軸。如四重交替對稱軸：結(jié)論1、一個分子有無手性與有無對稱軸沒有關(guān)系。2、一般來講一個分子如果既沒有對稱面，又沒有對中心，基本上斷定為手性分子（開環(huán)化合物）。如果也沒有交替對稱（螺環(huán)化合物），則

7、一定為手性分子。3、判斷一個分子又無手性，不能單純用有無手性碳原子，而要擁有無對稱性判斷。但只含一個手性碳原子的分子一定是手性分子。（三）手性分子的性質(zhì)手性分子必然存在對映異構(gòu)體，對映異構(gòu)體之間的差異是分子中原子在空間的排列方式不同，而構(gòu)造式、原子或原子團在空間的相對關(guān)系是相同的，因此，分子之間的相互作用相同，所以，對映異構(gòu)體的一般物理性質(zhì)是相同的。除一般物理性質(zhì)外，對映異構(gòu)體對非手性試劑也表現(xiàn)出完全相同的化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。那么，如何分析判斷對映異構(gòu)體？人們發(fā)現(xiàn)不同的對映異構(gòu)體對平面偏振光的旋轉(zhuǎn)方向不同。如，從肌肉中得到的乳酸使偏振光平面向右旋，稱為右旋乳酸。