第六章 旋光异构

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3.对称轴
分子中有一条假想的 直线，当分子以此直
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线为轴旋转360o/n后 （n为整数），所得
CH3
到的分子形象与原来 CH3
的分子相同，那么这
条直线就称为n重对
称轴（符合为Cn）。
注意： 一个分子若存在对称因素，这样的分子 往往能与其镜像重叠，具有对称性，为非手性分 子；反之，若不存在对称因素，则是手性分子。 可通过考察其是否存在对称因素，判断分子是否 具有手性。整个分子具有手性是存在旋光异构体 的必要和充分的条件。
具有旋光性的物质称为旋光性物质或光 学活性物质。
左旋体:迎着光传播的方向观察，使偏振光的 偏振面向左(逆时针方向) 旋转的分子为左旋 体，用“-”或“l”表示。
右旋体:使偏振光的偏振面向右旋转（顺时针 方向）的分子，称为右旋体，用“ +”或“ d”表示。
二、旋光度与比旋光度
旋光度：旋光性物质使偏振光的 振动面旋转的角度称为旋光度， 用符号“α”表示。
内消旋体
作业
1.(2)(4)(6)(7)(8)(10) 2.(5)除外 3.(3)除外 4. 5.(1)(3)(4) 6. 7. 8.(1)(5)
•t ── 测定时的温度（℃）
•D── 钠光的波长（589nm）
偏振光通过旋光性物质时，偏振面发生旋转。
偏振光通过非旋光性物质时，偏振面不发生旋转。
第二节 旋光性与分子结构的关系
一、手性和手性分子
旋光异构：构造 相同，旋光度数 大小相等，旋光 方向相反的异构 体。
乳酸的旋光异构
手性分子：互为实物与镜像关系，但不 能重叠的性质称为分子的手征性或手性 ，具有手性的分子称为手性分子。与其 镜像重叠的分子称为非手性分子。
二、费歇尔投影式
1.旋光异构体的平面表示方法
对映体可用模型、透视式和Fischer投影 式表示。一般多采用Fischer投影式。 Fischer投影式的投影规则为：把含手性 碳原子的主链直立，编号小的碳原子放在 上端，用十字交叉点代表手性碳原子，使 竖键上所连接的原子或基团伸向纸平面的 后方，横键上所连接的原子或基团伸向纸 平面的前方（横前竖后）。
COOH
含两个手性碳原子的分子费歇尔投影式
注意模型、透视式和Fischer投影 式之间可进行下列转换：
a e
bd
a
b
e
d
a
e
b
d
模型式
透视式
Fischer 投影式
三、旋光异构体构型的命名
1. D/L构型命名法
D/L命名法是以甘油醛的两种构型为标准，人 为规定（+）-甘油醛为D构型(Dextro,右，手性 碳原子上的OH处于Fischer投影式的右侧)，（）-甘油醛为L构型（Levo，左，手性碳原子上 的OH处于Fischer投影式的左侧）。
第一节 物质的旋光性
一、偏振光与旋光性
平面偏振光：只在一个平面上振动 的光叫做平面偏振光（planepolarized light），又称为偏振光或 偏光，偏振光前进的方向与光振动的 方向所构成的平面称为偏振面。
普通光通过尼科尔棱镜变为偏振光示意图
旋光性 ：能使偏振光偏振面旋转的性质 叫做旋光性 。
（+）-乳酸
（-）-乳酸
乳酸的物理性质
（+）-乳酸
（-）-乳酸
+ -乳酸
2.外消旋体
具有一个手性中心的分子，是手性分子 ，具有旋光性，存在一对对映体。一对对映 体除旋光方向相反外，其它物理性质或化学 性质（在非手性条件下）都相同。一对对映 体的等量混合物叫做外消旋体，用“+”或 “dl” 表示。
•含有n个不相同手性碳原子的化合物，其旋 光异构体的数目为2n个，可组成2 n-1对对映 体。由等量对映体组成的外消旋体的数目为2 n-1个
二、含两个相同手性碳原子的化合物 酒石酸（2，3-二羟基丁二酸）
COOH
H 2 OH HO 3 H
4COOH I
(2R,3R)
1COOH
HO 2 H H 3 OH
构型异构 configurational
顺反异构
cis-trans isomerism
isomerism
对映异构
构象异构
enantiomerism
conformation
isomerism
本章要求：
掌握分子对称因素与旋光性的关系。由 结构特征判断分子是否具有旋光性。 掌握以下基本概念:手性、手性分子、对 映体、非对映体、内消旋体、外消旋体 等 掌握Fischer投影式的写法及构型的标记 法(R/S,D/L法)。
CHO
H
OH
CH2OH
R-甘油醛
CHO
HO
H
CH2OH
S- 甘油醛
第四节 含有两个手性碳原子的化合物的 旋光异构
一、含两个不同手性碳原子的化合物
（2-羟基-3-氯丁二酸）
1 COOH
H 2 OH Cl 3 H
4 COOH
(2SI，3R)
1COOH 1COOH HO 2 H H 2 OH
H 3 Cl H 3 Cl
二、分子中常见对称因素
1. 对称面(σ)： 假设在分子中有一个平面，它能够
把分子分割成互为实物与镜像关系的两部分，这个平 面就叫做这个分子的对称面（symmetrical plane）。
分子的对称面
2. 对称中心（i） 设想分子中有一点，从分
子的任一原子或基团出发，向该点引一直线并 延长出去，在距该点等距离处，总会遇到相同 的原子或基团，这个点就叫做分子的对称中心 （symmetrical center）。
第六章 旋光异构
有机化合物的异构现象
同分异构 isomerism
构造异构 constitutional isomerism
立体异构 stereo isomerism
碳链异构 chain isomerism
位置异构 positional isomerism
官能团异构
functional group isomerism
旋光仪
比旋光度:旋光性物质的一个物理常数
在一定温度下，1mL含1g旋光物质的溶液，在 1dm的盛液管中，光源波长（λ）为589nm（ 钠光）时，测得的旋光度即为比旋光度。可用 下列公式计算：
•式中：α── 被测溶液的旋光度；
•L ── 是盛液管的长度（dm）；
•d ── 溶液的浓度(g/mL到)，如果所测 的物质为纯液体，d为该物质的密度；
乳酸对映体的Fischer投影式
注意:
Fischer投影式是用平面式表示三 维空间的立体结构。在书写时，必 须按照其规定表示分子构型的立体 结构。
1. Fischer投影式在纸面旋转180°或其 偶数倍，构型保持
Fischer投影式在纸面旋转90°、270°， 则构型发生变化
2.取代基互换位置偶数次，构型不变
4COOH 4COOH （2R，II3S） （2SI，II 3S）
1 COOH
HO 2 H Cl 3 H
4 COOH （2R，I3VR）
对映体
非对映体
对映体
非对映体:不呈实物与镜像关系的异构体,被称为 非对映体。
•含有一个手性碳原子的化合物，存在2个旋 光异构体，可组成一对对映体
•含两个不相同手性碳原子的化合物，存在4 个旋光异构体，可组成两对对映体
取代基互换位置奇数次，构型转变。
3. 将Fischer投影式脱离纸面翻转180°，
则构型发生变化
4.含多个手性碳原子的分子的费歇尔投 影式体现的是重叠式构象，不是其优势构 象，这也是费歇尔投影式的不足之处。
观察者方向
COOH HC
HO HC
HO COOH
COOH H
OH H
OH COOH
COOH H OH H OH
三、手性碳原子
手性碳原子：与4个不相同的原子或 基团相连的碳原子叫做手性碳原子（ 不对称碳原子），用*标记。
手性碳原子
*
分子如果只含有一个
手性碳原子，它一定
是手性分子。
• 第三节 含有一个手性碳原子化合物的旋 光异构
一、对映体和外消旋体
1.对映异构体：互为实物与镜像关系，但不能 重叠的异构体，称为对映异构体（enantiomers ），简称为对映体，这种异构现象，称为对映 异构现象(enantiomerism)。
4COOH II
(2S,3S)
1COOH
1COOH
H 2 OH H 3 OH
σ HO 2 H
HO 3 H
4COOH
III
（2R,3S）
4COOH IV
对映体
非对映体
同一物质，内消旋体
•内消旋体:分子中含有多个手性碳原子，而分子 内部有一对称面，将偏振光的影响相互抵消而无 光学活性的化合物为内消旋体（mesomer），以 meso表示。内消旋体为纯净物。
优先顺序：a>b>c>d
a
c
d
b
观察方向
a>b>c，顺时针，其构型为R-型
直接确认Fischer投影式的R、S构型，规则 为：
当最低次序的原子或基团（d）处于竖键 的上下端时， a→b→c顺时针方向排列的 为R-构型，逆时针方向排列的为S-构型。
当最低次序的原子或基团（d）处于横键 的左右端时， a→b→c顺时针方向排列的 为S-构型，逆时针方向排列的为R-构型。
CHO
CHO
H
OH
HO
H
CH2OH
D-（+）-甘油醛
CH2OH
L-（-）-甘油醛
2. R/S构型命名法
R/S标记法规则如下：
1. 将手性碳原子上相连的四个不同原子或基团 （a，b，c，d）按次序规则从大到小排列成序 （假定a＞b＞c＞d） 2. 将最低次序的原子或基团（d）远离观察者， 其余三个原子或基团面向观察者，观察三个原 子或基团由大到小的顺序，若由 a→b→c为顺 时针方向旋转的为R构型（R为拉丁文Rectus的 缩写，表示右），若是逆时针方向旋转的为S构 型（S为拉丁文Sinister的缩写，表示左）。