有机化学 04 第四章 对映异构

第 四 章 对 映 异 构(Enantiomers)

第四章对 映 异 构(Enantiomers)一. 手性与对映异构 二. 偏振光及旋光性 三. 分子的手性与对称性 四. 含一个不对称碳原子的化合物 五. 含几个不对称碳原子的化合物 六. 碳环化合物的立体异构

异构体分类： 构造异构：分子式相同，分子中原子相互连接的方 式和次序不同。 碳链异构 官能团异构CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3

同 分 异 构

CH3CH2OH

CH3OCH3CH3CHCH3OH C CH3

官能团位置异构 互变异构O CH3CCH3

CH3CH2CH2ClCH2

Cl

立体异构：构造式相同，分子中原子在空间的排列 方式不同。3

构象异构：碳碳键旋转的结果。CH3 H CH3

立 体 异 构

H H

H

顺反异构：环，双键的存在使碳碳键不 能自由旋转造成的。

构型异构CH3 CH3 CH3

CH3

对映异构(旋光异构):分子有手性造 成的。4

一. 手性与对映异构 (Chirality and Enantiomers) 什么是手性？ 手性是指实物和镜象不能叠合的一种性质。

例：

CH3CHCH2CH3 OH

CH3 C H OH CH2CH3 CH3CH2 OH

CH3 C H

实物和镜象关系

这种具有手性，实物和镜象不能叠合而引起的异构就 是对映异构。实物和镜象是一对对映异构体，或者叫 对映体。5

甲基

乙基 羟基

例：

CH3CHCOOH OHCH3 C H OH COOH HOOC HO CH3 C H

结构特点：中间碳原子连的四个原子(基团)不同，这个中间碳原子叫手性碳原子或不对称碳原子。 在生物体内，大量存在手性分子。如D–(+)–葡萄糖在 动物代谢中有营养价值，D–(-)–葡萄糖没有。左旋氯

霉素有抗菌作用，而其对映异构体无疗效。7

在药物中，手性化合物占50%以上。 一对对映异构体是两种不同的化合物，它们的化学性 质、物理性质无差别，差别是对偏振光有不同的反映。 一个可以把偏振光向左旋，另一个则把偏振光向右旋。 偏振光(偏光)是检验手性分子的一种最常用的方法。

二. 偏振光及旋光性 (Plane-Polarized Light and Rotation) 1. 偏振光 光是一种电磁波，电场或磁场的振动方向与光前进的方向垂 直。自然光是一束在各个不同平面上，垂直于光前进的方向 上振动的光。 表示一束自然光朝着我们直射过来，

光波在一切可能的平面上振动。自然光 偏振光: 仅在一个平面内振 动的光。 尼科尔棱镜 偏光9

2. 旋光性的测定 偏振光穿过手性物质时，会发生偏转现象，也就是 光会在一个不同的平面内振动。 对映体能使偏振光的振动平面顺时针旋转(向右旋),

这种对映体是右旋的(dextrorotatory),向左旋则为左旋的(levorotatory),分别用(+)和(–)表示。

眼睛

1自然光 样品池

2

由于对映体有这种光学活性，

所以将对映体又称为光学异构体。 化合物分为两类：一类是能使偏振光振动平面旋转一 定角度，即有旋光性。另一类则没有旋光性。 由旋光仪测定出来的旋光度的大小与光束遇到的旋光 物质的分子数有关，盛液管的长度或者溶液的浓度增

加一倍，旋光度也增加一倍，因此为方便不同旋光物质的比较，要考虑盛液管长度和样品浓度的影响

比旋光度：每毫升含1克旋光物质的溶液，在10厘米盛 液管测得的旋光度。 α = 100 α

ρl

ρ : 样品质量浓度，100mL溶液中样品的质量，单位为g/cm-3。 l: 盛液管长度，单位为 dm (10cm)。

比旋光度是对映体的一种物理性质，在既定的溶液中随

所使用的溶剂、温度和偏振光波长不同而变化。 ±葡萄糖：外消旋体，通过分离可得左旋体和右旋体。

例： α葡萄糖

20 = D

+ 52.6o(水)

+ :右旋

– :左旋

具有手性的分子，有对映异构体，有旋光性。12

三. 分子的手性与对称性

(Chirality and Symmetry of Molecule) 分子与其镜象是否能互相叠合决定于分子本身的对 称性。即分子的手性与分子的对称性有关。 对称元素： 对称面、对称中心、对称轴。

1. 对称面(σ) 若有一个平面，能将分子切成两部分，一部 分正好

是另一部分的镜象，这个平面就是这个分子的对称面。

H

C H HC Cl Cl

H

C Cl

Cl

有两个对称面：

H C H

Cl Cl

可看出H-C-H平面上下翻转180 度，实物和镜象重叠。它们是一 种化合物。

Cl

Cl

分子中有一个对称面。H H

H

H

三元环所在平面左右翻转180度，实 物和镜象重叠。

Cl

Cl

结论：有对称面的分子，实物和镜象能重叠，无手性， 无对映异构体，无旋光性。H

例：H3C

C

Cl Cl

H

C

C

H

1个σH C H 3C C CH3 H

无数个σO

2个σ 上述四个分子都无手性

O

1个σ

2. 对称中心( i ) 分子中有一点 P ,以分子任何一点与其连线，都能在延长 线上找到自己的镜象，则 P 点为 该分子的对称中心。

例：环丁烷H H H H

H

H H H H

H H H H

P

H H

H

有对称中心 例：H Cl H F F H Cl H

镜象和实物能重叠，无手性。Cl H F H H F H Cl

有对称中心

镜象和实物能重叠，无手性

结论：有对称中心的分子，实物和镜象能重叠，无手性， 无对映异构体，无旋光性。18

3. 对称轴

穿过分子画一直线,以它为轴旋转一定角度后,可以获得于原来分子相同的构型, 这一直线叫对称 轴. 表示方法：Cn,n表示对称轴的级，称n重对称轴。 分子围绕对称轴旋转2π/n的角度后和原来未转动前的分子 形象完全重合。 CnH H H H

C4 ( 360 ) 90H

C3Cl

C2ClC C H

H

H H

H

C H

H

H

Cl

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