1、第第5 5章章 立体异构基础立体异构基础 (solid isomerism)(solid isomerism)2 2 掌握立体异构、旋光异构、手性碳原掌握立体异构、旋光异构、手性碳原子、手性分子、对映体、非对映体、子、手性分子、对映体、非对映体、外消旋体、内消旋体等基本概念。外消旋体、内消旋体等基本概念。1 1 熟悉有机化学中同分异构现象的分类；熟悉有机化学中同分异构现象的分类；3 3 学会判断对映体和非对映体、外消旋学会判断对映体和非对映体、外消旋体和内消旋体的存在；体和内消旋体的存在；4 4 掌握构型标记法；掌握构型标记法；学习要学习要求求第第5.15.1节节 手性分子与对映体手性分子与对
2、映体(chirality and enantiomerism(chirality and enantiomerism)一、一、同分异构体的同分异构体的基本概念及分类基本概念及分类二、手性二、手性三、手性分子与对映体三、手性分子与对映体四、对称面与非手性分子四、对称面与非手性分子五、判断对映体的方法五、判断对映体的方法以三维空间研究分子结构和性质的科学以三维空间研究分子结构和性质的科学主要研究有机化合物的立体结构及其对化合物的物主要研究有机化合物的立体结构及其对化合物的物理与化学性质的影响理与化学性质的影响.n 立体异构立体异构 由原子或基团由原子或基团空间排列或取向不同空间排列或取向不同所产生
3、的异所产生的异构现象。构现象。一、一、同分异构体的同分异构体的基本概念及分类基本概念及分类 分子式相同，但性质和结构不相同的化合物分子式相同，但性质和结构不相同的化合物叫做叫做同分异构体同分异构体。这种现象叫做。这种现象叫做同分异构现象同分异构现象。有机化合物的同分异构现象分为两大类：有机化合物的同分异构现象分为两大类：结构异构结构异构(构造异构构造异构)和和立体异构立体异构。同分异构的分类归纳为：同分异构的分类归纳为：同分异构现象同分异构现象 碳链异构碳链异构 构造异构构造异构 位置异构位置异构 官能团异构官能团异构 同分异构同分异构互变异构互变异构 顺反异构顺反异构 构型异构构型异构 立体
4、异构立体异构旋光异构旋光异构 构象异构构象异构1构造异构构造异构(结构异构结构异构)(1)(1)碳链异构碳链异构 由于分子中碳链的骨架不同而产生的同分由于分子中碳链的骨架不同而产生的同分异构现象叫异构现象叫碳链异构碳链异构。产生的原因：产生的原因：由于分子中原子或原子团相由于分子中原子或原子团相互连结的次序和方式不同。互连结的次序和方式不同。分为：分为：正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷例如：例如：(2)位置异构位置异构 因取代基或官能团在碳链上或碳环上的位置因取代基或官能团在碳链上或碳环上的位置不同而产生的异构现象不同而产生的异构现象。例如：例如：CH3CH2CH2OH CH3CH(OH)CH3丙醇丙
5、醇异丙醇异丙醇邻邻-甲苯酚甲苯酚 间间-甲苯酚甲苯酚 对对-甲苯酚甲苯酚(3)(3)官能团异构官能团异构 CH3CH2OH CH3OCH3 乙醇乙醇 甲醚甲醚因分子中官能团不同而产生的异构现象因分子中官能团不同而产生的异构现象。例如：例如：CH3CH2CHO CH3COCH3 丙醛丙醛 丙酮丙酮(5)价键异构价键异构 一种官能团异构体改变其结构成为另一种官一种官能团异构体改变其结构成为另一种官能团异构体，互相迅速地变换，形成两种异构体能团异构体，互相迅速地变换，形成两种异构体的动态平衡的动态平衡。(4)互变异构互变异构例如：例如：C COHC CO烯醇式（不稳定）酮式（稳定）互变异构互变异构2
6、立体异构立体异构 产生的原因产生的原因：构造相同构造相同，由于分子中原子或由于分子中原子或原子团在空间的排列方式不同。原子团在空间的排列方式不同。分为分为构象异构构象异构和和构型异构构型异构：构象异构构象异构：由于单：由于单键自由旋转而产生键自由旋转而产生的立体异构。的立体异构。HHHHHHHHHHHH交叉式交叉式 重叠式重叠式构型异构又包括构型异构又包括顺反异构顺反异构和和对映异构对映异构(旋光异构旋光异构)。构型构型是指一个特定立体是指一个特定立体异构体分子中的原子或异构体分子中的原子或基团在空间的排列方式。基团在空间的排列方式。HH3CHCH3HH3CHCH3H3CCH3H3CCH3ci
7、strans顺反异构顺反异构：因共价键旋转：因共价键旋转受阻而产生的立体受阻而产生的立体异构异构（不能相互转化）（不能相互转化）旋光异构：旋光异构：因分子中手性因因分子中手性因素而产生的立体异构素而产生的立体异构二、二、饱和饱和C原子具有四面体结构，可用四面体结原子具有四面体结构，可用四面体结构模型清楚表达。构模型清楚表达。chiralchiral moleculesmolecules）：）：有手性现象的分子。有手性现象的分子。FBrClHFBrHClFBrClH手性分子手性分子镜像镜像用用*表示表示FCBrClHFCHClBrCH3CH2CH2CH2CH2CCH2CH2CH2CH3BrH5-
8、溴癸烷溴癸烷OCH3H2-甲基环己酮甲基环己酮CH3CHCOHOHOLactic acid乳酸-羟基丙酸羟基丙酸例如：例如：COOHCHOHCH3COOHCH3CHOHCOOHCH3-OH顺时针排列反时针排列透视式镜子一对互为镜像关系的乳一对互为镜像关系的乳酸分子的立体结构式酸分子的立体结构式 乳酸分子中乳酸分子中C2连着连着H、CH3、OH和和COOH，则可得到两种结，则可得到两种结构的模型，无论把它们怎样放构的模型，无论把它们怎样放置，二者都类似左右手关系，置，二者都类似左右手关系，不能使完全重叠。因此，它们不能使完全重叠。因此，它们并不是相同的。并不是相同的。乳酸分子乳酸分子2种不同构型
9、的特征种不同构型的特征(1)(1)2个立体异构体之间彼此相似而不能完全重个立体异构体之间彼此相似而不能完全重叠；叠；(2)2(2)2个立体异构体之间呈实物和镜像相互对应个立体异构体之间呈实物和镜像相互对应关系（左右手关系）。关系（左右手关系）。分子的手性分子的手性(chirality)物质分子互为实物和物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右手一样），彼此不能完全镜象关系（象左手和右手一样），彼此不能完全重叠的特征重叠的特征。三、手性分子和对映体三、手性分子和对映体 具有手性的分子叫做具有手性的分子叫做手性分子手性分子。和和4个不相同的原子或原子团相连的碳原子个不相同的原子或原子团相连的碳原子称
10、为称为手性碳原子手性碳原子（手性中心），常用（手性中心），常用“C*”表示。表示。含有含有1 1个手性碳原子个手性碳原子的有机化合物分子的有机化合物分子一般一般具有手性，是具有手性，是手性分子手性分子。WCXZYWCXYZ对对映映体体 一个手性碳原子所连的一个手性碳原子所连的4个不同原子或基团在空个不同原子或基团在空间具有间具有2种不同的排列方式，它们彼此互为镜像关系，种不同的排列方式，它们彼此互为镜像关系，又不能重叠的一对立体异构体，互为又不能重叠的一对立体异构体，互为对映异构体对映异构体（简称对映体）。（简称对映体）。含有含有1个手性碳原子的化合物必定是手性化合物。个手性碳原子的化合物必定
11、是手性化合物。含有含有1个手性碳原子的化合物只有一对对映体。个手性碳原子的化合物只有一对对映体。镜面一对对映体（互为镜像）对对映映体体CH2CH3CClHH3CCH2CH3CClHCH3 I II镜面2-氯丁烷氯丁烷四、对称面与非手性分子四、对称面与非手性分子对称面：对称面：2个个H连线的中点、连线的中点、CH3和和Cl可组可组成一个平面；成一个平面；该平面把分子分为对称的互为镜象两半。该平面把分子分为对称的互为镜象两半。氯乙烷分子氯乙烷分子无手性，非手性分子无手性，非手性分子。CH3-CH2-Cl 假如有一个平面可以把分子分割成两半，而这假如有一个平面可以把分子分割成两半，而这两半互为镜像，
12、那么这个平面就是分子的两半互为镜像，那么这个平面就是分子的对称面对称面。丙酸丙酸存在对称面，存在对称面，无手性，非手性无手性，非手性分子分子CH3-CH2-COOH氯溴甲烷有对称面，氯溴甲烷有对称面，非手性分子非手性分子 结论：结论：具有对称面的分子无手性，不具有旋光具有对称面的分子无手性，不具有旋光性，也没有对映异构体。性，也没有对映异构体。有机化合物分子具有手性的最常见原因有机化合物分子具有手性的最常见原因是：是：存在手性碳原子存在手性碳原子(不是唯一的原因不是唯一的原因)。但不是所有具有手性碳原子的分子都是手性分子。但不是所有具有手性碳原子的分子都是手性分子。非非手性分子手性分子镜像镜像
13、FClClHFClClHFClClH 任何一个能够与其镜像完全重叠的分子，都不具有任何一个能够与其镜像完全重叠的分子，都不具有旋光性，这样的分子称为旋光性，这样的分子称为非手性分子非手性分子。ClBrClBrClBrClBrClBrClBr非非手性分子手性分子 分子是否具有手性的判断标准：分子是否具有手性的判断标准：分子中是否存在对称面、对称中心等对称因素。分子中是否存在对称面、对称中心等对称因素。若分子中有对称面、对称中心两个元素之一，若分子中有对称面、对称中心两个元素之一，则为非手性分子。若分子中不具有上述对称因素则为非手性分子。若分子中不具有上述对称因素则为手性分子。则为手性分子。只有只
14、有1个手性碳原子的分子为手性分子。手个手性碳原子的分子为手性分子。手性分子都具有旋光性。性分子都具有旋光性。第第1.建造一个分子和它的镜像模型建造一个分子和它的镜像模型。如果两。如果两者不能重合，就是手性分子。者不能重合，就是手性分子。第第2.寻找有无对称面寻找有无对称面。有对称面，它就不。有对称面，它就不存在对映体，为非手性分子。存在对映体，为非手性分子。第第3.寻找手性碳原子寻找手性碳原子(或手性中心或手性中心)。只要有一个手性碳原子，就是手性分子，有只要有一个手性碳原子，就是手性分子，有一对对映体（两个以上一对对映体（两个以上C有例外。见内消旋有例外。见内消旋体）体）五、判断对映体（手性分子）的方法五、判断对映体（手性分子）的方法对映异构体对映异构体CH3HOHHOHCH3CH3HOHOHHCH3CH3OHHHOHCH3IIIIIICH3HOHHHOCH3I对映关系对映关系CH3HOHHOHCH3IIICH3OHHHHOCH3IIICH3HOHHOHCH3IIICH3HOHHOHCH3CH3HOHOHHCH3CH3OHHHOHCH3IIIIII
