第六章 旋光异构
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旋光异构两个或多个分子由于构型上的差异而表现出不同旋光性能的现象。
这些分子互为旋光异构体,也称对映异构体。
导致旋光异构现象的原因有两种:①分子中含有一个或多个手性原子(见手征性)。
含有一个手性碳原子时,有两个旋光异构体,它们具有互为实物和镜像的关系,故也称对映体。
对映异构体具有相等的旋光能力,但旋转方向相反,其物理和化学性质极为相似,如甘油醛(如对图片说明中“菲舍尔投影式”有疑问,见菲舍尔投影式):甘油醛菲舍尔投影式含有两个相同手性碳原子的分子,有3个旋光异构体,如酒石酸:酒石酸菲舍尔投影式其中a和b为对映异构体,c与d也好像是对映体。
但实际上c与d是同一种分子,因为它们可以互相叠合。
只要把c以通过C(2)-C(3)键中点,与读者的显示器荧屏(设荧屏竖直)垂直的线为轴旋转180°,就可以看出来它是可以与d叠合的。
也就是说,c和d是相同的。
c的旋光能力由于分子内的两个结构相同但构型(见分子构型)相反的手性原子的存在而互相抵消,称为内消旋体。
它与a或b在分子中既有构型相同的部分,又有构型相互对映的部分,这种关系称为非对映异构。
非对映异构体不仅旋光性不同,物理和化学性质也不尽相同。
环状化合物中含有手性原子时,也可出现以上旋光异构现象。
分子中当含有几个不同的手性原子时,其旋光异构体的数目为2n,n为不同手性原子的个数。
旋光异构体可用D-、L-法标记其构型(见单糖),也可用R-、S-法标记其分子中每个原子的构型(见顺序规则)。
②某些分子虽然不含手性原子,但由于分子中的内旋转受阻碍,也可以引起旋光异构现象,例如丙二烯型或联苯型旋光化合物是通过分子中的一个轴来区别左右手征性;又如旋光性提篮型化合物分子是就一个平面来区别手征性的等。
等量互为对映异构体的旋光性物质均匀混合,所得混合物没有旋光性。
这种混合物叫做外消旋体。
《塑料成型加工基础》单元教学内容任务5:高分子链的旋光异构及几何异构微观世界的高分子链当其分子链上的取代基在空间的排列位置不同时,会呈现不同的空间构型高分子链的构型是高分子本身所固有的,要改变其构型必须经过化学键的断裂和重组。
高分子链的构型通常有旋光异构和几何异构两种。
1、旋光异构饱和碳氢化合物分子中的碳,以共价键与4个原子或基团相连,形成一个四面体,4个基团位于四面体的顶点,碳原子位于四面体的中心。
当4个基团都不相同时,该碳原子称为不对称碳原子,以C*表示。
分子中具有不对称C*原子时,具有手性,故又称之为手性碳原子。
这种碳原子能构成象左右手一样的互为镜影的两种异构体,表现出不同的旋光性,称为旋光异构体。
图1-3旋光异构体的互为影镜关系高分子结构单元—CH2—C*HR—中有一个C*原子,由于C*两端的链节不完全相同,因此C*是一个不对称碳原子。
这样,每一个链节就有两种旋光异构体,这种高分子链有三种键接方式:全部由一种旋光异构单元键接而成,则称为全同立构。
全同立构链中的取代基R都位于主链平面的同一侧由两种旋光异构单元交替键接,称为间同立构。
间同立构链中的取代基R交替排列在平面的两侧。
两种旋光异构单元完全无规键接时,则称为无规立构。
无规立构链中的取代基R则任意排列在平面的两侧。
全同立构和间同立构高聚物统称为“等规高聚物”,如全同或间同的聚丙烯,称为等规高聚丙烯。
对于高分子来说不同的旋光构型其性能有较大差异。
如全同或间同的聚丙烯,结构比较规整,容易结晶,是塑料和纤维的良好原料,而无规聚丙烯却是一种橡胶伏的弹性体。
全同立构的聚苯乙烯结构比较规整,能结晶,熔点为240℃,而无规立构的聚苯乙烯结构不规整不能结晶。
通常自由基聚合的高聚物大都是无规的,只有用特殊的催化剂才能制得有规立构的高聚物,这种聚合方法称为定向聚合。
要注意的是高分子中由于有内消旋或外消旋的相互抵消,会使得一些含有不对称碳原子的高分子没有旋光性2、几何异构1,4-加成的双烯类聚合物,由于双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式构型与反式构型之分,它们称为几何异构体。
第二章有机化合物的结构本质与构性关系1.(1) sp3(2) sp (3) sp2(4) sp (5) sp3(6)sp22. (1)醇类(2)酚类(3)环烷烃(4)醛类(5)醚类(6)胺类3.π键的成键方式:成键两原子的p轨道沿着与连接两个原子的轴垂直的方向“肩并肩”重叠而形成。
π键特点:①电子云平面对称;②与σ键相比,其轨道重叠程度小,对外暴露的态势大,因而π键的可极化度大,在化学反应中易受到亲电试剂的进攻而发生共价键的异裂;③由于总是与σ键一起形成双键或叁键,所以其成键方式必然限制σ键单键的相对旋转。
第四章开链烃1.(1) 2-甲基-4,5-二乙基庚烷(2) 3-甲基戊烷(3) 2,4-二甲基-3-乙基戊烷(4)顺-3-甲基-3-己烯or (Z)-3-甲基-3-己烯(5) 2,2,4-三甲基-3-乙基戊烷(6) 3,5-二甲基-3-庚烯(7) 2,3-己二烯(8) 3-甲基-2-乙基-1-丁烯(9) 2,5,6-三甲基-3-庚炔(10)1-丁炔银(11)3-甲基-1,4-戊二炔(12) 3-甲基-1-庚烯-5-炔2.3.4.(Z)-2-戊烯(E)-2-戊烯C C CH(CH3)2H5C2C C CH(CH3)2 HHH5C2(2)(Z)-2-甲基-3-己烯(E)-2-甲基-3-己烯(Z)-3-甲基-3-己烯(E)-3-甲基-3-己烯(Z)-3-甲基-4-乙基-3-庚烯(E)-3-甲基-4-乙基-3-庚烯(Z)-5-甲基-3-乙基-2-己烯(E)-5-甲基-3-乙基-2-己烯(Z)3-甲基-1,3-戊二烯(E)3-甲基-1,3-戊二烯5.2,3,3-三甲基戊烷2,3-二甲基-3-乙基戊烷2,3-二甲基-1-戊烯6-甲基-5-乙基-2-庚炔二乙基-1-己烯-4-炔6. (1)和(3) (2)和(4) (5)和(6)7.8.1-庚烯2-庚烯3-庚烯2-甲基-1-己烯3-甲基-1-己烯4-甲基-1-己烯5-甲基-1-己烯2-甲基-2-己烯3-甲基-3-己烯2,3-二甲基-1-戊烯2,4-二甲基-1-戊烯3,5-二甲基-1-戊烯戊烯2-乙基-1-戊烯3-乙基-1-戊烯2,3-二甲基-2-戊烯3,3-二甲基-1-(1) 官能团位置异构(2) 顺反异构(3) 碳链异构(4) 官能团异构(5) 碳链异构(6) 碳链异构10.该化合物的分子式为C14H3011.13. (CH 3)2C H CH 2CH 3 > CH 3C H 2CH 3 > C(CH 3)4 > CH 4烷烃的卤代反应机理为自由基取代反应。
旋光异构之我见至学习有机化学以来,化学殿堂的多彩缤纷让我深深为之所吸引。
近期对探讨旋光异构体又有产生了强烈的兴趣,下面我想就学习了旋光异构之后谈谈自己对它的分析和看法。
最早在1849年,西方化学家路易·巴斯德(Louis Pasteur)发现从酿酒的容器中取得的酒石酸盐可以使平面偏振光旋转,但是使用其他来源的酒石酸盐却无法测定出此性质。
然而,是什么原因让这两者之间有这样的差别呢?原来这二者互为光学异构物,巴斯德的发现为我们敲开了旋光异构的大门。
酒石酸的结构表达式为HOOC—CH—CH—COOH,但是对于巴斯德的发现,我们又如何去解释同样是酒石酸却表现出不同的偏振光现象,这种导致偏振光现象产生的原因是什么?在进行认真的探讨和分析之后终于找到了满意的答案。
当普通光通过一个偏振的透镜或者尼科尔棱镜时,一部分光就被挡住了,只有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过,这种只有在一个平面上振动的光称为平面偏振光,简称偏振光。
然而,偏振光所在的振动面化学上习惯性的称为偏振面。
当偏振光通过从酿酒的容器中取得的酒石酸后,偏振面的方向就被旋转了。
这就是西方化学家路易·巴斯德在做实验过程中看到的现象。
随着有机化学在化学领域不断研究和发展,我们对这一现象在原有的基础上又有了新的认识。
我们发现偏振光在通过酒石酸的时候偏振面的方向被旋转了一个角度,在现代化学领域我们把这个角度称为旋光度,用“a ”表示。
把使偏振光的偏振面向右旋转的称为右旋体,把使偏振光的偏振面向左旋转的称为左旋体。
左旋体和右旋体的旋光度相同,旋光方向相反,所以等量的左旋体和右旋体组成的体系没有旋光活性,我们把物体内部同时具有左、右旋光的分子而不表现出旋光性称为外消旋性,这种体系叫外消旋体。
它可以被拆分为左旋和右旋两个异构体。
与此对应的内消旋体是指分子本身结构具有相同碳原子,分子的两个半部分互为实物与镜像的体系不表现旋光性。
那么内消旋体与外消旋体有什么异同呢?资料显示两者都不具有旋光性能,内消旋体是一种纯物质,导致其本身不具旋光性的原因在于其分子结构,它不能像外消旋体还可以分离出具有旋光性的两种物质。