4 对映异构和非对映异构讲解
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第四章对映异构异构现象在有机化学中非常普遍,前面我们学过了构造异构,构型异构,顺反异构,构象异构等,下面我们把它们归纳一下异构现象包括构造异构和立体异构,其中构造异构按原子相互连接方式、次序不同,又可分为碳架异构和位置异构;立体异构按原子在空间排列方式不同分为构型异构和构象异构(单键旋转产生构型不同),构型异构按构型方式分为顺反异构(环的存在引起构型不同)和对映异构。
本章主要讨论对映异构。
对映异构体与旋光性密切相关,要测定物质旋光度的大小,需要用旋光仪,下面分别介绍有关内容。
§4.1 旋光性4.1.1偏振光光波是一种电磁波,它的振动方向与其前进方向垂直,在普通光里,光波在垂直前进方向上可以有无数个振动平面。
如果有圆圈代表光线前进方向的一个横截面,那么光线透过Nicol棱晶时,只有振动面与棱晶光轴平行的光才能通过,而在其他平面上振动的光被阻挡,即产生偏振光。
这种只在一个平面上振动的光叫平面偏振光或偏光。
当偏光射到另一个Nicol棱晶上时,若其光轴相互垂直,光线全被阻挡。
这就是旋光仪的工作原理。
4.1.2 旋光仪在两个光轴平行的Nicol棱晶之间放一样品管(旋光管),自然光透过第一个固定的棱晶后成为偏光,偏光透过旋光管后射到第二个棱晶上(可转动)。
若样品对偏光没发生作用,我们可以观察到光线能全部透过第二个棱晶(见偏时),我们从目镜中看到视场最亮。
此时,刻度盘为零。
若样品与偏光发生作用,使其偏转,这时光线就不可能全部通过第二个棱晶,从目镜中观察到视场变暗,我们可通过旋转检偏器,使视场恢复到最亮。
检偏器所旋转的角度。
即旋光度。
使检偏器顺时针旋转的物质,称右旋物质,用+α表示;使检偏器逆时针旋转的物质,称左旋物质,用-α表示。
旋光度的大小与溶液的浓度、样品管的长度、光的波、温度及溶剂都有关系, 为便于比较,常用比旋度[α]t λα][表示。
4.1.3比旋光度比旋光度——偏光透过厚度为10cm ,浓度为1g/ml 样品溶液所产生的旋光度。
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对映异构体是指一种分子的空间结构与其镜像不重合的异构体。
(4)对映异构第四讲对映异构⼀、⼿性和对称因素1.⼿性物质分⼦互为实物和镜象关系,彼此不能完全重叠的特征,称为分⼦的⼿性,其分⼦称为⼿性分⼦。
连有四个各不相同基团的碳原⼦称为⼿性碳原⼦(或⼿性中⼼)⽤C*表⽰。
2.对称因素物质分⼦能否与其镜象完全重叠(是否有⼿性),可从分⼦中有⽆对称因素来判断,最常见的分⼦对称因素有对称⾯和对称中⼼。
(1)、对称⾯假设分⼦中有⼀平⾯能把分⼦切成互为镜象的两半,该平⾯就是分⼦的对称⾯:具有对称⾯的分⼦⽆⼿性。
(2)、对称中⼼若分⼦中有⼀点P ,在离P 等距离直线两端有相同的原⼦或基团,则点P 称为分⼦的对称中⼼。
有对称中⼼的分⼦没有⼿性。
物质分⼦在结构上具有对称⾯或对称中⼼的,就⽆⼿性,因⽽没有旋光性。
物质分⼦在结构上即⽆对称⾯,也⽆对称中⼼的,就具有⼿性,因⽽有旋光性。
三、对映体含有⼀个⼿性碳原⼦的化合物⼀定是⼿性分⼦,含有两种不同的构型,是互为物体与镜象关系的⽴体异构体,称为对映异构体(简称为对映体)。
对映异构体特征:○1都有旋光性,⼀个左旋,⼀个右旋(⼜称为旋光异构体)。
○2其物性、化性⼀般相同,仅旋光⽅向相反,只有在⼿性环境下,对映体会表现出某些不同的性质,如反应速度差异,⽣理作⽤的不同等。
等量的左旋体和右旋体的混合物称为外消旋体,⼀般⽤(±)来表⽰。
外消旋体与对映体的⽐较:3旋光性物理性质化学性质⽣理作⽤外消旋体不旋光 mp 18℃基本相同各⾃发挥其左右对映体旋光 mp 53℃基本相同旋体的⽣理功能(⼀)对映体构型的表⽰⽅法1.构型表⽰⽅法对映体的构型可⽤⽴体结构(楔形式和透视式,书写不⽅便)和费歇尔投影式表⽰, Fischer 投影式投影原则:1° 横、竖两条直线的交叉点代表⼿性碳原⼦,位于纸平⾯。
2°“横前竖后” (横线指与C *相连的两键指向纸平⾯前⾯,竖线表⽰指向纸平⾯的后⾯。
) 3° 碳链竖放2.判断不同投影式是否为同⼀构型的⽅法:(1)、将投影式在纸平⾯上旋转180°,仍为原构型。
对映异构体和非对映异构体名词解释一、对映异构体和非对映异构体的概念在化学领域,我们经常会遇到一些形形色色的化合物,它们之间的性质和结构有时候会让我们感到非常困惑。
今天,我们就来聊一聊两个与化合物结构密切相关的概念:对映异构体和非对映异构体。
这两个概念听起来似乎很高深莫测,但实际上它们都是可以通过理论知识来解释的。
接下来,我们将从不同的角度来详细阐述这两个概念的含义和区别。
我们来看看什么是对映异构体。
在有机化学中,一个分子的镜像对称性决定了它的立体构型。
如果一个分子的镜像对称性不完全相同,那么它就是非对映异构体。
换句话说,对映异构体是指具有不同立体构型的同分异构体。
这些异构体的物理性质和化学性质往往是不同的,因此在研究过程中需要加以区分。
而非对映异构体则是指具有相同立体构型的同分异构体。
这些异构体的物理性质和化学性质通常是相似的,因此在研究过程中相对容易处理。
这并不是说非对映异构体就没有研究价值,事实上,它们在某些特定情况下也可能表现出独特的性质。
二、对映异构体的成因那么,为什么有些化合物会出现对映异构体呢?这要从分子的结构说起。
在一个分子中,原子之间的连接方式有四种:单键、双键、三键和四键。
这四种连接方式可以组合成各种各样的分子结构。
在这四种连接方式中,只有双键和三键能够形成手性中心。
手性中心是指一个分子中的一个或多个原子,它们的连接方式使得这个分子具有手性。
手性分子是指其镜像对称性的破坏会导致其物理性质发生改变的分子。
当一个分子中有多个手性中心时,它的立体构型就变得复杂起来。
这时,我们需要考虑如何将这些手性中心分配到不同的立体位置上,以便得到一系列具有不同立体构型的同分异构体。
这就是对映过程。
通过对映过程,我们可以将一个复杂的立体体系简化为一系列简单的平面结构,从而更容易地研究它们的性质和相互关系。
并非所有的手性中心都能通过对映过程得到相同的立体构型。
这是因为在对映过程中,手性中心的位置和方向都会发生改变,导致立体构型发生变化。
对映异构体和非对映异构体名词解释一、对映异构体和非对映异构体的概念在我们日常生活中,化学是一门非常重要的科学。
它涉及到我们生活中的方方面面,从食物的味道到药物的效果,都与化学息息相关。
在化学中,有一个非常重要的概念叫做对映异构体和非对映异构体。
这两个概念听起来可能有些难以理解,但实际上它们是非常简单的。
那么,什么是对映异构体和非对映异构体呢?我们来看一下什么是对映异构体。
在化学中,如果一个化合物有两个相互镜像的分子结构,那么我们就称这个化合物为对映异构体。
换句话说,对映异构体的两个分子结构互为镜像。
例如,苯(C6H6)就是一个典型的对映异构体,因为它的两个分子结构互为镜像。
接下来,我们再来看一下什么是非对映异构体。
非对映异构体是指那些没有对映异构体的化合物。
换句话说,非对映异构体的分子结构不互为镜像。
例如,乙醇(C2H5OH)就是一个非对映异构体,因为它的两个分子结构并不互为镜像。
二、对映异构体的性质虽然对映异构体的分子结构互为镜像,但它们的物理性质和化学性质却有很大的不同。
这是因为它们的分子结构在空间上是不对称的。
这种不对称性导致了它们的物理性质和化学性质的不同。
例如,对映异构体的熔点和沸点通常是不同的。
这是因为它们的分子结构在空间上的不对称性导致了它们的热力学性质的不同。
对映异构体的化学反应活性也通常是不同的。
这是因为它们的分子结构在空间上的不对称性导致了它们的化学反应活性的不同。
三、非对映异构体的性质非对映异构体的分子结构不互为镜像,因此它们的物理性质和化学性质通常是相似的。
这是因为它们的分子结构在空间上的对称性使得它们的热力学性质和化学反应活性相似。
这并不意味着非对映异构体之间没有任何差异。
事实上,非对映异构体之间的差异通常是由于它们的立体化学性质不同所导致的。
例如,对于一些有机化合物来说,它们的立体化学性质可能会影响它们的溶解度、稳定性等性质。
四、结论对映异构体和非对映异构体是有机化学中的两个重要概念。
立体化学Figure 4.1 A Molecule of lactic acidand its mirror imagea bCOOHCOOHCH 3CH 3OHOH4.1.2 手性分子Figure 4.2 The molecule is super imposable on its mirror imageCOOHCOOHCH 3OHOHz 定义:任何一个不能和它的镜象完全重叠的分子,也称不对称分子。
z 凡是手性分子都具有旋光活性。
CHEM TVz平面偏振光:只在同一个平面内振动的光,简称偏振光。
Figure 4.4 The nature of plane-polarized light4.2.2 物质的旋光性Figure 4.5 Ability of a molecule to rotate plane-polarized light图4.6 WXG-4 圆盘旋光仪(手动测量,测量范围:±180o , 准确度:b-起偏镜c-盛液管d-检偏镜e-刻度盘ab cd e4.7 WXG-5半自动旋光仪工作模式: 旋光度、比旋度、溶液浓度和糖度, 自动重复测6次并计算平4.8 WZZ-3数字自动旋光仪练习(2008农学联考)+25°/ (0.1g.mL-1×2.5dm) = +100°对称面:把分子分为实物与镜象关系的平面。
手性碳原子:和四个不相同的原子或基团相连的碳原子。
*CH3CH3*HHCH3 CH3D-乳酸的Fischer 投影式COOH COOH对构型。
(+)-z R-乳酸的Fischer投影式是()。
(2008农学联考)练习(2009农学联考)H5C6HO HH CH3NHCH312D定义:可以用平面将分子分成实物和镜影关系的两两个不对称原子的旋光性相反, 整个分子没有旋光活性的异构体(meso)。
2001年度诺贝尔化学奖获得者及其主要贡献Willam S. Knowles主要贡献威廉诺尔斯:1942年获美国哥伦比亚大学博士学位,曾就职于孟山都公司,主要开发了不对称氢化反应的手性催化剂。
对映异构现象和手性分子
产生对映异构现象的原因:物体与其镜像不能重合
(重叠、结构相同、可以互换)一些物体与其镜像无法重合
物体与其镜像不能重合的性质称为手性,具有手性的化合物的分子称为手性分子
手性的实质:不对称性
手性分子的光学行为
平面偏振光
光是一种电磁波,其振动方向与前进方向垂直
E
光前进方向光前进方向与光振动方向所构成的平面称为振动平面
普通光偏振光尼科尔棱镜(偏光镜)
Ⅰ
(无数个振动平面)
(仅一个振动平面)
样品溶液
Ⅱ
能够使偏振光振动平面旋转的性质称为旋光性。
具有旋光性的物质称为光活性物质(手性分子都是光活性物质)能够使偏振光振动平面向左旋转的物质称为称为左旋体。
能够使偏振光振动平面旋转的物质称为右旋体。
光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度(α)
手性有多种表现方式,旋光性只是其中的一种。
手性一定要在手性条件或环境(如偏振光)下才能表现出来
不含手性碳原子的化合物的对映异构
含除碳以外的其他手性原子的化合物
不含手性原子的手性分子
1)丙二烯型化合物
丙二烯是累积型二烯烃,两个相邻双键所在的平面互相垂直。
当累积双键两端碳原子上各连不同的原子或基团时,分子内存在不对称因素,故存在一对对映异构体。