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第九章 对映异构
偏振光和旋光性
对映异构
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目 录
ONTENTS
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ONTENTS
偏振光和旋光性
对映异构
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对映体、旋光度、比旋光度、手性碳原子等概念;
分子结构与手性的关系，
对映体的D、L构型和R、S构型的标示法；
分子的对称性与对称因素等知识；
羧酸及取代羧酸在医药上的应用；
费歇尔投影式的书写方法；
掌握　
熟悉
了解
重点难点
如同我们的左手和右手的关系一样，非常相似但不能完全重合。物体与其镜像不能重合的现象，称为手性（Chirality）
对映异构
课程导入：什么是手性？
手性分子　分子存在着实物与其镜像不能重合的特性，称为手性分子。例如：
判断一个分子是否为手性分子？
关键要看该分子中是否存在对称因素，如果在一个分子中找不到任何对称因素，该分子就是一个手性分子。
对映异构
一、手性分子和旋光性
1. 手性分子
对称因素　分子的对称因素包括对称面和对称中心等。
对称面
对称中心
对映异构
一、手性分子和旋光性
2. 手性碳原子　连接4个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子或不对称碳原子，以C*表示。
对映异构
一、手性分子和旋光性
乳酸 丙氨酸 甘油醛 苹果酸
例如：
3. 对映体　我们将彼此成实物和镜像关系，而不能重合的一对立体异构体，称为对映异构体，简称对映体。例如：左旋乳酸与右旋乳酸是一对对映体。
4. 外消旋体　一对对映体在等量混合后，得到的没有旋光性的混合物称为外消旋体，用(±)或dl表示。例如，外消旋乳酸，可表示为(±)-乳酸或dl-乳酸。
对映异构
一、手性分子和旋光性
左旋乳酸 右旋乳酸
（一）对映异构体构体的表示方法
费歇尔(Fischer)投影式　是用平面式来表示分子的立体结构。
投影规则　:
① 将碳链垂直放，编号小的放上端；
② 横前竖后，与手性碳原子相连的两个竖键伸向后方，两个横键伸向前方；
③ 横竖相交的十字线，其交叉点线为手性碳原子置于纸面中心。
对映异构
二、含一个手性碳原子的化合物
D、L构型命名法　人为的规定，以甘油醛作为标准，按费歇尔投影，指定(+)-甘油醛的构型用羟基位于右侧的投影式来表示，并命名为D-构型；相应地(-)-甘油醛的构型用羟基位于左侧的投影式来表示，并命名为L-构型。
其他物质的构型以甘油醛为标准对照进行命名，例如：
对映异构
（二）含对映异构体的命名方法
D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛
例如：自然界存在的氨基酸除甘氨酸外都具有旋光性，大多是L-构型。
对映异构
（二）含对映异构体的命名方法
D-(-)-乳酸 L-(+)-乳酸
D、L命名法一直沿用至今，如糖和氨基酸的构型命名仍采用此法。
L-丙氨酸 L-丝氨酸
2. R、S 构型命名法　
是由国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)推荐，目前被广泛采用的一种构型命名法。 其命名步骤是：
① 先按次序规则确定与手性碳原子相连的4个基团大小(优先)顺序；
② 将最小的基团d摆在离观察者最远的位置，视线与手性碳原子和基团d保持在一条直线上；
③最后按a→b→c画圆，顺时针方向，则该化合物的构型为R构型，逆时针方向，则该化合物的构型为S构型。
对映异构
（二）含对映异构体的命名方法
含有两个不同手性碳原子的化合物　在 2,3,4-三羟基丁醛 分子 中含有2个不同的手性碳原子。旋光异构体最大数目为2n (n代表手性碳原子数)，对映体最多可有2n-1对。
其中 (a) 和 (b) 为互不重合的镜像，是一对对映体；同样 (c) 和 (d) 为另一对对映体。
(a) 和 (c) 构不成实物和镜像关系，称为非对映异构体，同样 (a) 和 (d) 、(b) 和 (c)、(b) 和 (d) 之间也是非对映异构体的关系。非对映异构体具有不同的物理性质。
对映异构
三、含二个手性碳原子的化合物
2. 含有两个相同手性碳原子的化合物　在酒石酸分子中含有2个相同的手性碳原子，其光学异构体只有三个。
其中 (a) 和 (b) 是一对对映异构体，(c) 和 (d) 是同一分子。(a) 和 (c)、(b) 和 (c) 是非对映异构体关系。在 (c) 中，存在一个对称性关系，因而为非手性分子，无旋光性，称为内消旋体，用“meso”表示。
对映异构
三、含二个手性碳原子的化合物
对映体之间的化学性质几乎没有差异，物理性质如熔点、沸点、溶解度、旋光度都相同，其不同点主要表现在旋光方向、生物活性、毒性等方面。非对映体之间的物理性质则有所不同。
酒石酸 熔点(℃) ( ，水中) 溶解度(g/100g) pK1 pK2
右旋体 170 +12 139 2.93 4.23
左旋体 170 -12 139 2.93 4.23
外消旋体 206 0 20.6 2.96 4.24
内消旋体 140 0 125 3.11 4.80
右旋体 170 +12 139 2.93 4.23
对映异构
四、旋光异构体的性质差异
例如：
对物体内的环境是手性的，所以，对映体在这种环境下，表现出不同的生理活性。往往一种构型能被人体细胞所识别而发生作用，另一种构型却不能被人体细胞所识别，没有生理活性，甚至是有害的。如：
对映异构
四、旋光异构体的性质差异
药物多巴(Dopa)分子中含有一个手性碳原子，存在着两种构型，其中左旋体被广泛用于治疗中枢神经系统的一种慢性病——帕金森症，而右旋体则无效 。如：
(+)-多巴
(-)-多巴
对映异构
四、旋光异构体的性质差异
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2
对映体与外消旋体；
手性和手性碳原子；
小结
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4
D、L构型命名法和R、S构型命名法；
费歇尔(Fischer)投影式；
5
旋光异构体的性质差异；
对映异构

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