衡阳师范学院化学与材料科学系 ● 有机化学教案 ● 第二章 同分异构现象 ● 授课人：张复兴教授
H5HH3H2H5HH4HHH36HHH1HH2HH4HH16HHHHHHHH126CHH2H5CH2H4HH3HHH65HH1CH2CH242H3HH
椅型 船型 环已烷椅型和船型构象的透视式和纽曼投影式
关于环状烃和糖的构象分别在第三和第十四章作详细讨论。
第四节 对映异构现象
对映异构是指分子式、构造式相同，构型不同，互呈镜像对映关系的立体异构现象。 对映异构体之间的物理性质和化学性质基本相同，只是对平面偏振光的旋转方向（旋光性能）不同。
例如，丁二烯水合得到两种2-丁醇
HCH3CH=CHCH3OH3HOHCH3CH2-C-CHOHbpd旋光性99.5℃0.8063右旋CH3CH2-C-CHH99.5℃0.8063左旋3
在空间的排列上，可以看出他们是不相同的。
HO镜子CH3CHCH2CH3右旋-2-丁醇HCH3COHCH2CH3左旋-2-丁醇
可见，这两个异构体是互相对映的，互为物体与镜像关系，故称为对映异构体。对映异构体中，一个使偏振光向右旋转，另一个使偏振光向左旋转，所以对映异构体又称为旋光异构。
为什么要研究对映异构呢？因：
1．天然有机化合物大多有旋光现象。
2．物质的旋光性与药物的疗效有关（如左旋维生素C可治抗坏血病，而右旋的不行）。 3．用于研究有机反应机理。 一 物质的旋光性
1、平面偏振光和物质的旋光性 1)．平面偏振光
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光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直。
光束前进方向BCAD'C'光源（1 ）光的前进方向与振动方向DA'B'（2）普通光的振动平面 图 6-1 光的传播在光前进的方向上放一个（Nicol）棱晶或人造偏振片，只允许与棱晶晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱晶，而在其它平面上振动的光线则被挡住。这种只在一个平面上振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。
CDB'ABD'C'晶轴AA' A' Nicol棱晶平面偏振光普通光2．物质的旋光性
能使平面偏振光振动平面旋转的物质称为物质的旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性物质（也称为光活性物质）。
CABD'C'B'A'A乙醇DA'不旋光物质ABCDB'D'C'A乳酸α旋光性物质 A'A'能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体，能使偏振光振动平面向左旋转的物质称左旋体，使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度，用α表示。
二、旋光仪与比旋光度
1． 旋光仪
测定化合物的旋光度是用旋光仪，旋光仪主要部分是有两个尼可尔棱晶（起偏棱晶和检偏棱晶），一个盛液管和一个刻度盘组织装而成。其测定原理见图
若盛液管中为旋光性物质，当偏光透过该物质时会使偏光向左或右旋转一定的角度，如要使旋转一定的角度后的偏光能透过检偏镜光栅，则必须将检偏镜旋转一定的角度，目镜处视野才明亮，测其旋转的角度即为该物质的旋光度α。如下图所示
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2． 比旋光度
旋光性物质的旋光度的大小决定于该物质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长等因素有关。为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用比旋光度来表示。比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下。
比选光度 波长测定温度旋光度（旋光仪上的读数）ABCDA'B'D'A乳酸α目镜（亮）A'旋光性物质起偏镜盛液管检偏镜[ ]αλ=tαL C×溶液的浓度（g/ml） 盛液长度（分米dm）（钠光D)当物质溶液的浓度为1g/ml，盛液管的长度为1分米时，所测物质的旋光度即为比旋光度。若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把公式中的C换成液体的密度d即可。
t最常用的光源是钠光（D），λ=589.3nm,所测得的旋光度记为 [ ]α D 所用溶剂不同也会影响物质的旋光度。因此在不用水为溶剂时，需注明溶剂的名称，例如，右旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋光度为： D 20 = +3.79 (乙醇，5%)。 [ ]α上面公式即可用来计算物质的比旋光度，也可用以测定物质的浓度或鉴定物质的纯度。 三、对映异构现象与分子结构的关系
1、手性和对称因素
1） 手性 （以乳酸CH3C*HOHCOOH为例来讨论） 乳酸有两种不同构型（空间排列）
特征：
反时针排列OHCOOHCH3-顺时针排列 （1）、不能完全重叠， （2）、呈物体与镜象关系（左右手关系）。
物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右手一样）彼此不能完全重叠的特征，称为分子的手性。
具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子叫做手性分子。
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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。
凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具有手性，是手性分子。 2）．分子对称因素
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，例如： H
对称面对称面ClHCHCClCCH3Cl Cl具有对称面的分子无手性。
（2）、对称中心
若分子中有一点P，通过P点画任何直线，如果在离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。例如：
有对称中心的分子没有手性。
HHCOOHHBrHBrCOOHHHHCH3HCH3HHBrPBrPHH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。
四、含一个手性碳原子化合物的对映异构
1、对映体与对应异构体 1）．对映体：如果两物体之间的关系相当于其中一个物体与其镜象的关系，则这两个物体互称为对映体。
2）对映异构体
如果对映体之间不能完全重合，则互称为对映异构体。其关系相当于左手和右手的关系，因此，以称其中任一物体是手征性的。
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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）。 对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的，一个是右旋的。所以对映异构体又称为旋光异构体。
2)．对映异构体之间的异同点 （1）、物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的数值相等，仅旋光方向相反。 （2）、在手性环境条件下，对映异构体会表现出某些不同的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。
2、外消旋体
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。 外消旋体与对映异构体的比较（以乳酸为例）：
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 对映异构体 旋光 mp 53℃ 基本相同 旋体的生理功能 3、 对映象体构型的表示方法
1）．构型的表示方法
对映体的构型可用立体结构（楔形式和透视式）和费歇尔（E2Fischer）投影式表示， (1)、立体结构式
HOHCH3COOHCOOHCCOOHOHCH3楔形式乳酸优点： 形象生动，一目了然缺点： 书写不方便HCHOHCH3透视式10