旋光異構(gòu)習(xí)題難

1、第五章 旋光異構(gòu) 學(xué)習(xí)要求1. 掌握旋光性、旋光度、比旋光度、手性、手性碳原子、手性分子、對(duì)映體、非對(duì)映體、外消旋體、內(nèi)消旋體等基本概念。2. 掌握物質(zhì)的旋光性與其分子構(gòu)形的關(guān)系，能夠正確判斷一個(gè)化合物是否具有旋光性。3. 掌握含有一個(gè)和兩個(gè)手性碳原子化合物的旋光異構(gòu)體Fischer投影式的書(shū)寫(xiě)及相互關(guān)系的確定。4. 熟練掌握含有一個(gè)和兩個(gè)手性碳原子化合物的旋光異構(gòu)體構(gòu)型（D、L或R、S）的標(biāo)記、命名及書(shū)寫(xiě)。5. 了解外消旋體拆分的一般方法。6. 了解親電加成反應(yīng)的立體化學(xué)。 內(nèi)容提要一. 旋光性物質(zhì)和比旋光度1. 旋光性物質(zhì)：在偏振光通過(guò)某物質(zhì)時(shí)，能使偏振光的振動(dòng)平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)稱(chēng)為旋光性

2、，具有旋光性的物質(zhì)稱(chēng)為旋光性物質(zhì)。2. 比旋光度：旋光能力的大小用旋光度和比旋光度表示。旋光度是指旋光性物質(zhì)使偏振光的振動(dòng)平面旋轉(zhuǎn)的角度；比旋光度則是規(guī)定在一定溫度下，使用一定波長(zhǎng)的光源，物質(zhì)的濃度為gmL1，盛液管的長(zhǎng)度為1dm，溫度為常溫時(shí)測(cè)得的旋光度。比旋光度與旋光度的關(guān)系為：比旋光度是旋光物質(zhì)的一個(gè)物理常數(shù)。比旋光度按右旋（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）和左旋（反時(shí)針旋轉(zhuǎn)）分別用（+）和（）表示。二. 分子的手性與旋光異構(gòu)1. 手性分子：物質(zhì)的分子與其鏡象不能完全重疊，它們之間相當(dāng)于左手和右手的關(guān)系，把這種特征稱(chēng)為物質(zhì)的手性。具有手性的分子稱(chēng)為手性分子，手性分子具有旋光性，具有旋光性的分子一定是手性分子

3、。2. 對(duì)稱(chēng)面：能將分子分成互為鏡象兩部分的平面稱(chēng)為分子的對(duì)稱(chēng)面。3. 對(duì)稱(chēng)中心：從分子中任何一原子或原子團(tuán)向分子的中心做連線(xiàn)，延長(zhǎng)此連線(xiàn)至等距離處，若出現(xiàn)相同的原子或原子團(tuán)，該點(diǎn)稱(chēng)為分子的對(duì)稱(chēng)中心。對(duì)稱(chēng)面和對(duì)稱(chēng)中心統(tǒng)稱(chēng)對(duì)稱(chēng)因素。不具有對(duì)稱(chēng)因素的分子是手性分子，或者說(shuō)手性分子不具有對(duì)稱(chēng)因素。4. 手性碳原子：連有四個(gè)不同原子或原子團(tuán)的碳原子有不對(duì)稱(chēng)性，稱(chēng)為手性碳原子或不對(duì)稱(chēng)碳原子，用“C*”表示，是分子的不對(duì)稱(chēng)中心或手性中心。手性是指整個(gè)物質(zhì)的性質(zhì)，手性中心是指其中某一原子的性質(zhì)。三. 含一個(gè)手性碳原子化合物的旋光異構(gòu)1. 對(duì)映體：彼此呈實(shí)物與鏡象的對(duì)映關(guān)系，但又不能完全重疊的一對(duì)旋光異構(gòu)體稱(chēng)

4、為對(duì)映異構(gòu)體，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)映體。分子有手性，就存在對(duì)映異構(gòu)體。對(duì)映異構(gòu)體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)一般都相同，比旋光度相等，但旋光方向相反。2. 外消旋體：等量對(duì)映體的混合物稱(chēng)為外消旋體，通常用“”表示。外消旋體無(wú)旋光性，外消旋體與其左、右旋體的物理性質(zhì)有差異，但化學(xué)性質(zhì)基本相同。含有一個(gè)手性碳原子的化合物，由于不具有對(duì)稱(chēng)因素，所以一定具有旋光性。有兩個(gè)旋光異構(gòu)體，一個(gè)左旋體，一個(gè)右旋體，為一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體。等量混合組成一個(gè)外消旋體。四. 旋光異構(gòu)體構(gòu)型的表示方法費(fèi)歇爾(E.Fischer)投影式費(fèi)歇爾投影式的書(shū)寫(xiě)方法（略）五. 旋光異構(gòu)體構(gòu)型的標(biāo)記方法1. D/L標(biāo)記：（略）2. R/S標(biāo)記：（略）D/L

5、、R/S與（+）、（）無(wú)關(guān)。D/L、R/S是構(gòu)型的標(biāo)記方法，而（+）、（）表示旋光方向，是通過(guò)旋光儀測(cè)出來(lái)的。構(gòu)型與旋光方向無(wú)必然聯(lián)系。六. 含兩個(gè)手性碳原子化合物的旋光異構(gòu)手性碳原子旋光異構(gòu)體數(shù)目外消旋體數(shù)目?jī)?nèi)消旋體數(shù)目 二個(gè)不相同C* 2n（n=C*的數(shù)目） 2n-1（n=C*的數(shù)目） 二個(gè)相同C* 3 1 1內(nèi)消旋體：如果分子有二個(gè)或二個(gè)以上手性中心（手性碳原子），并有一個(gè)內(nèi)在的對(duì)稱(chēng)面，這個(gè)分子稱(chēng)為內(nèi)消旋體，它不具有旋光性。同一化合物的內(nèi)消旋體與其左旋體和右旋體都呈非對(duì)映體關(guān)系，它們的物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)基本相似。七. 其他化合物的旋光異構(gòu)1. 環(huán)狀化合物的旋光異構(gòu)：環(huán)烷烴分子中不同碳

6、原子上的氫原子被其他原子或原子團(tuán)取代后，同時(shí)又有手性碳原子存在時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生順?lè)串悩?gòu)和旋光異構(gòu)。2. 丙二烯化合物的旋光異構(gòu)：在丙二烯分子中，如果兩端碳原子上連有不同原子或原子團(tuán)時(shí)，雖然分子中不含手性碳原子，但由于整個(gè)分子沒(méi)有對(duì)稱(chēng)因素，屬于手性分子，具有旋光性。一旦一端連有相同原子或原子團(tuán)，就存在對(duì)稱(chēng)面，就不是手性分子，就不具有旋光性。3. 聯(lián)苯型化合物的旋光異構(gòu)：在聯(lián)苯分子中，兩個(gè)苯環(huán)直接相連，如果兩個(gè)苯環(huán)的鄰位上連有較大的基團(tuán)時(shí)，由于空間位阻效應(yīng)使兩個(gè)苯環(huán)的旋轉(zhuǎn)受阻，兩個(gè)苯環(huán)不能處在同一平面上。如果每個(gè)苯環(huán)的鄰位連有的兩個(gè)基團(tuán)都不相同，與丙二烯分子相似，雖然分子中不含手性碳原子，由于整個(gè)分子

7、沒(méi)有對(duì)稱(chēng)因素，屬于手性分子，具有旋光性。一旦一個(gè)苯環(huán)的鄰位上連有兩個(gè)相同基團(tuán)，分子就有對(duì)稱(chēng)面，整個(gè)分子就不是手性分子，就沒(méi)有旋光性?？梢?jiàn)，具有旋光性的物質(zhì)不一定含有手性碳原子（如丙二烯和聯(lián)苯型化合物）；含有手性碳原子的化合物不一定具有旋光性（如內(nèi)消旋酒石酸）。所以，判定一個(gè)物質(zhì)有無(wú)旋光性主要是去判斷整個(gè)分子有無(wú)對(duì)稱(chēng)因素，整個(gè)分子有無(wú)手性，是不是手性分子。 例題解析例1. 命名下列化合物，并標(biāo)出R、S構(gòu)型。解：（1）3R2 , 3二甲基3戊醇 （2）2R2氨基丙酸 （3）2R , 3S2 , 3二羥基丙醛 （4）3R3甲基環(huán)戊烯 （5）2S2氨基3巰基丙酸 （6）2R2氯丁醇例2. 下列化合物各

8、有多少個(gè)旋光異構(gòu)體？為什么？ (1) CH3CH2CH(OH)CHClCH3 (2) (CH3)2CHCH2CH(CH3)COOH (3) C6H5CHBrCH2CH(OH)CH2CH(NH2)COOH (4) CH2(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)CHO (5) CH3CH2CHClCHClCH2CH3解：（1）有兩個(gè)不相同的手性碳原子，有4個(gè)旋光異構(gòu)體（22 = 4）。 （2）有一個(gè)手性碳原子，有2個(gè)旋光異構(gòu)體（21 = 2）。 （3）有三個(gè)不相同的手性碳原子，有8個(gè)旋光異構(gòu)體（23 = 8）。 （4）有四個(gè)不相同的手性碳原子，有16個(gè)旋光異構(gòu)體（24 = 16）。 （5）有兩

9、個(gè)完全相同的手性碳原子，有3個(gè)旋光異構(gòu)體，其中一個(gè)左旋體，一個(gè)右旋體和一個(gè)內(nèi)消旋體。例3. 下列化合物是否具有旋光性？為什么？ 解：（1）、（2）、（4）有旋光性，因?yàn)闊o(wú)對(duì)稱(chēng)因素；（3）、（5）無(wú)旋光性，因?yàn)橛袑?duì)稱(chēng)面。例4. 標(biāo)記出下列化合物的構(gòu)型是R還是S，并指出BE的表示方法及它們與化合物A的關(guān)系。 解：A、C、E為S構(gòu)型，B、D為R構(gòu)型。B為費(fèi)歇爾投影式，C、D為紐曼投影式，E為一般投影式（或稱(chēng)鋸架式）。B、D是A的對(duì)映體，C、E與A的構(gòu)型相同。例5. 下列各對(duì)化合物哪些是相同的，哪些是對(duì)映體，哪些是非對(duì)映體，哪些是內(nèi)消旋體？解：(1)為同一構(gòu)型，(2)為對(duì)映體，(3)為同一構(gòu)型，且為內(nèi)

10、消旋體，(4)為非對(duì)映體。例6. 寫(xiě)出下列化合物所有的旋光異構(gòu)體，并注明其相互關(guān)系（對(duì)映體，非對(duì)映體，內(nèi)消旋體和外消旋體）。(1) 1 , 3二氯環(huán)戊烷 (2) 3 , 4二甲基3 , 4二溴己烷 (3) 2氯3溴丁烷 解：（）為內(nèi)消旋體（有對(duì)稱(chēng)面），（）與（）互為對(duì)映體，等量混合組成外消旋體，（）與（），（）與（）互為非對(duì)映體。（）與（）互為對(duì)映體，等量混合組成外消旋體，（）為內(nèi)消旋體，（）與（），（）與（）互為非對(duì)映體。（）與（），（）與（）分別為對(duì)映體，分別等量混合組成兩個(gè)外消旋體，（）與（），（）與（），（）與（），（）與（）互為非對(duì)映體。例7. 化合物A分子式為C6H11Cl，具有旋

11、光性，能使溴水褪色，與氫氧化鈉的乙醇溶液加熱反應(yīng)生成B，B無(wú)旋光性，B經(jīng)臭氧氧化后還原水解生成的產(chǎn)物之一是2甲基丙二醛，試推測(cè)A、B的構(gòu)造式并寫(xiě)出各步反應(yīng)。解： 練習(xí)題一. 標(biāo)出下列化合物中的手性碳原子：1. CH3CHClCH2CH3 2. CH3CH(NH2)COOH3. C6H5CH(OH)COOH 4. CH3CHClCH(OH)CH3二. 下列化合物哪些存在旋光異構(gòu)體？1. 1溴2丙醇 2. 2甲基2丁醇3. 3甲基2丁醇 4. 1苯基1氯乙烷5. 1苯基2氯乙烷 6. 2氨基1丙醇 三. 用R / S標(biāo)記法，標(biāo)明下列化合物中手性碳原子的構(gòu)型：四. 畫(huà)出2 , 3二氯戊烷所有旋光異構(gòu)體的Fischer投影式，并指出它們之間的關(guān)系。五. 根據(jù)R / S標(biāo)記法寫(xiě)出下列化合物的Fischer投影式：1. CHClBrF (S) 2. C6H5CHClCH3 (S)3. CH3CHClCHClCH3 (2R , 3R) 4. C6H5CH(CH3)CH(OH)CH3 (2S , 3R)5. HOOCCH(OH)CH(OH)COOH (2R , 3S)六. 寫(xiě)出3甲基戊烷進(jìn)行一氯代反應(yīng)的可能產(chǎn)物，并指出哪些是對(duì)映體，哪些是非對(duì)映體