有機化合物的構造構型和構象構造構型PPT學習教案

1、會計學1有機化合物的構造構型和構象構造構型有機化合物的構造構型和構象構造構型(conformation)。第1頁/共83頁同分異構構造異構 立體異構碳鏈（骨架）異構官能團位置異構官能團異構互變異構構象異構構型異構順反異構光學異構第2頁/共83頁構造異構體分四種情況：碳鏈異構碳鏈異構，官能團異構官能團異構， 官能團位置異構官能團位置異構，互變異構互變異構。第3頁/共83頁CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3CH3CH3CH3CHOCHO第4頁/共83頁CH3CH3CH3CH3BrCOOHBrCOOHOO第5頁/共83頁CH3OCH3CH3CH2OHCH3CH2CHO CH3COCH3C

2、H3CH2COOHCH3COOCH3CH3COCl ClCH2CHO第6頁/共83頁CH3CCH2COOEtOCH3CCCOOEtOHHCH3CCH2CCH3OOCH3CCCOCH3OHH酮式烯醇式酮式烯醇式第7頁/共83頁第8頁/共83頁第9頁/共83頁第10頁/共83頁第11頁/共83頁Ethane乙烷乙烷 碳碳SP3雜化雜化 四面體結構四面體結構舉例第12頁/共83頁第13頁/共83頁第14頁/共83頁第15頁/共83頁構型異構包括構型異構包括順反異構順反異構和和對對映異構。映異構。第16頁/共83頁一、順反異構一、順反異構2-丁烯丁烯中中的原子的原子在空間在空間有兩種有兩種分布，分布，

3、不能重不能重合合第17頁/共83頁由于由于鍵不能自由旋轉，使得與雙鍵相連的四鍵不能自由旋轉，使得與雙鍵相連的四個原子或基團在空間產(chǎn)生兩種不同的排布，是個原子或基團在空間產(chǎn)生兩種不同的排布，是兩個不同的化合物，稱為兩個不同的化合物，稱為順反異構體。順反異構體。一、順反異構一、順反異構第18頁/共83頁環(huán)烷烴環(huán)烷烴上由于環(huán)不能任意旋轉，如果環(huán)上由于環(huán)不能任意旋轉，如果環(huán)上有兩個或兩個以上帶有不同取代基或上有兩個或兩個以上帶有不同取代基或原子的碳，則也存在原子的碳，則也存在順反異構體。順反異構體。第19頁/共83頁CCCCAACDADACCCCCAABBABBA第20頁/共83頁判斷下面兩個化合物是

4、否存在順反異構？第21頁/共83頁第22頁/共83頁順反標記法如果兩個相同的原子或基團在雙鍵平面或環(huán)平面的同側稱為順式，在不同側為反式。 CCAABBCCABBA順式反式第23頁/共83頁舉例CCC2H5CH3HHCCCCCH3HHHHCH3HCOOHHOOCH順-2-戊烯反，反-2，4-己二烯反-環(huán)丙烷-1，2-二甲酸第24頁/共83頁Z/E標記法按照原子或基團的大小次序規(guī)則，優(yōu)先的兩個原子或基團位于雙鍵同側的為Z式，位于雙鍵兩側的為E式。CCCH3CH2CH3CH2CH2CH3HE-4-甲基-3-庚烯第25頁/共83頁CCCCHCH3CH3HCH3CH3HHbp()mp()41-139-1

5、05第26頁/共83頁第27頁/共83頁第28頁/共83頁第29頁/共83頁家蠅的雌性激素家蠅的雌性激素9-tricosene(二十三碳烯）二十三碳烯） 和和 家家蠶的雌性激素蠶的雌性激素bombykolCH (CH ) 3272 123CCCCHHHH()CHHCHCHCCCCHHHOH32 229()()第30頁/共83頁Carrots,Alkenes, and the Chemistry of Vision -Carotene (a purple-orange alkene)by enzymes in the liverCH2OHVitamin ACHO11-cis-Retinal視黃醛

6、異構化1234567891011121314(the light-sensitive pigment)N-OpsinCis(in the rod cells of the cell-be responsible for seeing in dim light)lightN-Opsinfrom the protein opsinRhodopsinMetarhodopsin變視紫紅視紫紅第31頁/共83頁第32頁/共83頁如一些含二偶氮苯的化合物在光照時，具有光收縮性能。偶氮基團在沒有光照時，通常 是處于分子鏈較伸展的反式的構型，受到光照時，分子鏈發(fā)生卷曲，反式構型變成順式構型，于是聚合物薄膜發(fā)生

7、了收縮。NNSO2NNO2S伸長（反式）有光無光NNNNO2S順式 收縮第33頁/共83頁第34頁/共83頁一一. 分子的手性和對稱因素分子的手性和對稱因素1. 手性手性(Chirality) 實物與其鏡影不能重疊的現(xiàn)象。實物與其鏡影不能重疊的現(xiàn)象。呈實物和鏡象相對映，但是不能重合 第35頁/共83頁如果一個分子和它的鏡象不能重合，稱該分子為手性分子。如果一個分子和它的鏡象不能重合，稱該分子為手性分子。 第36頁/共83頁第37頁/共83頁NCH3CH3CH2CH2CH3OHNO2OHNHCOCHCl2OHd- 異構體異構體 有強興奮作有強興奮作用用 l- 異構體異構體 抗興奮作用抗興奮作用D

8、-(-) 有殺菌作用有殺菌作用L-(+) 無藥效無藥效OOHZ-R（有生理活性）（有生理活性）第38頁/共83頁 如何判斷一個有機分子是否具有手性？如何判斷一個有機分子是否具有手性？ 分子的手性和分子的對稱性相關，一般來說，如果一個分子結構中即沒有對稱面又沒有對稱中心，則該分子具有手性。 目前通過X射線衍射已可確定。 第39頁/共83頁CCHClClHCClClHCH3COOHHOHHOHCOOH第40頁/共83頁HFHClClHHFCH2CH2CH2CH2ClCl第41頁/共83頁3）對稱軸）對稱軸NHHH C3CH3CH3C2CH3CH3HHHHC2COOHCOOHHOHHOHC2（無）

9、（有） （無） （有）只含旋轉軸對稱因素的分子是只含旋轉軸對稱因素的分子是非對稱分子。手性分子。非對稱分子。手性分子。第42頁/共83頁第43頁/共83頁第44頁/共83頁旋光異構體的性質旋光異構體的性質 在相同的非手性條件下，旋光異構體的物理性質與化學性在相同的非手性條件下，旋光異構體的物理性質與化學性 質相同。質相同。 名稱名稱 熔點熔點/oC 25(20%水水） 溶解度溶解度 pka1 pka2 (+)-酒石酸酒石酸 170 +12o (-)-酒石酸酒石酸 170 - 12o 139 2.93 4.23 (+)-2-甲基-1-丁醇(- )-2-甲基-1-丁醇熱H2SO4HBrCH3COO

10、H烯酯溴烷第45頁/共83頁 例如：抗妊娠反應的鎮(zhèn)靜藥例如：抗妊娠反應的鎮(zhèn)靜藥(R)-酞胺哌啶酮酞胺哌啶酮 (“反應停反應?！?NONOOH1）旋光異構體具有不同的生物活性強度）旋光異構體具有不同的生物活性強度COOHHH3C(S)-萘普森第46頁/共83頁1ClCH32OHOH34HHOHOHCHCH3356OHCH37C HHCCCHCHCCHHCH2 523H58CH39CH3OHOHHH判斷下列化合物是否具有光學活性第47頁/共83頁 三三. 含手性碳原子的分子的立體化學含手性碳原子的分子的立體化學1. 含一個手性碳原子的分子含一個手性碳原子的分子 1）手性碳原子的概念）手性碳原子的概

11、念 與四個不相同的原子或基團相連的碳原子。與四個不相同的原子或基團相連的碳原子。CH3CHCOOHOH*CNH2COOHH 含一個手性碳的分子是手性分子，具有一對對映體。含一個手性碳的分子是手性分子，具有一對對映體。手性碳用C*標識CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HOHS-(+)-乳酸R-(-)-乳酸 D20o(水水) D20o(水水)對對映映體體互為實物與鏡互為實物與鏡影關系，不能影關系，不能相互重疊的兩相互重疊的兩個立體異構體。個立體異構體。第48頁/共83頁膽酸 3,7,12-三羥甾代異戊酸第49頁/共83頁問:3-戊烯-2-醇有多少個構型異構體?第50頁/共83頁第51頁/共83

12、頁2）左旋體、右旋體及外消旋體）左旋體、右旋體及外消旋體 使平面偏振光向左旋的為使平面偏振光向左旋的為左旋體左旋體，用，用“（）”或或“ l”表示。表示。 使平面偏振光向右旋的為使平面偏振光向右旋的為右旋體右旋體，用，用“（+）”或或“d”表示。表示。 左旋體與右旋體，旋光度相同、旋光方向相反。左旋體與右旋體，旋光度相同、旋光方向相反。外消旋體外消旋體：等量的左旋體與右旋體的混合物。無旋光性。：等量的左旋體與右旋體的混合物。無旋光性。外消旋體用外消旋體用 () 或或 (RS) 或或 (dl) 或或 DL表示。表示。第52頁/共83頁第53頁/共83頁第54頁/共83頁Fischer投影式投影式

13、CCOOHH3CHOHCCOOHCH3HHOHOHCOOHCH3（前）（前）（后）（后）交叉點 手性碳（位于紙平面上） 規(guī)定規(guī)定 投影時，與手性碳相連橫向兩個鍵朝前，豎向兩個投影時，與手性碳相連橫向兩個鍵朝前，豎向兩個 鍵向后，交叉點為手性碳。鍵向后，交叉點為手性碳。第55頁/共83頁第56頁/共83頁第57頁/共83頁第58頁/共83頁第59頁/共83頁第60頁/共83頁第61頁/共83頁第62頁/共83頁COHHOOCCH3HCCOOHCH3OHHCCOOHHOCH3HCCOOHCH3HOH(S)- (S)- (R)- (R)-基團大小順序：OH COOH CH3 HCH3CHOCH2CH

14、3HCH3CHOCH2CH3HCCH2CH3HOCH3H SRR第63頁/共83頁第64頁/共83頁第65頁/共83頁第66頁/共83頁1CH ClClCHH232OHBrHCH33HHHClClCl4(CH ) CHCCHHCHCH23 25HCHCHHClCl336CH SHHHClCHBr37HHClOH8HCH3用法標記下列化合物中手性碳原子的構型 第67頁/共83頁2. 含兩個手性碳原子的分子含兩個手性碳原子的分子1) 含兩個不同手性碳原子的分子含兩個不同手性碳原子的分子HOOC-CH-CH-COOH*OH ClC-2: -OH CHCOOH COOH HC-3: Cl COOH C

15、HCOOH HClOHHOHClHCOOHCOOHCOOHHOHHClCOOHHOHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOH 2R3R 2S3S 2R3S 2S3R dl-dl- 對映關系：對映關系： 與與； 與與 非對映關系：非對映關系： 與與、與與、與與、與與非對映體：非對映體：構造相同構造相同, 構型不同構型不同, 相互相互間不是實物與鏡影關系間不是實物與鏡影關系 的立體異構的立體異構體。體。第68頁/共83頁第69頁/共83頁第70頁/共83頁 2）含兩個相同手性碳原子的分子）含兩個相同手性碳原子的分子HOOC-CH-CH-COOHOH OH* 酒石酸 OH COOH CHC

16、OOH HOH *C2 *C3 ：HOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOHHOHHOHCOOHCOOH 第71頁/共83頁內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體(meso)：分子內(nèi)部形成對映兩半的化合物。分子內(nèi)部形成對映兩半的化合物。(有平面有平面 對稱因數(shù)對稱因數(shù))。 具有兩個手性中心的內(nèi)消旋結構一定是具有兩個手性中心的內(nèi)消旋結構一定是（RS）構型。構型。HOHHOHCOOHCOOH R S內(nèi)消旋體無旋光性內(nèi)消旋體無旋光性 (兩個相同取代、構型相兩個相同取代、構型相反的手性碳原子，處于同一分子中，旋光性反的手性碳原子，處于同一分子中，旋光性抵消抵消)。 內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體

17、不能分離不能分離成光活性化合物。成光活性化合物。 指出下列指出下列(A)與與(B)、(A)與與(C)的關系的關系(即對映體或非對映體關系即對映體或非對映體關系)。 CH3HCH3OHOHHHCH3HOHOHCH3HCH3HOHOHCH3(A)(B)(C)第72頁/共83頁第73頁/共83頁消旋的2,3-丁二醇的重疊式構象和交叉式構象中的對稱因素第74頁/共83頁寫出1,2-二溴環(huán)丙烷的構型異構體?第75頁/共83頁1BrBrBrBrMeMeEtEt2OHHOEtEtMeHMeH3FFHCN NCCHCHH334CHCHCHCHHHOOHHOHHOHH33335FDFHDHFDHHFD6HFHO

18、CHCHHHCHOHHFCH3333下列化合物是屬于對映體、非對映體還是同一化合物？ 第76頁/共83頁四四. 不含手性碳原子的光活性異構體不含手性碳原子的光活性異構體 1. 丙二烯型分子丙二烯型分子CCCABABsp2sp中心碳原子兩個中心碳原子兩個 鍵平面正鍵平面正 交交, 兩端碳原子上四個基團，兩端碳原子上四個基團， 兩兩處于互為垂直的平面上。兩兩處于互為垂直的平面上。 當當AB B ，分子有手性。分子有手性。C=C=CClHClH（有手性）類似物類似物：HHCH3ClHCOOHHHOOC無無 有有第77頁/共83頁2. 聯(lián)苯型分子聯(lián)苯型分子苯環(huán)間碳碳苯環(huán)間碳碳 鍵旋轉受阻，產(chǎn)生位阻構象異構。鍵旋轉受阻，產(chǎn)生位阻構象異構。HH當同一環(huán)上鄰位有不對稱取代時（取代基或原子體積較大）當同一環(huán)上鄰位有不對稱取代時（取代基或原子體積較大）, 整個分子無對稱面、無對稱中心整個分子無對稱面、