顺反异构和对映异构课件.ppt

1、顺反异构和对顺反异构和对映异构映异构同分异构现象同分异构现象构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构位置异构位置异构官能团异构官能团异构构型异构构型异构构象异构构象异构顺反异构顺反异构(几何异构几何异构)对映异构对映异构构型异构构型异构 构造构造异构：分子组成相同而原子异构：分子组成相同而原子(或或原子原子团团)相互连接方式和顺序不同。相互连接方式和顺序不同。立体异构：分子中原子立体异构：分子中原子(或原子团或原子团)在空间排列在空间排列方式不同。方式不同。顺反异构顺反异构一、含一、含C=C化合物的顺反异构化合物的顺反异构 1.产生顺反异构体的原因和条件产生顺反异构体的原因和条件 (1

2、)分子内存在着阻碍自由旋转的因素：分子内存在着阻碍自由旋转的因素：如如 C=C，脂环，脂环；2、每个双键碳原子上所连接的两个原子、每个双键碳原子上所连接的两个原子或基团必须不相同，如：或基团必须不相同，如：C=Cafdba bd f2.2.顺反异构体的命名顺反异构体的命名(1)(1)顺顺/反命名法反命名法(四个原子或基团中有两个相同四个原子或基团中有两个相同)顺式（顺式（ciscis-）反式（反式（trans-trans-）C=CHHCH3ClC=CC=CHCH2HCH3 CH3H HC CBrHBrH顺顺-1,2-二溴乙烯二溴乙烯顺，顺顺，顺-2，5-庚二烯庚二烯反反-1-氯丙烯氯丙烯C=C

3、C=CHHHCH3C2H5HC=CC=CHHHHC2H5CH3反，顺反，顺-2,4-庚二烯庚二烯如何命名？如何命名？C CHClBrCH3顺，反顺，反-2,4-庚二烯庚二烯(2)构型的构型的Z/E命名法命名法 首先确定每个双键碳上所连的两个原子或首先确定每个双键碳上所连的两个原子或基团的优先顺序基团的优先顺序 如果如果ab,df，则以下两式的构型为，则以下两式的构型为C=CafdbZ-型型C=CadfbE-型型 即把两个优先基团在双键同侧的定即把两个优先基团在双键同侧的定为为Z型，在不同一侧的定为型，在不同一侧的定为E型。型。与与C=C相连的第一个原子的原子序相连的第一个原子的原子序数由大到小

4、排列，大者为数由大到小排列，大者为“优先优先”基团；基团；按此规定，在取代基团按此规定，在取代基团-CH3、-H、-Br、-OH、-NH2之中，先后次序应为：之中，先后次序应为：-Br-OH-NH2-CH3-H 若第若第1个原子相同，比较第个原子相同，比较第2个原子。个原子。例：例：-CH2CH3 -CH3又如又如-CH(CH3)2与与CH2CH3相比较，第一相比较，第一原子都是碳，与第一原子相连的原子。前原子都是碳，与第一原子相连的原子。前者为者为 C、C、H，后者为，后者为C、H、H，前者多，前者多一个碳，所以一个碳，所以-CH(CH3)2优先于优先于-CH2CH3。CH3CCH3CH3优

5、先于优先于CH3CHCH3 叔丁基叔丁基C(C、C、C)，异丙基，异丙基C(C、C、H)优先于优先于CH2CH2CH CH3CH3CH2CH2CH2CH3-C(CHH),C(CHH),C(CCH)-C(CHH),C(CHH),C(CHH)与与C=C相连的相连的取代基团为不饱和基取代基团为不饱和基团时，应把双键或叁键原子看作是它以单团时，应把双键或叁键原子看作是它以单键和多个原子相连接。键和多个原子相连接。CH2CH相当于相当于CH CH2CCCCH相当于CCCCCCHCN相当于相当于CNNNCCCCH相当于相当于CCCCCCHCH2CHCCCH2CH3CH3CH2CH3Z型型-I-Br-Cl-

6、SO3H-F-OCOR-OR-OH-NO2-CCl3-CHC12-COCl-CH2Cl-COOR-COOH-CONH2-CHO-C6H5-CHR2-CH2R-CH3-D-H CH3CCCH2CH3HHE型型C=CClHCH3Br(E)-1-氯氯-2-溴丙烯溴丙烯C=CHCH2CH3CH3Cl（Z)-2-氯氯-2-戊烯戊烯C2H5C=CCH2CH2CH3CH(CH3)2CH3(Z)-3-甲基甲基-4-异丙基异丙基-3-庚烯庚烯 若化合物中含有两个以上能产生顺反异若化合物中含有两个以上能产生顺反异构的双键时，每个双键的构型均须标出，并对构的双键时，每个双键的构型均须标出，并对双键位置编号，写在构型

7、符号前面。双键位置编号，写在构型符号前面。HHC=CC=CHC6H5CH3H(1Z，3Z)-1-苯基苯基-1，3-戊二烯戊二烯 Z-E构型命名法和顺反构型命名法是表示构型命名法和顺反构型命名法是表示构型的两种不同方法。构型的两种不同方法。Z-E构型命名法适用于构型命名法适用于所有具有顺反异构的烯烃命名。目前所有具有顺反异构的烯烃命名。目前Z-E构型构型命名法和顺反构型命名法同时并用，这两种命命名法和顺反构型命名法同时并用，这两种命名法所使用的规则不同，但它们之间也没有必名法所使用的规则不同，但它们之间也没有必然的联系。顺式构型不一定是然的联系。顺式构型不一定是Z构型；反式构构型；反式构型也不一

8、定是型也不一定是E构型。构型。C CCH3HH3CClC CHCH3H3CCl顺-2-氯-2-丁烯反-2-氯-2-丁烯(E)-2-氯-2-丁烯(Z)-2-氯-2-丁烯C=CC=CHCH3CH3COOHHCH3CH3COOH2_丁烯酸顺_反_ _2甲基2_丁烯酸_ _2甲基(E)2_丁烯酸_ _2甲基2_丁烯酸_ _2甲基(Z)C=CC=CC=CC=CHHC6H5HHCH3HC6H5HHHCH31_1,3_苯基_戊二烯顺,顺_(1Z,3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_1_1,3_苯基_戊二烯反,顺_(1E,3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_二二.脂环化合物的顺反异构脂环化合物的顺反异构1、产生顺反异

9、构的原因：环上的碳原子不、产生顺反异构的原因：环上的碳原子不能自由旋转；能自由旋转；2、产生顺反异构的条件：环上至少有两个、产生顺反异构的条件：环上至少有两个碳原子所连的两个原子或原子团不相同。碳原子所连的两个原子或原子团不相同。3、命名：脂环化合物顺反异构体用顺、命名：脂环化合物顺反异构体用顺/反反命名法命名命名法命名(不用不用Z/E命名法命名命名法命名)HClHClClHHCl顺顺-1,2-1,2-二氯环丙烷二氯环丙烷 反反-1,2-1,2-二氯环丙烷二氯环丙烷 ClHHCH3ClHHCH3顺顺-1-甲基甲基-3-氯环己烷氯环己烷 反反-1-甲基甲基-3-氯环己烷氯环己烷 对映异构对映异构

10、 彼此不能重合，并且互为镜象关系的异构体，彼此不能重合，并且互为镜象关系的异构体，称为对映异构体。称为对映异构体。对映异构体能使平面偏振光的振动面发生对映异构体能使平面偏振光的振动面发生旋转，故对映异构又称旋光异构或光学异构。旋转，故对映异构又称旋光异构或光学异构。例如：乳酸例如：乳酸CH3CHCOOHOH 平面偏振光平面偏振光 普通光在所有可能的平面普通光在所有可能的平面上振动上振动。普通光普通光 如果使单色光通过如果使单色光通过尼可尔尼可尔(Nicol)棱镜，只有同棱镜晶轴平行的平面棱镜，只有同棱镜晶轴平行的平面上振动的光线才可以通过棱镜，因上振动的光线才可以通过棱镜，因此通过这种棱镜的光

11、线就只在一个此通过这种棱镜的光线就只在一个平面上振动，这种只在一个平面上平面上振动，这种只在一个平面上振动振动的光就是平面偏振光的光就是平面偏振光。平面偏振光平面偏振光 旋光仪旋光仪旋光仪示意图旋光仪示意图 在盛液管中放入旋光性物质后，偏振光将发生在盛液管中放入旋光性物质后，偏振光将发生偏转。能使偏振光向右旋转的，称为右旋化合物，偏转。能使偏振光向右旋转的，称为右旋化合物，用用(+)表示表示；能使偏振光向左旋转的，称为左旋化合能使偏振光向左旋转的，称为左旋化合物物，用，用(-)表示表示。旋光性物质使偏振光旋转的角度称为旋光旋光性物质使偏振光旋转的角度称为旋光度度,用用表示表示.物质旋光度物质旋

12、光度的大小与盛液管的长度、溶的大小与盛液管的长度、溶液的浓度、光源的波长、测定时的温度、所液的浓度、光源的波长、测定时的温度、所用的溶剂的有关。用的溶剂的有关。旋光度旋光度手性分子手性分子 化合物分子中的一个碳原子与四个不同的原子相化合物分子中的一个碳原子与四个不同的原子相连时，这个化合物在空间有两种不同排列，即两种连时，这个化合物在空间有两种不同排列，即两种构型构型.这两种不同构型的化合物相互不能重叠这两种不同构型的化合物相互不能重叠,像人像人的两只手的两只手.2-2-丁醇丁醇 手性碳原子手性碳原子 与四个不同的原子或集团相连的碳原子为手与四个不同的原子或集团相连的碳原子为手性原子，或不对称

13、碳原子，用性原子，或不对称碳原子，用C*表示。表示。CH3CHCH2CH3OH*CH3CHCHCHCH2CH3*Cl Cl Cl*对称性对称性 C3CHHHClCCHH3CHCH3C2CH3H3CC2CH3H3CC2Cn的对称操作是旋转。的对称操作是旋转。对称轴对称轴(Cn)CH3HHHCH3HCH3HHHHCH3对称面：有一个平面它可以把分子分割成互为镜有一个平面它可以把分子分割成互为镜像的两半，这个平面就叫对称面。像的两半，这个平面就叫对称面。CCHClHClCOHHHCH3对称中心：在分子中取一点，画通过该点的对称中心：在分子中取一点，画通过该点的任一直线，若在此直线两端有等距离的相同任

14、一直线，若在此直线两端有等距离的相同原子或原子团，则该点即为该分子的对称中原子或原子团，则该点即为该分子的对称中心。心。对称中心COOHCH3CH3COOHHHHH 对映异构的判断对映异构的判断分子中没有对称面，也没有对称中心。分子中没有对称面，也没有对称中心。CH CH2CH3CH3ClCH CH3CH3Cl非手性分子非手性分子手性分子手性分子*COHHHCH3三、具有一个手性中心的对映异构构型的表示三、具有一个手性中心的对映异构构型的表示方法方法 1、费歇尔、费歇尔(Fischer)投影式投影式2-丁醇的球棒模型丁醇的球棒模型四面体式四面体式CH3HOC2H5HCH3HC2H5OH 用平面

15、形式表示具有手性碳原子分子的立用平面形式表示具有手性碳原子分子的立体模型的式子为体模型的式子为FischerFischer投影式。投影式。FischerFischer投影式投影式OHHCH3C2H5HOHCH3C2H5规定规定:(1)手性碳放在平面上，用横竖线交点表示。手性碳放在平面上，用横竖线交点表示。(2)横的表示伸向前方。横的表示伸向前方。(3)竖的表示伸向后方。竖的表示伸向后方。习惯上习惯上:(1)把含碳原子的基把含碳原子的基(主碳链主碳链)放在竖键的方向。放在竖键的方向。(2)编号较小的放在上端编号较小的放在上端。注意：为了保持投影式的构型不改变，必须注意：为了保持投影式的构型不改变

16、，必须遵守以下规定：遵守以下规定：1.1.FischerFischer投影式只能在纸面上旋转投影式只能在纸面上旋转1801800 0，而不是而不是90900 0或或2702700 0 2.2.投影式不能离开纸面翻转。投影式不能离开纸面翻转。3.3.手性碳原子所连原子或基因，可以两两手性碳原子所连原子或基因，可以两两交换偶数次，而不能奇数次。交换偶数次，而不能奇数次。CH3COOHH2NH=HCOOHH3CNH2=NH2COOHHCH3=CH3NH2HCOOH透视式透视式 透视式是将手性碳原子置于纸平面，透视式是将手性碳原子置于纸平面，与手性碳原子相连的四个键，有三种不同的与手性碳原子相连的四个

17、键，有三种不同的表示法：用细实线表示处于纸平面，用楔形表示法：用细实线表示处于纸平面，用楔形实线表示伸向纸面前方，用楔形虚线表示伸实线表示伸向纸面前方，用楔形虚线表示伸向纸面后方。例如，乳酸分子的一对对映体向纸面后方。例如，乳酸分子的一对对映体可表示如下：可表示如下：OHCOOHCHCH3COOHCHH3CHO含一个手性碳原子的化合物的对映异构含一个手性碳原子的化合物的对映异构 含一个手性碳原子的化合物有一对对映含一个手性碳原子的化合物有一对对映体，对映体的旋光度大小相等，方向相反。体，对映体的旋光度大小相等，方向相反。如：如：2-2-羟基丙酸羟基丙酸(乳酸乳酸)的的FischerFische

18、r投影式：投影式：HOHCOOHCH3CH3HOCOOHH (+)-乳酸乳酸 (-)-乳酸乳酸 D20+3.8o D20-3.8o 对映体的构型及命名对映体的构型及命名1.构型的构型的D/L命名法（相对命名法）命名法（相对命名法）人为地规定人为地规定(+)-甘油醛的构型为甘油醛的构型为“D”型，而其它化型，而其它化合物则以它为标准来确定构型：合物则以它为标准来确定构型：HOHCHOCH2OHHOHCHOCH2OH D-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛其它的旋光性化合物可与甘油醛相联系而其它的旋光性化合物可与甘油醛相联系而确定其构型。例如：确定其构型。例如：CH3COOHOHHCH

19、3COOHHHO D-（-）-乳酸乳酸 L-（）（）-乳酸乳酸 这里的这里的D、L表示构型，（）、表示构型，（）、（-）表示旋光方向，旋光性物质的构）表示旋光方向，旋光性物质的构型与族光方向之间没有对应关系。型与族光方向之间没有对应关系。D-型的旋光性物质中有右旋体。也有左型的旋光性物质中有右旋体。也有左旋体，旋体，L-型也是如此。如型也是如此。如D-甘油醛是甘油醛是右旋体，而右旋体，而D-乳酸则是左旋体。在一乳酸则是左旋体。在一对对映体中，若对对映体中，若D-型是右旋体，其对型是右旋体，其对映体映体L-型必然是左旋体；反之亦然。型必然是左旋体；反之亦然。R、S标记法的规则标记法的规则 按照次

20、序规则，将手性碳原子上的四个原按照次序规则，将手性碳原子上的四个原子或原子团按先后次序排列，较优的原子或原子子或原子团按先后次序排列，较优的原子或原子团排在前面。团排在前面。将排在最后的原子或原子团放在离眼睛最将排在最后的原子或原子团放在离眼睛最远的位置，其余三个原子或原子团放在离眼睛最远的位置，其余三个原子或原子团放在离眼睛最近的平面上。近的平面上。按先后次序观察其余三个原子或原子团的按先后次序观察其余三个原子或原子团的排列走向，若为顺时针排列，叫做排列走向，若为顺时针排列，叫做R-构型；若为构型；若为逆时针排列，叫做逆时针排列，叫做S-构型构型。R、S标记法标记法眼睛的位置眼睛的位置 Cl

21、CHCH3C2H5Cl C2H5 CH3为顺为顺 时针排列时针排列 R2氯丁烷氯丁烷 ClCHC2H5CH3眼睛的位置眼睛的位置Cl C2H5 CH3为为逆时针排列逆时针排列 S2氯丁烷氯丁烷 COOHCH3OHHHOCOOHCH3H从右后方观察从右后方观察 从左后方观察从左后方观察 OH COOH CH3为顺时针排列为顺时针排列 R R乳酸乳酸 S乳酸乳酸OH COOH CH3为逆时针排列为逆时针排列(S)2甲基丁酸甲基丁酸CCH3HCOOHCH3CH2(R)2甲基丁酸甲基丁酸任意调换两个基团，构型相反任意调换两个基团，构型相反COOHHCH3CCH3CH2 对费歇尔投影式，如果最小基团排在

22、竖键上时，对费歇尔投影式，如果最小基团排在竖键上时，其他三个基团在纸面上若为顺时针方向排列，则为其他三个基团在纸面上若为顺时针方向排列，则为R构型；若为逆时针方向排列，则为构型；若为逆时针方向排列，则为S构型；如果最小构型；如果最小基团排在横键上时，其他三个基团在纸面上若为顺时基团排在横键上时，其他三个基团在纸面上若为顺时针方向排列，则为针方向排列，则为S构型；若为逆时针方向排列，则构型；若为逆时针方向排列，则为为R构型。构型。C2H5HClCHOCHOClHC2H5R-2-氯丁醛氯丁醛C2H5HClCHOS-2-氯丁醛氯丁醛R-2-2-氯丁醛氯丁醛HCH3ClBrBrHCH3ClClCH3B

23、rHCH3BrHClS-S-构型构型S-S-构型构型 R-构型构型 R-构型构型下列投影式各属于什么构型下列投影式各属于什么构型含含2个手性碳原子化合物的对映异构个手性碳原子化合物的对映异构1.含含2个不相同手性碳原子化合物的对映个不相同手性碳原子化合物的对映异构。异构。2-羟基羟基-3-氯丁二酸氯丁二酸(氯代苹果酸氯代苹果酸)HOOCCH CHOHCOOHCl*分子中含有一个以上的分子中含有一个以上的 C，以，以R/S逐一命逐一命名，并将名，并将 C编号写在构型前面。编号写在构型前面。COOH H Cl H OH COOH2C：2R(2R，3R)-氯羟丁二酸氯羟丁二酸3C：3RHCOOHOH

24、COOHClHHOCOOHHCOOHHClHCOOHOHCOOHHClHOCOOHHCOOHClH(2S，3R)(2R，3S)(2S，3S)(2R，3R)在上述在上述 4个异构体中，个异构体中，I和和、和和 IV分分别组成两对对映体。别组成两对对映体。和和 或或、和和或或不呈实物与镜象关系，为非对映体。不呈实物与镜象关系，为非对映体。从以上讨论可知，分子中存在从以上讨论可知，分子中存在1个手性碳原子，具有个手性碳原子，具有2个对映体；含个对映体；含2个不相同的手性碳原子，存在个不相同的手性碳原子，存在4个对映个对映体。分子中每增加体。分子中每增加1个手性碳将产生一个手性碳将产生一对对映体。因此

25、对于含有对对映体。因此对于含有n个不同手性个不同手性碳原子的分子，最多存在碳原子的分子，最多存在2n个对映体。个对映体。2.含含2个相同手性碳原子化合物的对映异构个相同手性碳原子化合物的对映异构HOOCCH CHOHCOOHOH*（2R，3S）（2S，3R）HCOOHOHCOOHHOHHOCOOHHCOOHHOHHCOOHOHCOOHHOHHOCOOHHCOOHHOH 从上面的从上面的4个式子可看出，个式子可看出，I与与为对映体，为对映体，和和似乎也是对映体，似乎也是对映体，但如将但如将在纸面上旋转在纸面上旋转 180，则与，则与完全重合，因此完全重合，因此和和IV代表同一化代表同一化合物。合

26、物。式中存在式中存在1个对称面，对称面的上下两个对称面，对称面的上下两部分互为实物与镜象关系，这两部分所部分互为实物与镜象关系，这两部分所引起的旋光方向相反，旋光度相等，旋引起的旋光方向相反，旋光度相等，旋光性在分子内部抵消，故无旋光性。这光性在分子内部抵消，故无旋光性。这种非旋光性异构体称为种非旋光性异构体称为内消旋体内消旋体。外消旋体外消旋体(由等量的对映体相混合由等量的对映体相混合)和内消旋体都无旋光性。但两者有本质的和内消旋体都无旋光性。但两者有本质的不同。内消旋体是化合物，是对映异构体不同。内消旋体是化合物，是对映异构体的一种。外消旋体是混合物，不是对映异的一种。外消旋体是混合物，不

27、是对映异构体，而且可用适当的方法进行拆分，分构体，而且可用适当的方法进行拆分，分别得到具有旋光性的右旋体和左旋体。别得到具有旋光性的右旋体和左旋体。含有两个相同手性碳原子的化合物有含有两个相同手性碳原子的化合物有三个旋光异构体，其中有一对对映体，一三个旋光异构体，其中有一对对映体，一个是内消旋体。个是内消旋体。例例1、异戊烷进行自由基氯化后，小心的分馏、异戊烷进行自由基氯化后，小心的分馏所得到的产物。所得到的产物。(1)预计将得到多少个分子式为预计将得到多少个分子式为C5H11Cl的馏的馏分？试写出这些馏分化合物的构造式。分？试写出这些馏分化合物的构造式。(2)其中有光学活性其中有光学活性(有

28、旋光有旋光)的馏分吗？的馏分吗？(3)无旋光性的馏分是外消旋体，内消旋体，无旋光性的馏分是外消旋体，内消旋体，还是无手性碳原子的化合物？还是无手性碳原子的化合物？(1)将得到四个：将得到四个：HCH2ClCH2CHCH3CH3ClCH2CCH3CH3CH3ClCHCCH3CH3CH3HClCH2CCH3CH3CH2CH2ClH3CHHHCH3CH2ClHHHCH3CH3馏分（1）无旋光性是外消旋体*(2)(3)ClHHCH3CH3H3C馏馏分分（2 2）无无旋旋光光性性分分子子中中无无手手性性碳碳原原子子馏分馏分无旋光性是外消旋体无旋光性是外消旋体馏分馏分无旋光性无旋光性分子中无手性碳原子分子

29、中无手性碳原子HCH3Cl馏馏分分（3 3）无无旋旋光光性性是是外外消消旋旋体体CH(CH3)2HCH3ClCH(CH3)2*HHCH2ClCH3H3C馏分（4）无旋光性分子中无手性碳原子H馏分馏分无旋光性无旋光性分子中无手性碳原子分子中无手性碳原子馏分馏分无旋光性是外消旋体无旋光性是外消旋体命名下列化合物命名下列化合物 (R)-3-溴溴-1-戊烯戊烯 (2)(2)(2S,3R)1，3-二氯二氯-2-甲基戊烷甲基戊烷 BrC2H5HCH2CHClCH2ClCH3C2H5HH(1)(1)CH2ClCH3C2H5HClH(3)(3)(2S,3S)-2-氯氯-3-溴戊烷溴戊烷(4)(4)(2S,3S

30、,4R)-2-氯氯-3，4-二溴已烷二溴已烷 HBrCH3C2H5HClC2H5HCH3ClHHBrBr(4S,2E)-2-氯氯-4-溴溴-2-戊烯戊烯(2R,3R,4S)-4-氯氯-2，3-二溴己烷二溴己烷 BrHCH3ClCH3HCCCC2H5HCH3BrBrHHCl(5)(6)2.(2006年年)下列反应在下列反应在100oC时能顺利进行：时能顺利进行：DHMeHHMeEtH100oCMeEtHHHHDMe+EtMeHHHDHMe2-1 给出两种产物的系统命名。（给出两种产物的系统命名。（4分）分）2-2 这两种产物互为下列哪一种异构体？（这两种产物互为下列哪一种异构体？（1分）分）A 旋光异构体旋光异构体 B 立体异构体立体异构体 C 非对映异构体非对映异构体 D 几何异构体几何异构体（7R，3Z，5Z)-3-甲基甲基-7-氘代氘代-3,5-辛二烯辛二烯（7S，3E，5Z)-3-甲基甲基-7-氘代氘代-3,5-辛二烯辛二烯