《立体化学光学异构》课件

立体化学光学异构本课程将介绍立体化学中的基本概念，并重点讲解光学异构体的性质和识别方法内容大纲光学异构体简介光学异构体的概念镜像关系手性中心手性和镜像异构的关系光学活性化合物的表示旋光性光学纯度分子间的光学异构分子内的光学异构光学异构体的分离方法手性合成光学活性化合物的重要性光学异构体简介光学异构体是指具有相同的化学式和结构式，但在空间排列上不同的化合物它们如同左右手一样，互为镜像，但无法完全重叠由于其结构的特殊性，光学异构体在许多领域中都具有重要的应用价值，例如药物开发、食品科学和材料科学光学异构体的概念非对映异构体对映异构体非对映异构体是立体异构体，它们不是彼此的镜像对映异构体是立体异构体，它们是彼此的镜像，但不能通过旋转或平移重合镜像关系镜像异构体立体异构体镜像异构体是互为镜像但不可重叠的两种立体异构体，就像左手立体异构体是具有相同化学式和连接方式，但空间排列不同的分和右手子手性中心定义关键特征影响手性中心是具有四个不同取代基的碳手性中心的存在会导致化合物产生非手性中心的存在会影响化合物的物理原子对映异构体和化学性质四面体手性中心碳原子四个不同的基团四面体手性中心通常是碳原子，但其该碳原子必须连接到四个不同的基团他原子也可以作为手性中心或原子平面手性中心定义例子当一个分子中存在一个平面，并且该平面两侧的原子或基团不相一些常见的有机化合物，如联苯、萘和蒽，都可能具有平面手性同，那么该分子就具有平面手性中心中心轴手性中心定义特征当一个分子绕着一个轴旋转时轴手性中心通常存在于具有对，其镜像不能与其重合，则该称轴的分子中，例如联萘衍生轴称为轴手性中心物例子联萘，其两个萘环通过一个单键连接，该单键是轴手性中心手性和镜像异构的关系手性1物体与其镜像无法重合镜像异构2分子与其镜像无法重合关系3手性是镜像异构的必要条件所有手性分子都是镜像异构体，但并非所有镜像异构体都是手性分子光学活性化合物的表示Fischer投影式Cahn-Ingold-Prelog系统一种用于表示手性分子的二维投影式一种用于描述立体异构体构型的系统，将手性中心放在交叉点，用水平线，根据原子序数分配优先级，并使用表示指向纸面的键，用垂直线表示指R/S命名法表示立体异构体向纸背面的键方便比较立体异构体的相对构型投影式FischerFischer投影式是一种用来表示手性分子的二维图形表示方法它由德国化学家Emil Fischer在19世纪末提出这种投影式使用交叉线来表示手性中心，垂直线代表碳链，水平线代表连接在手性中心的基团在Fischer投影式中，手性中心的四个基团都以垂直线和水平线来表示，其中垂直线代表碳链，水平线代表连接在手性中心的基团系统Cahn-Ingold-Prelog优先级规则手性中心的判定R/S构型原子序数越大，优先级越高例如，碘I根据优先级规则，判断手性中心连接的四根据优先级规则，确定手性中心的构型是R优先于溴Br，溴优先于氯Cl个基团的排列顺序，确定手性中心的构型还是S投影式的应用Fischer立体异构体的识别1确定分子构型，区分对映异构体和非对映异构体反应产物的预测2预测反应过程中的立体化学变化，分析反应产物的构型光学活性的判断3通过观察Fischer投影式，判断分子是否具有旋光性旋光性定义手性是指某些物质将平面偏振光旋转旋光性是手性分子特有的性质，的能力非手性分子不会表现出旋光性方向旋光方向可以是顺时针（右旋）或逆时针（左旋），由物质的结构决定旋光性的定义光的偏振旋光度的方向当平面偏振光通过含有手性化如果偏振平面向右旋转，则化合物的溶液时，光的偏振平面合物为右旋，用“+”表示；如果会发生旋转，这种现象称为旋偏振平面向左旋转，则化合物光性为左旋，用“−”表示旋光度的影响因素旋光度的大小取决于化合物的结构、浓度、溶剂、温度和光的波长等因素旋光度测量旋光度测量是利用旋光仪测定光学活性物质对偏振光的旋转角度旋光性在实际中的应用药物研发食品分析确定药物的纯度和构型检测食品中的糖类和氨基酸材料科学分析聚合物和晶体的结构光学纯度定义计算光学纯度指的是样品中一种对映光学纯度可以通过旋光度测定，异构体的含量占对映异构体总量并利用旋光度与光学异构体浓度的百分比之间的关系计算得出重要性光学纯度对于药物等手性化合物的效用至关重要，因为它直接影响药物的疗效和安全性光学纯度的定义光学纯度纯对映异构体是指某一种对映异构体在混合物中所占的比例光学纯度为100%，也就是混合物中只含有其中一种对映异构体光学纯度的测定方法旋光仪法1利用旋光仪测量样品的旋光度，并根据旋光度和比旋光度计算光学纯度核磁共振法2利用核磁共振谱分析样品的特征信号，根据信号强度和峰面积计算光学纯度手性色谱法3利用手性色谱柱分离不同对映异构体，根据峰面积计算光学纯度分子间的光学异构定义例子当两个分子具有相同的分子式和连接方式，但它们的立体结构是例如，乳酸具有两种分子间的光学异构体，它们具有相同的分子彼此的非镜像异构体时，它们被称为分子间的光学异构体式和连接方式，但它们的立体结构是彼此的非镜像异构体分子内的光学异构环状分子手性轴手性面环状分子中，由于环的存在，可能会出现具有手性轴的分子也可能存在光学异构体某些具有手性面的分子也会表现出光学活手性中心性光学异构体的分离方法手性色谱法重结晶法通过使用手性固定相分离不同的光学利用光学异构体在溶剂中的溶解度差异构体异进行分离化学法利用光学异构体与手性试剂反应生成非对映异构体，再通过分离非对映异构体获得纯的光学异构体手性合成不对称催化手性试剂手性辅助剂使用手性催化剂来控制反应的立体化使用手性试剂作为起始原料，在合成手性辅助剂在合成过程中临时引入，学中引入手性中心用于控制立体化学，然后移除手性合成的策略不对称催化手性试剂拆分法利用手性催化剂控制反应的立体选择性，使用已知手性的试剂，通过反应引入手性将外消旋体与手性试剂反应，生成非对映生成所需的立体异构体中心，构建所需的手性分子异构体，再分离得到所需的立体异构体光学活性化合物的重要性药物开发食品和香料工业农业123许多药物都是手性分子，只有特定手性分子在食品和香料工业中扮演手性农药和除草剂能够更有效地控的对映异构体具有治疗效果，而另着重要角色，例如甜味剂、香精和制害虫和杂草，同时减少对环境的一个对映异构体可能无效或甚至有香料影响害结语本讲座回顾了立体化学中光学异构体的基本概念和相关知识，从光学异构体的概念、手性中心到光学活性化合物的表示，并探讨了光学异构体的分离方法和手性合成最后，我们强调了光学活性化合物在医药、化工、农业等领域的重要性相关参考文献有机化学有机化学立体化学Paula YurkanisBruice KennethL.Williamson ErnestL.Eliel。