产生旋光活性碳原子的必要条件

只有一个，碳原子的四个取代基不相同。

凡含有不对称因素的分子，就可能有两种不同的空间位置的异构体。它们性质相似，但旋光方向相反，这种异构体称为旋光异构体，例如乳酸分子中有一个不对称碳原子，就有两种旋光异构体。怎样理解“旋光异构”呢？旋光异构 diyi节 光活性 偏振光 普通光: 有各不同方向振动的光波.(P92 图6-1 ) 尼可尔棱镜:只有与镜轴平行的光才可通过. 偏振光:(通过尼可尔棱镜的光)仅在某一平面上振动的光叫偏振光. 旋光仪:检查偏振光的仪器.(邢其毅 P90) 普通的旋光仪主要部分是一个两端装有电气石棱镜的长管子，，一端的棱镜是固定的，这个棱镜叫起偏器，另一端是一个可以旋转的棱镜，叫检偏器.检偏器和一个刻有180°的圆盘相连.固定棱镜的外端放一个光源，通常是用一个钠光灯.若两个棱镜的轴是平行的，则圆盘的刻度正指零度，光可通过两个棱镜.长管中间可放入一根装满要测定具有光活性物质的玻璃管. 旋光活性物质:可使偏振光旋转的物质称为旋光活性物质. 旋光度:使偏振光振动平面旋转的角度为旋光度.用"α"表示. 右旋:使偏振光振动平面向右旋转称为右旋.用"+"表示. 左旋:使偏振光振动平面向左旋转称为左旋.用"-"表示 旋光度与比旋光度 旋光度:与溶液浓度，盛液管的长度，温度，光波的波长以及溶剂的性质有关. 比旋光度:含有1g溶质的1ml溶液放在长1dm的盛液管中测出的旋光度. [α]tλ=α/c×l [α]tλ:比旋光度 t:测定温度 λ:入射波长， α:旋光度， c:溶液浓度(g·ml-1)， l:盛液管长度(dm) 例如:[α]20D=+3.8°表示在20℃时用钠光灯源，某物质的比旋光度为右旋3.8° 手性及手性化合物 分子的立体形象 分子的形象是分子结构体现的一种表现现象.少数简单的分子具有二维形象，大多数有机分子都具有三维形象，也就是呈现立体的形象.碳原子是一个三维的正四面体结构，当它和四个相同的原子结合时，四个键的键长以及它们之间的夹角都是均等的，为109.5°单当它结合的原子不同时，键角就偏离了这一正常角度.键长，键角的变化可以影响分子的其他性质. 分子的几何形象对于其化学及物理性质的影响，有时是非常惊人的.以碳原子本身来说，它可以彼此结合形成不同的同同素异形体.如无定形碳，石墨，金刚石和近来发现的足球烯，它们的外观分别为黑色粉末至块状，暗灰色片状，无色透明和黄色的晶体.它们的性质也有很大的差别，现已为人们所熟悉. 以前我们所学过的甲烷，乙烯，乙炔它们分子的二维图象和三维图象如下: 可以看出这些分子是对称的.如果把分子中的氢互换位置，分子没有变化. 生活中有许多对称的现象，也有不对称的现象.分别举例……. 手性碳原子 与四个不同原子或基团相连的碳原子称为手性碳原子. 手性分子 手性:实物与其镜像不能重叠的现象，称为手性. 手性分子:若分子与其镜像不能重叠，则此分子为手性分子. 判断一个分子是否为手性分子，主要看它是否具有对称因素，即对称面，对称轴和对称ZX. 例如: 非手性分子 手性分子 手性分子 非手性分子 无旋光活性 有旋光活性 有旋光活性 无旋光活性 无手性碳 有手性碳 有手性碳 有手性碳 含一个手性碳原子的化合物 以乳酸为例: Ⅰ Ⅱ 对映异构体:若两个分子互为镜像关系，称这两个分子为对映异构体.它们的旋光活性正好相反，但旋光度相同. 由模型可的如下的事实: 1.Ⅰ与Ⅱ分别代表四个不相同的基团与一个碳原子相连的一对对映异构体. 2.四个基团不能任意改变位置，任何两基团对换位置后所得分子与原分子的对映异构体相同，而不能得到第三种结构. 等量的混合，旋光性恰好互相抵消，得到外消旋体. 外消旋体:等量的一对对映异构体混合，即得到没有旋光活性的体系，此体系为外消旋体. 费歇尔投影式与构型的表示方法 费歇尔投影式 把手性碳原子放于纸面上，其中两个基团放在横线上，表示指向前方，另两个基团放在竖线上，表示指向后方. 例如: 注意:1.投影式不可离开平面翻转. 2.在平面内旋转90度，即变为其对映异构体，在平面内旋转180度，其构型不变. 费歇尔投影式书写的国际原则:将碳链放于垂直线上.氧化态高的碳原子或主链中diyi号碳原子在上方. 二，D，L构型表示法 费歇尔提出把甘油醛的两种结构分别定义为D，L型，并把其它化合物与之相关连，定义出D，L型. D，L构型表示法中D，L为人为选择的，不能指明实际空间关系，与旋光度和旋光方向无关. D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛 D-(-)-甘油酸 D-(-)-乳酸 三，R，S构型法 R，S构型法规则:把手性碳原子上四个基团中Z小的基团放于离观测者Z远的位置，来观察其他三个基团的顺序，若按顺序规则，三者的排列从Z优基团到次优基团，到Z小基团，若为顺时针，则其构型用R表示;反之，用S表示.例如: (S)-乳酸 (R)-乳酸 特点:R，S构型法，能表示分子的的空间关系，即:看见一个光活异构体的名字，就可写出它的空间构型表达式. 注意:R，S构型与旋光性无内在联系，即R不代表旋光性中的右旋，S构型不代表旋光性中的左旋. 例: R S R R 第四节 多手性碳化合物 含有两个不相同手性碳原子的化合物 例如:2，3-二氯戊烷有以下几种立体异构体. (2S，3S) (2R，3R) (2S，3R) (2R，3S) 1与2为对映异构体，3与4为对映异构体，1与3，4不存在对应关系，3与1，2不存在对应关系，称为非对映异构体. 含有n个不相同手性碳原子的化合物可能有旋光异构体的数目为2n个. 两个相同手性碳原子的化合物 例如:酒石酸有以下几种立体构型: (2R，3R) (2S，3S) (2R，3S) (2S，3R) 1与2为对映异构体，3与4完全相同，原因是分子有对称轴，因此分子没有手性，也就没有旋光活性，但有手性碳原子，这种异构体称为内消旋体. 不含手性碳原子的化合物的旋光异构现象 手性碳不是分子具有手性的必要条件. 丙二烯类: 其中C1，C3为sp3杂化，C2为sp2杂化.C2中为参与杂化的两个p轨道互相垂直，分别与C1，C3中未参与杂化的p轨道配对形成π键.因此C2-C3之间的π键与C2-C1之间的π键互相垂直，而不是平行.下面是几种可能的排列. 其中1，4，5有手性，2，3无手性. 2.联苯类: 由于两个苯环上所连的取代基比较大，使得两个苯环不同一平面内，而是相互垂直，又因为两苯环之间的C-Cσ键受到环上取代基的影响，不能自由旋转.因此就产生了立体异构体.联苯类几种情形: 其中1与1'，3与3'为对映异构体，2与2'，4与4'为相同的化合物. 无手性碳，但有手性，原因是因为空间位阻使σ键不能自由旋转. 第五节 旋光异构体的性质 对映异构体之间性质比较: 旋光方向相反，其他物理性质如:熔点，沸点等相同 化学性质:在非手性环境下相同，在手性环境下，反应速率不同，有时相差比较大. 生物生理性质:生物体立体选择性高.对于生物体，一对对映异构体的作用可能正好相反. 非对映异构体:物理性质不同，化学性质基本相同，但同一反应中，速率不同. 不对称合成 立体选择反应 自由基反应的立体化学 一卤代物 实验事实: 无光活性 上述实验的产物，从理论上来看，分子只有一个手性碳，应该有光活性，但实验结果是无光活性. 解释: 从上面的分析来看，产物为外消旋体，因此无旋光活性. 二元卤代反应 解释: 其中a步骤所得产物的构型为(2S，3R)，为光活性物质.B步骤所得产物的构型为(2S，3S)，为内消旋体，无光活性.因此整个体系所得产物有旋光活性. 不对称合成:立体化学反应中，所得产物的立体异构体不均等其中某一立异构体占优势，称为不对称合成. 二，亲电加成反应的立体化学反应 以加卤素为例: 有两种情况: 顺-2-丁烯的加成反应: 得到一对对映异构体. 2.反-2-丁烯的加成反应: 得到外消旋体. 立体专一反应:由某一立体异构体进行的反应，产物只得到某一种特定的立体异构产物，这一反应称为立体专一反应.