第三章 立体化学基础
（什么是立体化学？） 第一节 手性 第二节 旋光性 第三节 含一个手性碳原子的化合物的对映异构 第四节 含两个手性碳原子的化合物的对映异构 第五节 外消旋体的拆分 第六节 二取代环烷烃的构型和构象
构 造
异异 构构 现 象立
体 异 构
碳架异构
官能团位置异构 官能团异构
分子中原子的成键顺序不同 (分子式相同，构造式不同)
Br
C2H5
H
同一化合物
（2）投影式不离开纸平面旋转180º或其整 数倍，构型不变；若旋转90º或其奇数倍，则 构型改变，转变为它的对映异构体。
CH3 H Br
C2H5
旋转180°
C2H5
Br H
CH3
同一化合物
H
旋转90° C2H5
CH3 对映异构体
Br
（3）若固定投影式的一个基团不动，其余三个 基团按顺时针或逆时针方向旋转，构型保持不变。
习惯上:
①把主碳链放在竖线上. ②编号较小的基团放在上端.
Fischer 投影式的特征：
（1）与手性碳相连பைடு நூலகம்任意两个原子或基团， 经偶数次互换，其构型保持不变；若经奇数次 互换，构型则发生改变，转变成它的对映体。
H
CH3 Br
基团互换
C2H5
1次
CH3 H C2H5
Br
基团互换 2次
对映异构体
CH3
一、平面偏振光和旋光性
光是一种电磁波，它振动着前进，
振动方向垂直于前进方向。普通光
在所有可能的平面上振动。
普通光
如果使单色光通过Nicol 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振动的 光就是平面偏振光。
平面偏振光
OH
CH3C*H*CH*CHCH2CH3
Cl Cl Cl
除手性碳外，还有手性氮、磷、硫原子等，
它们统称为手性中心或不对称原子。
非手性碳原子：
连有两个或两个以上相同基团的碳原子.
H
Cl
C H
F
turn 180°
H
C Cl
H
F
turn 180°
非手性分子：与其镜像能重合
三、分子的对称性和手性
（一）对称因素： 1. 对称面（σ）
H
D C CH3 Cl
对映异构体：
互为镜像，但不能相互重合的一对构 型不同的化合物互称为对映异构体.
Br
Cl
Br
H C Cl turn 180°Br C H Cl C H
F
F
F
实物
不重合 镜像
手性碳原子：
与四个不同的原子或基团相连的碳原子为手 性碳原子，或不对称碳原子，用C*表示。
* CH3CHCH2CH3
构型异构
立体异构
对映异构
第一节 手 性
一、实物和镜像 二、手性和手性分子 分子中的一个碳原子与四个不同的原子或基团相连时， 这个分子在空间有两种不同排列，即两种构型.这两种 不同构型的分子相互不能重叠,像人的两只手.
CH3 C HCH2CH3 2-丁醇
OH
手性分子：与其镜像不能重合
H
CH3 C D Cl
Fischer发现了苯肼与糖生成 脎的反应。他对于糖化学、核酸 蛋白质结构以及酶的反应等都作 出了很大贡献。
Fischer投影式 规定:
CH3 HO H
C2H5
CH3 H OH
C2H5
①手性碳放在平面上，用横竖线交叉点表示.
②横线上的基团表示伸向前方（朝向观察者）. ③竖线上的基团表示伸向后方（远离观察者）.
在一定条件下,某物质的旋光度为一常数,称为比 旋光度，用 [α] 来λt表示。
α: 测得的旋光度
[α]t
λ
=
α l ×c
c : 质量浓度，g/ml l : 盛液管的长度，dm t : 测定时的温度
λ: 光源的波长
例如： D-(+)-葡萄糖：[α] 20= + 52.5º（水）
D
氯霉素：[α] 25= + 17º~20.2º（无水乙醇） D [α] 25= - 25.5º（乙酸乙酯） D
二、旋光仪
旋光仪示意图
在盛液管中放入旋光性物质后，偏振光将 发生偏转。能使偏振光向右旋转的，称为右旋 化合物，用(+)或(d)表示； 能使偏振光向左旋 转的，称为左旋化合物，用(-)或(l)表示。
三、比旋光度
旋光性物质使平面偏振光旋转的角度称为旋 光度,用α表示.
物质旋光度α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、所用的溶剂等有关.
传播方向
普通光线 起偏振器 平面偏振光
当平面偏振光通过一些物质，如水、乙醇等，这些 物质对偏振光的振动平面不发生任何影响，而有些物 质，如葡萄糖、酒石酸等能使通过的平面偏振光振动 平面旋转一定的角度。这种能使平面偏振光振动平面 旋转的性质称为光学活性或旋光性。具有旋光性的物 质称为旋光性物质或光学活性物质。
互变异构
构象异构 构型异构
顺反异构 对映异构
分子中原子的成键 顺序相同，但在空 间排列方式不同
(分子式、构造式相 同，构型式不同)
区别 围绕C-C单键旋转能相互转化的是构象异构, 不能相互转化的是构型异构.
立体异构（stereoisomerism）
分子构造相同，但原子在三维空间 排列不同而产生的异构。
平面型分子如乙烯、苯等，分子所在平面就是对称面。
2. 对称中心（i）
H
H3C
H
H
F Cl HH HH Cl F
H H CH3 H
结论：
对称面和对称中心都没有的分子是手性分子. 具有对称面或对称中心的分子是非手性分子.
CH3 CH CH3 Cl
非手性分子
CH3 C*H CH2CH3 Cl
手性分子
第二节 旋光性
（1）透视式
HO H3C C C2H5
H
2-丁醇的球棒模型
OH
C2H5
C CH3
H
四面体式
CH3
CH3
HO
HH
OH
C2H5
C2H5
（2）费歇尔(Fischer)投影式
即用简单的平面结构来表达 三维结构的方法
Hermann Emil
Fischer
1852- 1919 德国柏林大学
做为他那个时代的最伟大的有 机化学家， Fischer 获得了 1902年的 Nobel化学奖。以表 彰他对于糖化学和嘌呤化学的贡 献。
四、分子的手性与旋光性之间的关系 手性分子均具有旋光性， 非手性分子均不具有旋光性。
第三节 含一个手性碳原子的化合物的对映异构
含有一个手性碳原子的化合物，一定具有手性， 具有旋光性。其实物和镜像不能重合，彼此互为 对映异构体。
一、对映异构体的表示方法
有机化合物是立体的，在一个二维的平面上去 表示一个三维的分子，最好的方法当然是用画画 的方式，但这是相当麻烦的。为既简洁又准确地 表示有机物分子中各原子的立体关系，有许多方 法被提出。