二、对映体及其光学活性
[α] = -3.8°
[α] = +3.8°
图 3.1 乳酸分子的两种构型
[α] = 0° 图 3.2 乳酸两种构型不能叠合
◆对映体：互为实物与镜像关系的两个分子互相称为对映体。 ◆对映体的构造相同，但分子的三维空间构型不同。 ◆互为对映体的两个手性分子具有不同的光学活性，它们的光 学活性用旋光度（Optical rotation）来反映 。 ◆旋光度：平面偏振光的偏振面旋转的角度。
exit
COOH H C OH
CH3
COOH HO C H
CH3
内容提要
§3-1 手性分子及其光学活性 一、手性和手性分子 二、对映体及其光学活性 三、旋光度的测定和表示 §3-2 手性分子的判定 一、含一个手性碳原子的化合物 二、旋光异构体构型的表示方法和命名
三、含两个不同手性碳原子的化合物 四、含两个相同手性碳原子的化合物 §3-3 手性分子的构型及其表示 §3-4 含多个手性碳的化合物 §3-5 不含手性碳的手性分子 §3-6 潜手性碳和潜手性面 §3-7 旋光异构体的理化性质 §3-8 外消旋体的拆分 §3-8 天然手性分子的生物活性
Pasteur由晶体的外形联想到酒石酸钠铵 的内部结构，认为物质的旋光活性是由于分子 中原子或基团的排列不对称，即分子有手性的 缘故。并明确指出，结构式相同的两种物质的 旋光活性差异是由于分子中的原子或基团在空 间的排列不同而引起的。
完全重合。
不能相互重合，但互为镜像。 互为镜像的两种构型的分子称为对映异构体。 与其镜像不能重合的分子称为手性分子。
2. 手征性分子
手征性分子 ——与自己的镜像不能重叠的分 子，也称为不对称分子。
1848年，法国科学家Pasteur发现无旋光活性 的酒石酸钠铵晶体是两种晶形的混合物，它们之 间的关系类似于两种石英晶体（Biot），具有手 征性，且互为实物和镜像不能重合。他用镊子将 这两种晶体分开，分别溶于水，二者均有旋光活 性，测得的比旋光度大小相等，方向相反。
1. 偏振光
(1) 偏振光 光波是一种电磁波，它是依靠 振动前进的，其振动方向垂直于前进方向。普 通光是由不同波长的光波组成的。
双箭头表示不同波长的 光可能的振动方向。
普通光振动示意图
但如果使普通光通过由方解石片组成的 Nicol棱镜或由人造偏振片制成的透镜，那么只 有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。这种 通过棱镜后只能在一个平面上振动的光称为平面
普通光和偏振光
2. 旋光活性 (1)旋光活性 使偏振光的偏振面发生旋转的性质。 (2)旋光活性物质 具有旋光性质的物质。
葡萄糖、肌肉运动和糖发酵产生的乳酸等。
(3)无旋光活性物质 对偏振光不发生影响的物质。 水、乙醇和丙酮等。
3. 旋光度 某种旋光性物质使偏振光的偏振面旋转的角
度，用表示 。
4. 右旋体 使偏振光的偏振面向右旋转的物质。 用（+）或（d）表示右旋。
偏振光（简称偏振光，1809年Malus首次发 现）。
平面偏振光振动示意图
(2)起偏镜 产生偏振光的棱镜——起偏镜。 (3)检偏镜 若要使偏振光射在第二个 Nicol棱镜上，只有当第二个棱镜的晶轴于第 一个棱镜的晶轴平行时，偏振光才能完全通 过，我们才能在第二个棱镜之后看到最大亮 度的光。也就是说，第二个棱镜可以检验偏 振光的振动方向——检偏镜。Βιβλιοθήκη [α]λt=α
—— c×l
或 —α—
d×l
C: g/ml l: dm
[α]λt
=
α
—— c×l
或 —α—
d×l
一般情况下，旋光仪所用的光源是
钠光灯，其波长 =589.3nm ,相当于太
阳光谱中的 D 系光线，若测定温度为
20℃ ，则比旋光度表示为 [α]20 。
D
例 葡萄糖水溶液，使偏振光向右旋转，在 如 20℃时用钠光源测其比旋光度为+52.7 °,
1848年，巴斯德指出旋光活性是分子的不对 称结构导致的， 并首次将酒石酸拆分为左旋体和 右旋体。1874年，范德霍夫和勒贝尔据此提出碳 原子四面体构型学说，这是立体化学的基础。正 四面体结构碳原子的存在是生命分子结构不对称 性的基础。关于有机分子结构不对称性的起源及 其在生命过程中的意义，迄今尚无完美的答案。
三、旋光度的测定和表示
普通光 ( 光源 )
尼科尔棱镜 偏振面平面
非旋光性物质 旋光性物质
图3.3 偏振光的形成和旋转
偏振面不变
α
旋光度
偏振面发生旋转
旋光异构现象——偏振光和旋光活性
牛奶发酵 肌肉运动 糖发酵
乳酸 ：C3H6O3 CH3CHCOOH OH
三种不同来源的乳酸，分子式相同，结构 式相同，但某些性质有差异。例如：使偏振光 振动平面旋转的方向不同。
5. 左旋体 使偏振光的偏振面向左旋转的物质。 用（-）或（l）表示左旋。
6. 旋光仪 测定旋光物质大小和旋转方向的仪器。
旋光仪示意图
7. 比旋光度 某物质的旋光度因溶液浓度、盛液管长度、 测定温度、光源波长及溶剂性质不同而变。为 比较各种旋光活性物质旋光性的大小，规定每 毫升含1g旋光性物质的溶液放在1dm长的样品管 中测得的旋光度为该物质的比旋光度，它是旋 光物质特有的物理常数。
表示为： [α]20 = + 52.7°（水）
D
例:
肌肉运动产生的乳酸
[α]=﹢3.8° (﹢)，右旋
糖发酵产生的乳酸
[α]=﹣3.8° (﹣)，左旋
牛奶发酵产生的乳酸
[α]=0°
(±)
？
§3-2 手性分子的判定
一、手性与分子结构之间的关系 1.手征性：实物和镜像不能完全重合的特性。 例1：人的左右手，互为实物与镜像的关系，不能
第三章 立体化学——旋光异构
Optical isomerism
碳链异构
构造异构 官能团异构
同
位置异构
分
互变异构
异
构
构象异构
立体异构 顺反异构（几何异构） 构型 旋光异构（光学异构）
§3-1 手性分子及其光学活性
一、手性和手性分子
手性：指物体和镜像不能完全叠合的性质。 手性物体：手性的本质是不对称性，一个不对称的物体一 定是具有手性的，该物体就称为手性物体。 手性是三维物体的基本属性，手性现象在自然界是普遍存 在的。 手性分子：具有手性的分子称为手性分子（Chiral molecule）或光学活性分子（optical active molecule）。 很多天然分子都是手性分子，如糖、氨基酸、蛋白质、核 酸等。