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【化学课件】有机化学习题1
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左旋或右旋——掌性分子的旋光性收藏
左旋?右旋? ——手性分子的旋光性立体异构分子式相同而结构式不同的异构叫做同分异构，同分异构包括构造异构（也称结构异构）和立 体异构。构造异构是指分子中原子或官能团的连接顺序或方式不同而产生的异构，包括碳链异构、官能团异构、位置异构和互变异构。立体异构是指分子中原子或官 能团的连接顺序或方式相同，但在空间的排列方式不同而产生的异构，包括构象异构、顺反异构和旋光异构（也称对映异构）。顺反异构和旋光异构又叫做构型异 构，它与构象异构的区别是：构型异构体的相互转化需要断裂价键，室温下能够分离异构体；而构象异构体的相互转化是通过碳碳单键的旋转来完成的，不必断裂价 键，室温下不能够分离异构体。当在某一平面上振动的偏振光通过某些物质（如水、乙醇、氯仿）时，其振动平面不发生改变，而当通过另一些物质（如乳酸、甘油醛、2-氯丁烷）时，其振动平面会发生旋转。物质的这种能使偏振光的振动平面发生旋转的性质叫做旋光性，具有旋光性的物质叫做旋光性物质，也称光学活性物质。旋光性物质能使偏振光旋转对称性与对称性因素为什么有的物质没有旋光性，而有的物质却有呢？物质的性质是与其结构紧密相关的，所以，物质的旋光性必定是由于其分子的特殊结构引起的。那么，具有怎样结构的分子才具有旋光性呢？实验证明，如果某种分子不能与其镜影完全重叠，这种分子就具有旋光性。分子这种实物与其镜影不能完全重叠的特殊性质叫做分子的手征性，简称手性，就像人的左右手互为实物和镜影的关系，但二者不能完全重叠一样。 左右手互为实物和镜影的关系，但二者不能完全重叠。具 有手性的分子叫做手征性分子，简称手性分子（掌性分子）。要判断一个分子是否具有手性，最直观和最靠得住的方法，是制作该分子的实物和镜影两个模型，观察它们是否能够 完全重叠。但这种方法不太方便，特别是当分子很大很复杂时更是如此。常用的方法是研究分子的对称性，根据分子的对称性来判断其是否具有手性。在有机化学中，一般采用对称面和对称中心这两个对称因素来考察分子的对称性。如果分子中存在对称面或对称中心，这样的分子就没有手性，也不具有旋光性。如果分子中既无对称面，又无对称中心，这样的分子就是手性的，也就具有旋光性。含手性碳原子的化合物的对映体对映体和外消旋体2-氯丁烷分子中含一个手性碳原子，手性碳原子上的四个基团在空间有两种不同的排列方式，即有两种不同的构型。. . 2-氯丁烷的一对”对映体”这两种构型互为实物和镜影的关系，它们不能完全重叠，代表两个不同的异构体。这种互为实物和镜影关系的异构体叫做对映异构体，简称对映体。使偏振光的振动平面向左旋转的为左旋体，记作（－)-2-氯丁烷或l-2-氯丁烷，使偏振光的振动平面向右旋转的为右旋体，记作（＋)-2-氯丁烷或d-2-氯丁烷。当把等量的（－)-2-氯丁烷和（＋)-2-氯丁烷混合后，混合物使偏振光的旋转相互抵消，不显示出旋光性。这种由等量对映体组成的混合物叫做外消旋体，用（±）或”dl“表示，如外消旋2-氯丁烷可记作（±)-2-氯丁烷或dl-2-氯丁烷。由上可知，含一个手性碳原子化合物的分子具有手性，因而具有旋光性。它有两个旋光异构体，一个为左旋体，另一个为右旋体，它们的等量混合物可组成一个外消旋体。小写的 d , l—- 是化合物样品在偏光计（ polarimeter ） 令偏振光（polarized light） 偏右或偏左
而命名。(注意: 是 d 或 l ,只能从实验测定 ,无法从Fisher Projection判断。）d 或 (+) : dextrorotatory右旋 ;l 或 (-) : levorotatory 左旋 。左旋体 ， 右旋体已知2-氯丁烷、乳酸等含一个手性碳原子的化合物有两个旋光异构体，一个为左旋体，一个为右旋体。但左旋体是哪种构型？右旋体又是哪种构型？在早期还没有方法测定时，为避免混淆和研究的需要，人为选择用甘油醛作为参比物，规定在费歇尔投影式中，手性碳原子上的羟基在碳链右侧的为右旋甘油醛，定为D-构型（D：dexter, 拉丁文，右），则它的对映体就是左旋的，定为L-构型（L：laevus，拉丁文，左）。这种方法只是人为定义的,并不能真正确定分子是左旋还是右旋。D－（＋）－甘油醛 . 与. L－（－）－甘油醛规定了甘油醛的构型后，其它旋光性物质的构型就可通过一定的化学转变与甘油醛联系起来。凡可由L-甘油醛转变而成的或是可转变成为L-甘油醛的化合物，其构型必定是L-构型的，凡可由D-甘油醛转变而成的或是可转变成为D-甘油醛的化合物，其构型必定是D-构型的。需要注意的是，在转变的过程中不能涉及到手性碳原子上键的断裂，否则就必须知道转变反应的历程。例如，右旋甘油醛通过下列步骤可转变成为左旋甘油酸和左旋乳酸，因为反应过程中并未涉及手性碳原子上键的断裂，所以生成的左旋甘油酸和左旋乳酸都应是D-构型的。D－（＋）－甘油醛 .与. D－（－）－甘油酸 .与. D－（－）－乳酸其它与甘油醛结构类似的化合物可同甘油醛对照，在费歇尔投影式中，手性碳原子上的两个横键原子或基团中较大的一个在碳链左侧的为L-构型，在右侧的为D-构型。例如：L－2－氯丙醛 . 与. D－2－氯丙醛 .与. L－2－氨基丙酸 .与. D－2－氨基丙酸由于D、L标记法是相对于人为规定的标准物而言的，所以这样标记的构型又叫做相对构型。1951年毕育特（J.M.Bijvoetetal）等人用X－射线衍射法测定了右旋酒石酸铷钾的真实构型（也称绝对构型），发现其真实构型与其相对构型恰好相同。这意味着人为假定的甘油醛的相对构型就是其绝对构型，同时也表明用甘油醛作为参比物确定的其它旋光性物质的相对构型也就是其绝对构型。注意: 大写的D 和L 是用来表示立体化学的，他们是人为定义的；但小写的d和 l 却是由实验结果(用旋光仪)来决定的。有趣的是，Ｄ和 Ｌ 是随意定出的，在还没有旋光仪及根本不知道有旋光度这回事的时代就定下了。而且，你只要画出一个化学结构式，就足以定出是D还是L，这就是 Fisher 制定的系统，他于 1896 年确定了葡萄糖的化学结构是右旋的(D-glucose)，这个定论是在完全没有实验下确立的。巧合的是，葡萄糖 D-glucose 后来经过实验证实的确是右旋的，所以用大写的D或小写的d都对，但在意义上显然差别极大。果糖就不同了，用 Fisher 系统确定它是 D-fructose , 但实验测定它是左旋的，得用 l-fructose 或是 (-)fructose 表示，还可以用 D-(-)-fructose，同时表明了它的化学结构和旋光性。费歇尔投影式是用平面式来表示分子的立体结构，看费歇尔投影式时必须注意”横前竖后”，即与手性碳原子相连的两个横键是伸向纸前方的，两个竖键是伸向纸后方的。表示某一化合物的费歇尔投影式只能在纸平面上平移，也能在纸平面上旋转180°或其整数倍，但不能在纸平面上旋转90°或其整数倍，也不能离开纸平面翻转，否则得到的费歇尔投影式就代表其对映体的构型。构型的表示方法、构型的确定和标记— (费歇尔投影式 Ficher Projection ）描述旋光异构体分子中的原子或基团在空间的排列方式时，常采用透视式。这种表示方法比较直观，但书写起来比较麻烦，尤其是书写结构复杂的化合物就更加困难。因此也常采用另外一种比较简便的图形——费歇尔（E.Fischer）投影式来表示。大写的 D , L — 是 Fischer 定的命名规矩( D: L: Levo )（粗实线代表官能基凸出纸面接近自己 ，虚线代表官能基进入纸面远离自己。） 左图便是 “ D—甘油醛 ” 的费歇尔投影式以Fisher projection （费歇尔投影法）画分子的规则是：1．以最高氧化态的碳C置于“首位“ 将碳链竖起来，见上图。（因此 COOH & CHO & CH2OH & C=C & CH3 ）2．掌性碳C 放在中间 。（ 横线与直线的交叉点便代表掌性碳C 。）( 掌性碳C ： 4个键各接4个不同的官能基或原子的碳C 。)(与手性碳原子相连的两个横键伸向前方，两个竖键伸向后方。见上图。)3. 横线与竖线的交点代表手性碳原子。4．看看距离 “首位“ 最远的掌性碳C上，此C上连接的具有立体结构的官能基若在右边便是 D-(大写)，反之在左边便是 L-(大写) 。 如:因此如下图中的葡萄糖（GLUCOSE）距离醛基(-CHO)最远的 -OH (在5号碳上)在右边 ,所以是D- 。5．胺基酸的 D-, L- 则以官能基 -NH2 决定 ，-NH2 在左边是L- ，-NH2在右边是D- 。所以，下图中的treonine 的-OH虽然在右， 但以 -NH2 的位置在左边决定它是L- 。
按Ficher投影规则，乳酸的一对对映体的费歇尔投影式见下图:乳酸一对对映体的费歇尔投影式其 他 :a. Fischer 表示法中水平线代表键是在这平面突出来 而垂直线则代表这些键是在这平面朝后。记忆法:可把分子上的水平线想像成要抱住你)b. 判断两个费歇尔投影式是否表示同一构型，有以下方法：（1）若将其中一个费歇尔投影式在纸平面上旋转180°后，得到的投影式和另一投影式相同，则这两个投影式表示同一构型。如下述两个投影式表示同一构型：（2）若将其中一个费歇尔投影式在纸平面上旋转90°（顺时针或逆时针旋转均可）后，得到的投影式和另一投影式相同，则这两个投影式表示两种不同构型，二者是一对对映体。如下述两个投影式表示一对对映体：（3）若将其中一个费歇尔投影式的手性碳原子上的任意两个原子或基团交换偶数次后，得到的投影式和另一投影式相同，则这两个投影式表示同一构型。如下述化合物Ⅰ和Ⅱ表示同一构型：若将其中一个费歇尔投影式的手性碳原子上的任意两个原子或基团交换奇数次后，得到的投影式和另一投影式相同，则这两个投影式表示两种不同构型，二者是一对对映体。如下述化合物Ⅲ和Ⅳ表示一对对映体：Posted by Yong in 20:21:19
长安的七月
请问，具有旋光特性的晶体有哪些，能具体说说吗？
看到一个分子式，怎么确定是左旋还是右旋？？
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