立体异构文档格式.docx
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3、手性分子:
有些微观分子也具有手性,两个分子看起来完全一样,像左右手那样互呈实物与镜像关系而不能完全重合,这种分子称为手性分子。
4、旋光活性:
偏振光透过手性分子及其水溶液时,光的振动平面发生偏转,手性分子具有的这种性质成为旋光活性,或光学活性。
5、手性碳原子:
与四个不相同的原子或基团相连的碳原子称为手性碳原子,简称手性碳。
含有手性碳原子是分子具有手性的普遍因素,但不是分子具有手性的充分必要条件。
6、旋光度:
旋光物质使偏振光旋转的角度称为旋光度,一般用
表示,
与溶液的浓度、盛液管的长度,测定时的温度以及光源和溶剂的性质有关。
7、比旋光度:
旋光物质在光源波长和测定温度一定的条件下,溶液浓度为1g.ml-1,盛液管长度为1dm时的旋光度,比旋光度一般用[
]表示。
8、对映异构体:
互呈实物与镜像关系的两个手性分子,使偏振光旋转的角度相同,但方向相反,
这两个分子称为对应异构体。
9、外消旋体:
等量的左旋体和右旋体混合在一起,导致旋光性消失,这种混合物称为外消旋体。
10、内消旋:
含有两个相同手性碳原子的化合物,如果两个手性碳原子的构型相反,其旋光性在分子内就相互抵消了,这种化合物成为内消旋体。
(二)基本知识
1、物质的光学活性
偏振光透过一些天然物质的水溶液时会产生两种现象;
一种是像水、酒精等物质,不使偏振光的振动平面发生旋转,此类物质称为非旋光物质或非光学活性物质。
另一种是像乳酸、酒石酸等物质,可以使偏振光的振动平面旋转一定角度,这类物质称为旋光物质或光学活性物质。
旋光物质中能使偏振光向右旋转的称为右旋体,用(+)号表示;
能使偏振光向左旋转的称为左旋体,用(-)号表示。
如从肌肉中提取的乳酸就是(+)乳酸,而由葡萄糖酵得到的乳酸则是(-)乳酸。
等量的左旋体和右旋体组成的混合体系,失去旋光性、称为外消旋体,用(±
)表示。
如酸牛奶中的乳酸就是(±
)乳酸,外消旋体没有光学活性,但可以拆分为左旋和右旋两个具有旋光活性的异构体。
为了消除溶液浓度和盛液管长度对旋光度
的影响,引入比旋光度的概念,比旋光度用
表示,比旋光度
与旋光度
的关系为:
=
2、手性分子的构型表示方法
手性分子的构型有两种表示方法,即透视式和投影式。
透视式是将手性碳和另外两个基团放在纸面上,并用实线连接,用楔型实线表示伸出纸面前的基团,用虚线表示伸向纸面后的基团。
投影式又称费歇尔投影式,是一种人为规定的投影方式。
其方法为:
用十线的交叉点代表手性碳原子,水平线所连的两个原子或基团伸出纸面外,竖直线所有的两个原子或基团伸向纸面里。
投影时将含手性碳的碳键竖直摆放,把命名时编号最小的碳原子放在上端,这样乳酸的两种对映异构体可用透视式和费歇尔投影式表示为:
3、费歇尔投影式的使用原则
使用费歇尔投影式时,要注意投影式不能离开纸面翻转,也不能旋转90º
或270º
,因为这样会改变手性碳原子的构型;
但可以在纸面上旋转180º
,不改变分子的构型关系,仍代表原来分子的构型。
如果固定手性碳原子的一个基团位置,而把另外三个基团顺时针或逆时针调换位置,不改变原化合物的构型;
如果将手性碳原子所连的任何两个基团交换位置,会使构型变为它的对映异构体,连续交还两次又变回原分子的构型。
4、R、S表记法
为了表示旋光异构体的不同构型,需要对手性分子进行标记,一般采用R、S标记。
具体方法是:
先将与手性碳所连的四个基团按次序规则排定顺序,对于乳酸来说,四个基团的顺序为:
-OH,>
-COOH>
-CH3>
-H,然后将四个基团中最小的(-H),放在离眼睛最远的位置,观察剩余三个基团从大到小的排列顺序,即由-OH经-COOH到-CH3,的走向,如为顺时针方向,用R表示;
如为逆时针方向,以S表示。
顺时针位R-型逆时针位S-型
使用透视是比较容易确定对映异构体的构型,但在熟悉了这种方法之后,即使使用费歇尔投影式,也不难确定分子构型,如乳酸的一对对映异构体可表记为:
(R)-乳酸(S)-乳酸
5、手性碳原子与旋光异构体的关系
(1)含有一个手性碳原子的化合物,有两个旋光异构体,即一个左旋体和一个右旋体,构成一对对映异构体,等量的异构体混合形成一个外消旋体。
例如乳酸、甘油醛等。
(2)含有两个不相同的手性碳原子的化合物,有四个旋光异构体,构成两对对映异构体、四个非对映异构体、可组成两个外消旋体。
例如2,3二羟基丁酸。
(3)含有两个相同手性碳原子的化合物,有三个旋光异构体,一个左旋体、一个右旋体和一个内消旋体。
构成一对对映异构体、两个非对映异构体和一个外消旋体。
(4)不含手性碳原子的化合物,有些不含手性碳原子的化合物,由于分子内具有不对称因素而具有旋光现象,如四取代联苯分子、二取代环丙烷分子,都是手性分子。
例1将某糖5g溶于100ml甲醇中,在T=20℃,L=1.0dm的条件下,以钠光为光源,测得旋光度α=-4.64°
,试计算该糖的[α]。
例2下列化合物中有无手性碳原子(用星号标出),写出可能有的旋光异构体的费歇尔投影式,用R、S标记,指出对映异构体、内消旋体和外消旋体。
①2-氯丁烷②2,3-丁二醇③α,β-二溴代丁酸④2,2-二氯代丁酸
分析
(1)根据名称写出结构式。
(2)找出分子中的手性碳原子,用星号表记。
(3)按费歇尔投影式的书写原则,写出投影式。
(4)指出各种旋光异构体。
解:
①、②、③是手性分子,其结构式和费歇尔投影式为
①
(a)(b)
a、a、
b是一对对映异构体,等量的a、b混合,组成一个外消旋体。
②
(a)(b)(c)
a、b是一对对映异构体,等量的a、b混合,组成一个外消旋体,c是内消旋体。
③
(a)(b)(c)(d)
a与b,c与d是两对对映异构体,等量的a与b,c与d组成两个外消旋体。
④不含手性碳原子,无旋光异构体。
例32-甲基丁烷进行氯化,列出所有可能的一氯代产物,写出其中手性分子的投影式,并用R、S标记。
分析
(1)烷烃氯化,由于碳原子的级数和所在的位置不同,氯化可能有不同产物。
(2)由于氯原子取代氢原子,可产生手性碳原子,也可产生手性分子。
(3)写出一氯代产物的结构式,写出手性分子的投影式,用R、S标记。
2-甲基丁烷进行氯化,有四种产物:
①③是手性分子。
①②③④
①(R)(S)③(S)(R)
例32-氯丁烷与甲醇钠作用生成两种醚,画出这两种醚的投影式,并表明构型。
分析
(1)2-氯丁烷含有一个手性碳原子,是手性分子。
(2)2-氯丁烷与甲醇钠作用生成两种醚,是一对对映异构体,可用费歇尔投影式表示。
(S)(S)
(R)
例42,3-二甲基丁二酸的衍生物有旋光性,把它水解,或用甲醇使其酯化,产物将没有旋光性。
推测原来的2,3-二甲基丁二酸衍生物是什么,写出结构式。
分析
(1)2,3-二甲基二酸的衍生物有旋光性,说明分子内有两个不相同的手性碳原子。
(2)把该分子水解或酯化产物没有旋光性,说明两个不相同的手性碳原子变成了相同的手性碳原子。
(3)由此可知,原衍生物中两个甲基在费歇尔投影式的同侧,原衍生物中的一个羧基与甲醇酯化。
2,3-二甲基丁二酸的衍生物是:
实验葡萄糖注射液的含量测定
一、目的要求
1.掌握旋光法测定葡萄糖注射液含量的基本原理、操作方法及结果计算。
2.学会正确使用自动旋光仪。
二、仪器与试剂
仪器自动旋光仪,旋光管,移液管(50ml),容量瓶(100ml)。
试剂葡萄糖注射液(含量在10%以上),氨试液(取浓氨溶液400ml,加水使成1000ml)。
三、方法原理
葡萄糖分子结构中有多个不对称碳原子,具有旋光性,为右旋体。
一定条件下的旋光度是旋光性物质的特性常数,测定葡萄糖的比旋度,可以鉴别药物,也可以反映药物的纯杂程度。
旋光度(α)与溶液的浓度(c)和偏振光透过溶液的厚度(L)成正比。
当偏振光通过厚1dm且每1ml中含有旋光性物质1g的溶液,使用光线波长为钠光D线(589.3nm),测定温度为t℃时,测得的旋光度称为该物质的比旋度,以[α]Dt=α/Lc。
四、操作步骤
1.供试液的配制
精密取葡萄糖注射液适量(浓度为25%的取40ml,制成每100ml中含葡萄糖10g的溶液),置于100ml容量瓶中,加氨试液0.2ml(10%或10%以下规格的本品可直接取样测定),用水稀释至刻度,摇匀,静置10min,即得供试液。
2.调整零点
将旋光管用蒸馏水冲洗数次,缓缓注满蒸馏水(注意勿使发生气泡),小心盖上玻璃片、橡胶垫和螺帽,旋紧旋光管两端螺帽时,不应用力过大以免产生应力,造成误差,然后以软布或擦镜纸揩干、擦净,认定方向将旋光管置于旋光计内,调整零点。
3.测定
将旋光管用供试液冲洗数次,按上述同样方式装入供试液并按同一方向置于旋光计内,同法读取旋光度3次,取其平均值与2.0852相乘,即得供试液的旋光度。
根据供试液的旋光度,求得葡萄糖注射液中C6H12O6·
H2O的含量。
五、实验结果
1.数据记录
葡萄糖
1
2
3
α
α平均值
标示量百分含量%
2.结果计算
标示量的百分含量=
式中:
a1、a2、a3─测得的旋光度;
2.0852¾
常数;
C-每100ml溶液中含葡萄糖的重量(g);
L-旋光管的长度(dm)。
2.0852的由来:
+52.75为无水葡萄糖的比旋度,按下式计算无水葡萄糖的浓度:
无水葡萄糖浓度 c =100α/[α]D20l
如果换算成一水葡萄糖浓度(cˊ)时,则应为:
cˊ=c×
=α×
×
2.0852
所以,测定葡萄糖溶液的旋光度可以求得其含量。
六、注意事项
1.钠光灯启辉后至少20min后发光才能稳定,测定或读数时应在发光稳定后进行。
2.测定时应调节温度至20℃±
0.5℃。
3.供试液应不显浑浊或含有混悬的小粒,否则应预先过滤并弃去初滤液。
4.测定结束后须将测定管洗净晾干,不许将盛有供试品的测试管长时间置于仪器样品室内;
仪器不使用时样品室可放硅胶吸潮。
七、思考题
1.为什么在10%以上的葡萄糖溶液中加入氨试液并放置10min后才能测定旋光度?
【附一】WZZ-2自动旋光仪的使用方法
旋光仪是测定物质旋光度的仪器。
通过对样品旋光度的测定,可以分析确定物质的浓度、含量及纯度等。
目前使