第5章 立体异构基础 ( solid isomerism )
主要内容
学习要求
1 熟悉有机化学中同分异构现象的分类； 2 掌握立体异构、旋光异构、手性碳原 子、手性分子、对映体、非对映体、 外消旋体、内消旋体等基本概念。 3 学会判断对映体和非对映体、外消旋 体和内消旋体的存在； 4 掌握构型标记法；
立体异构体 手性分子和非手性分子、手性碳 对映异构体和非对映异构体 立体结构的表示方法
第5.1节 手性分子与对映体 (chirality and enantiomerism) 一、同分异构体的基本概念及分类 二、手性 三、手性分子与对映体 四、对称面与非手性分子 五、判断对映体的方法
立体化学(Stereochemistry) 立体化学(Stereochemistry) —— 以三维空间研究分子结构和性质的科学
主要研究有机化合物的立体结构及其对化合物的物 理与化学性质的影响.
立体异构
由原子或基团空间排列或取向不同所产生的异 构现象。
一、同分异构体的基本概念及分类
同分异构现象
分子式相同，但性质和结构不相同的化合物 叫做同分异构体。这种现象叫做同分异构现象。 有机化合物的同分异构现象分为两大类： 结构异构(构造异构)和立体异构。
同分异构的分类归纳为：
• 碳链异构 • 构造异构 位置异构 • 官能团异构 • 同分异构 互变异构 • 顺反异构 构型异构 • • 立体异构 旋光异构 • 构象异构
1
1．构造异构(结构异构) 产生的原因：由于分子中原子或原子团相 互连结的次序和方式不同。分为： (1) 碳链异构 由于分子中碳链的骨架不同而产生的同分 异构现象叫碳链异构。 例如：
(2) 位置异构 因取代基或官能团在碳链上或碳环上的位置 不同而产生的异构现象。例如： CH3CH2CH2OH 丙醇 CH3CH(OH)CH3 异丙醇
正丁烷
异丁烷
邻-甲苯酚
间-甲苯酚
对-甲苯酚
(3) 官能团异构 因分子中官能团不同而产生的异构现象。 例如： CH3CH2OH 乙醇 CH3CH2CHO 丙醛
(5) 价键异构
(4) 互变异构 一种官能团异构体改变其结构成为另一种官 能团异构体，互相迅速地变换，形成两种异构体 的动态平衡。 例如：
CH3OCH3 甲醚 CH3COCH3 丙酮
C C
C C OH
互变异构
O
酮式（稳定）
烯醇式（不稳定）
2．立体异构 产生的原因：构造相同，由于分子中原子或 原子团在空间的排列方式不同。 分为构象异构和构型异构：
H HH H
构型是指一个特定立体异构体分子中的原子或 基团在空间的排列方式。 构型异构又包括顺反异构和对映异构(旋光异构)。
H H CH3 H3C H H CH3
构象异构：由于单 键自由旋转而产生 的立体异构。
H H
H3C
H H H H H H 交叉式 重叠式 构象异构体 • 可通过单键旋转互相转换 •一般无法分离
H3C
CH3
H3
C CH3
旋光异构：因分子中手性因 素而产生的立体异构
trans
cis
• 不可转换 • 理论上可分离
顺反异构：因共价键旋转 受阻而产生的立体异构 （不能相互转化）
2
二、手性和手性分子 手性和手性分子
饱和C原子具有四面体结构，可用四面体结 构模型清楚表达。
镜像
F H Cl
手性分子 两者不 能重合
手性
Br
F Br Cl
转 180o
H
F Cl
手性(chirality)：实物和其镜像不能重叠的现象。 手性( chirality)
H
Br
手性分子（chiral molecules）：有手性现象的分子。 手性分子（
手性碳 —— 手性分子的特征
F H Cl C Br
Br CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 C H
5-溴癸烷
O
连有4个不同原子或基团的饱和碳原子 连有4 手性碳(chiral carbon) 手性碳( carbon) 手性中心 (Chiral center) center) 用 * 表示
CH2 CH2 CH2 CH3
F H C* Br
*
手性碳标记
Cl
CH3 H
2-甲基环己酮
乳酸 例如：
CH 3 CH OH
O
COOH
镜子 COOH C H
C
OH
透视式 H C OH CH3 OH COOH 顺时针排列 CH3反时针排列 HO H3C
Lactic acid
α-羟基丙酸
一对互为镜像关系的乳 酸分子的立体结构式
乳酸分子2种不同构型的特征 (1) 2个立体异构体之间彼此相似而不能完全重 叠； (2) 2个立体异构体之间呈实物和镜像相互对应 关系（左右手关系）。 分子的手性(chirality) —— 物质分子互为实物和 镜象关系（象左手和右手一样），彼此不能完全 重叠的特征。
乳酸分子中C2连着H、CH3、 OH和COOH，则可得到两种结 构的模型，无论把它们怎样放 置，二者都类似左右手关系， 不能使完全重叠。因此，它们 并不是相同的。
3
三、手性分子和对映体 具有手性的分子叫做手性分子。 和4个不相同的原子或原子团相连的碳原子 称为手性碳原子（手性中心），常用“C*”表示。
W
对 映 体
W Y Y Z C X
C X Z
含有1个手性碳原子的有机化合物分子一般 具有手性，是手性分子。
一个手性碳原子所连的4个不同原子或基团在空 间具有2种不同的排列方式，它们彼此互为镜像关 系，又不能重叠的一对立体异构体，互为对映异构 体（简称对映体）。 含有1个手性碳原子的化合物必定是手性化合物。 含有1个手性碳原子的化合物只有一对对映体。
镜面
四、对称面与非手性分子
对称面
假如有一个平面可以把分子分割成两半，而这 两半互为镜像，那么这个平面就是分子的对称面。
一对对映体（互为镜像）
CH2CH3
对 映 体
CH2CH3 C CH3 H
H3 C H
C Cl I Cl
镜面
对称面：2个H连线的中点、CH3和Cl可组 成一个平面； 该平面把分子分为对称的互为镜象两半。 氯乙烷分子无手性，非手性分子。
CH3-CH2-Cl
II
2-氯丁烷
丙酸存在对称 面，无手性，非 手性分子
CH3-CH2-COOH
结论：具有对称面的分子无手性，
不具有旋光 性，也没有对映异构体。 有机化合物分子具有手性的最常见原因 是：存在手性碳原子(不是唯一的原因) 。 但不是所有具有手性碳原子的分子都是手性分子。
氯溴甲烷有对称 面，非手性分子
4
非手性分子
镜像
F H Cl Cl
Cl Cl F
转 60o
Br
非手性分子
分子是否具有手性的判断标准：
Br
分子中是否存在对称面、对称中心等对称因素。
转 180o
Cl
Cl
H
Cl Br Br
Cl
非手性分子 两者 互相 重合
F H Cl Cl
两者完 全重合
Br Cl
若分子中有对称面、对称中心两个元素之 一，则为非手性分子。若分子中不具有上述对称 因素则为手性分子。 只有1个手性碳原子的分子为手性分子。手
Cl Br
性分子都具有旋光性。
任何一个能够与其镜像完全重叠的分子，都不具有 旋光性，这样的分子称为非手性分子。（非手性分子不 （非手性分子不 含有手性碳）
五、判断对映体（手性分子）的方法 第1. 建造一个分子和它的镜像模型。如果两 者不能重合，就是手性分子。 第2. 寻找有无对称面。有对称面，它就不 存在对映体，为非手性分子。 第3. 寻找手性碳原子(或手性中心)。 只要有一个手性碳原子，就是手性分子，有 一对对映体（两个以上C﹡有例外。见内消旋 体）
例：2, 3-丁二醇（有3个立体异构体，各含有2个手性C） 例：2, 3- 丁二醇（有3个立体异构体，各含有2 个手性C
转 180o
CH3 H H HO CH3 OH I HO II CH3 H H OH H HO CH3 CH3 OH H III CH3
对映关系
CH3 HO H H CH3 I OH
对映异构体(enantiomers) ：一对互 对映异构体( 为镜像且不互相重合的分子 （一类 特殊的立体异构体）
I 与 II 互为镜像，且不重合，均为手性分子 互为镜像，且不重合，均为手性分子 I 与 II 互为对映异构体 互为
CH3 H HO III OH H CH3 HO H CH3
CH3 H OH III'
CH3 H HO OH H CH3
转 180o
III'
III为非手性分子（与其镜像 III’可完全重合） III为非手性分子（与其镜像 III’
CH3 H H HO CH3 OH I HO II CH3 H H OH H HO CH3 CH3 OH H III CH3
I 与 III, 或II与III不成镜像，互为非对映异构体 III, II与 III不成镜像，互为非对映异构体
非对映异构体 (diastereoisomers)： 相互不 为镜像的立体异构体
5
第5章 立体异构基础 ( solid isomerism )
主要内容
学习要求
1 熟悉有机化学中同分异构现象的分类； 2 掌握立体异构、旋光异构、手性碳原 子、手性分子、对映体、非对映体、 外消旋体、内消旋体等基本概念。 3 学会判断对映体和非对映体、外消旋 体和内消旋体的存在； 4 掌握构型标记法；
立体异构体 手性分子和非手性分子、手性碳 对映异构体和非对映异构体 立体结构的表示方法
第5.1节 手性分子与对映体 (chirality and enantiomerism) 一、同分异构体的基本概念及分类 二、手性 三、手性分子与对映体 四、对称面与非手性分子 五、判断对映体的方法
立体化学(Stereochemistry) 立体化学(Stereochemistry) —— 以三维空间研究分子结构和性质的科学
主要研究有机化合物的立体结构及其对化合物的物 理与化学性质的影响.
立体异构
由原子或基团空间排列或取向不同所产生的异 构现象。
一、同分异构体的基本概念及分类
同分异构现象
分子式相同，但性质和结构不相同的化合物 叫做同分异构体。这种现象叫做同分异构现象。 有机化合物的同分异构现象分为两大类： 结构异构(构造异构)和立体异构。
同分异构的分类归纳为：
• 碳链异构 • 构造异构 位置异构 • 官能团异构 • 同分异构 互变异构 • 顺反异构 构型异构 • • 立体异构 旋光异构 • 构象异构
1
1．构造异构(结构异构) 产生的原因：由于分子中原子或原子团相 互连结的次序和方式不同。分为： (1) 碳链异构 由于分子中碳链的骨架不同而产生的同分 异构现象叫碳链异构。 例如：
(2) 位置异构 因取代基或官能团在碳链上或碳环上的位置 不同而产生的异构现象。例如： CH3CH2CH2OH 丙醇 CH3CH(OH)CH3 异丙醇
正丁烷
异丁烷
邻-甲苯酚
间-甲苯酚
对-甲苯酚
(3) 官能团异构 因分子中官能团不同而产生的异构现象。 例如： CH3CH2OH 乙醇 CH3CH2CHO 丙醛
(5) 价键异构
(4) 互变异构 一种官能团异构体改变其结构成为另一种官 能团异构体，互相迅速地变换，形成两种异构体 的动态平衡。 例如：
CH3OCH3 甲醚 CH3COCH3 丙酮
C C
C C OH
互变异构
O
酮式（稳定）
烯醇式（不稳定）
2．立体异构 产生的原因：构造相同，由于分子中原子或 原子团在空间的排列方式不同。 分为构象异构和构型异构：
H HH H
构型是指一个特定立体异构体分子中的原子或 基团在空间的排列方式。 构型异构又包括顺反异构和对映异构(旋光异构)。
H H CH3 H3C H H CH3
构象异构：由于单 键自由旋转而产生 的立体异构。
H H
H3C
H H H H H H 交叉式 重叠式 构象异构体 • 可通过单键旋转互相转换 •一般无法分离
H3C
CH3
H3
C CH3
旋光异构：因分子中手性因 素而产生的立体异构
trans
cis
• 不可转换 • 理论上可分离
顺反异构：因共价键旋转 受阻而产生的立体异构 （不能相互转化）
2
二、手性和手性分子 手性和手性分子
饱和C原子具有四面体结构，可用四面体结 构模型清楚表达。
镜像
F H Cl
手性分子 两者不 能重合
手性
Br
F Br Cl
转 180o
H
F Cl
手性(chirality)：实物和其镜像不能重叠的现象。 手性( chirality)
H
Br
手性分子（chiral molecules）：有手性现象的分子。 手性分子（
手性碳 —— 手性分子的特征
F H Cl C Br
Br CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 C H
5-溴癸烷
O
连有4个不同原子或基团的饱和碳原子 连有4 手性碳(chiral carbon) 手性碳( carbon) 手性中心 (Chiral center) center) 用 * 表示
CH2 CH2 CH2 CH3
F H C* Br
*
手性碳标记
Cl
CH3 H
2-甲基环己酮
乳酸 例如：
CH 3 CH OH
O
COOH
镜子 COOH C H
C
OH
透视式 H C OH CH3 OH COOH 顺时针排列 CH3反时针排列 HO H3C
Lactic acid
α-羟基丙酸
一对互为镜像关系的乳 酸分子的立体结构式
乳酸分子2种不同构型的特征 (1) 2个立体异构体之间彼此相似而不能完全重 叠； (2) 2个立体异构体之间呈实物和镜像相互对应 关系（左右手关系）。 分子的手性(chirality) —— 物质分子互为实物和 镜象关系（象左手和右手一样），彼此不能完全 重叠的特征。
乳酸分子中C2连着H、CH3、 OH和COOH，则可得到两种结 构的模型，无论把它们怎样放 置，二者都类似左右手关系， 不能使完全重叠。因此，它们 并不是相同的。
3
三、手性分子和对映体 具有手性的分子叫做手性分子。 和4个不相同的原子或原子团相连的碳原子 称为手性碳原子（手性中心），常用“C*”表示。
W
对 映 体
W Y Y Z C X
C X Z
含有1个手性碳原子的有机化合物分子一般 具有手性，是手性分子。
一个手性碳原子所连的4个不同原子或基团在空 间具有2种不同的排列方式，它们彼此互为镜像关 系，又不能重叠的一对立体异构体，互为对映异构 体（简称对映体）。 含有1个手性碳原子的化合物必定是手性化合物。 含有1个手性碳原子的化合物只有一对对映体。
镜面
四、对称面与非手性分子
对称面
假如有一个平面可以把分子分割成两半，而这 两半互为镜像，那么这个平面就是分子的对称面。
一对对映体（互为镜像）
CH2CH3
对 映 体
CH2CH3 C CH3 H
H3 C H
C Cl I Cl
镜面
对称面：2个H连线的中点、CH3和Cl可组 成一个平面； 该平面把分子分为对称的互为镜象两半。 氯乙烷分子无手性，非手性分子。
CH3-CH2-Cl
II
2-氯丁烷
丙酸存在对称 面，无手性，非 手性分子
CH3-CH2-COOH
结论：具有对称面的分子无手性，
不具有旋光 性，也没有对映异构体。 有机化合物分子具有手性的最常见原因 是：存在手性碳原子(不是唯一的原因) 。 但不是所有具有手性碳原子的分子都是手性分子。
氯溴甲烷有对称 面，非手性分子
4
非手性分子
镜像
F H Cl Cl
Cl Cl F
转 60o
Br
非手性分子
分子是否具有手性的判断标准：
Br
分子中是否存在对称面、对称中心等对称因素。
转 180o
Cl
Cl
H
Cl Br Br
Cl
非手性分子 两者 互相 重合
F H Cl Cl
两者完 全重合
Br Cl
若分子中有对称面、对称中心两个元素之 一，则为非手性分子。若分子中不具有上述对称 因素则为手性分子。 只有1个手性碳原子的分子为手性分子。手
Cl Br
性分子都具有旋光性。
任何一个能够与其镜像完全重叠的分子，都不具有 旋光性，这样的分子称为非手性分子。（非手性分子不 （非手性分子不 含有手性碳）
五、判断对映体（手性分子）的方法 第1. 建造一个分子和它的镜像模型。如果两 者不能重合，就是手性分子。 第2. 寻找有无对称面。有对称面，它就不 存在对映体，为非手性分子。 第3. 寻找手性碳原子(或手性中心)。 只要有一个手性碳原子，就是手性分子，有 一对对映体（两个以上C﹡有例外。见内消旋 体）
例：2, 3-丁二醇（有3个立体异构体，各含有2个手性C） 例：2, 3- 丁二醇（有3个立体异构体，各含有2 个手性C
转 180o
CH3 H H HO CH3 OH I HO II CH3 H H OH H HO CH3 CH3 OH H III CH3
对映关系
CH3 HO H H CH3 I OH
对映异构体(enantiomers) ：一对互 对映异构体( 为镜像且不互相重合的分子 （一类 特殊的立体异构体）
I 与 II 互为镜像，且不重合，均为手性分子 互为镜像，且不重合，均为手性分子 I 与 II 互为对映异构体 互为
CH3 H HO III OH H CH3 HO H CH3
CH3 H OH III'
CH3 H HO OH H CH3
转 180o
III'
III为非手性分子（与其镜像 III’可完全重合） III为非手性分子（与其镜像 III’
CH3 H H HO CH3 OH I HO II CH3 H H OH H HO CH3 CH3 OH H III CH3
I 与 III, 或II与III不成镜像，互为非对映异构体 III, II与 III不成镜像，互为非对映异构体
非对映异构体 (diastereoisomers)： 相互不 为镜像的立体异构体
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