旋转而相互转换的立体异构现象（详见烷烃和环烷烃），构象可以有无数个，其中能量最低 最稳定的一个称为优势构象”。例如： 交叉式 e键取代 重叠式 a键取代 (优势构象) (优势构象) 3.旋光异构 1)旋光性物质 旋光性物质是指能使偏振光平面旋转的物质。 2)比旋光度 比旋光度是旋光性物质特有的物理常数，用@表示。t为测定时的温度，入为采用光的 波长，常用钠光(=589nm)。 3)手性、手性分子和手性碳原子 物质分子互为实物与镜像关系（像左手和右手关系一样），彼此不能完全重叠的特征， 称为分子的手性。具有手性的分子（不能与自身的镜像重叠）叫做手性分子。p杂化且连 有四个不同原子或基团的碳原子称为手性碳原子（或手性中心），用C表示。凡含有一个手 性碳原子的分子是手性分子，该有机化合物具有旋光性。 4)对称因素 对称面（σ）：一个平面如果能把一个分子切成两个部分，且一部分正好是另一部分的镜 像，则这个平面就是该分子的对称面，常用符号“σ”表示。 一对称面 反-1,2-二氯乙烯 二氯甲烧 对称中心()：若分子中有一点P,通过P点画直线，若在离P点等距离的直线两端有 相同的原子或基团，则P点为该分子的对称中心，用i表示。 COOH 具有对称面或对称中心的分子，无手性，因而该物质没有旋光性。在结构上既无对称面 也无对称中心的分子，具有手性，是手性分子，因而该物质具有旋光性。 5)费歇尔投影式 将旋光异构体的立体模型，以手性碳原子为中心投影到纸平面上所得的投影式，称为费 歇尔投影式，如下图所示。 CHO CHO CHO HC=OH三H 一OH HO- 三HOCH CH2OH CH,OH CH2OH CH2OH 费歌尔投形式 费歇尔投影式的投影原则：横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平面上： 横线代表与手性碳原子相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示指向纸平面的后面：
旋转而相互转换的立体异构现象（详见烷烃和环烷烃），构象可以有无数个，其中能量最低 最稳定的一个称为“优势构象”。例如： 重叠式 交叉式 （优势构象） e键取代 （优势构象） a键取代 3. 旋光异构 1）旋光性物质 旋光性物质是指能使偏振光平面旋转的物质。 2) 比旋光度 比旋光度是旋光性物质特有的物理常数，用 [α] λ t 表示。t 为测定时的温度，λ 为采用光的 波长，常用钠光（λ=589nm）。 3) 手性、手性分子和手性碳原子 物质分子互为实物与镜像关系（像左手和右手关系一样），彼此不能完全重叠的特征， 称为分子的手性。具有手性的分子（不能与自身的镜像重叠）叫做手性分子。sp3 杂化且连 有四个不同原子或基团的碳原子称为手性碳原子（或手性中心），用 C*表示。凡含有一个手 性碳原子的分子是手性分子，该有机化合物具有旋光性。 4）对称因素 对称面（σ）：一个平面如果能把一个分子切成两个部分，且一部分正好是另一部分的镜 像，则这个平面就是该分子的对称面，常用符号“σ”表示。 对称中心（i）：若分子中有一点 P，通过 P 点画直线，若在离 P 点等距离的直线两端有 相同的原子或基团，则 P 点为该分子的对称中心，用 i 表示。 具有对称面或对称中心的分子，无手性，因而该物质没有旋光性。在结构上既无对称面 也无对称中心的分子，具有手性，是手性分子，因而该物质具有旋光性。 5）费歇尔投影式 将旋光异构体的立体模型，以手性碳原子为中心投影到纸平面上所得的投影式，称为费 歇尔投影式，如下图所示。 H C OH CHO CH2OH H OH CHO CH2OH HO C H CHO CH2OH HO H CHO CH2OH 费歇尔投影式 费歇尔投影式的投影原则： 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平面上； 横线代表与手性碳原子相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示指向纸平面的后面；
一般将主链竖起来放，编号最小的碳原子放在竖线最上端。 6)旋光异构体的构型标记 R/S标记法，又称绝对构型标记法，方法如下： ①把分子写成透视式或费歇尔投影式，按次序规则将C*上的四个原子或基团进行排序。 ②若是透视式，则把排序最小的放在离观察者最远的位置，将其余三个按大→中→小顺序 连接，顺时针方向的是R构型，逆时针方向的是S构型。 ③若是费歇尔投影式，当次序最小的位于竖线（无论上或下），其余三个按大→中→小顺序 连接成顺时针方向的是R构型，逆时针的是S构型：当次序最小的位于横线（无论左或右）， 其余三个按大→中→小顺序连接成顺时针方向的是S构型，逆时针的是R构型。 7)含手性碳原子化合物的对映异构 含有一个手性碳原子化合物的对映异构：这类化合物的分子中因为没有对称面和对称中 心，所以一定是手性分子，有两种不同的构型，互为实物与镜像关系，称为对映异构体，简 称对映体。对映体旋光能力相同，旋光方向相反，其中一个左旋，另一个右旋。等量的左旋 体和右旋体混合，对外将不显旋光性，称为外消旋体。 对映体之间的异同点： 物理化学性质一般都相同，比旋光度数值相等，仅旋光方向相反。 在手性环境条件下，对映体表现出某些不同性质，如反应速度有差异，生理作用不同等。 含有两个不同手性碳原子化合物的对映异构：当两个手性碳原子各自连接的四个不同的 原子或基团之间不完全对应，它们称为不同的手性碳原子。以2-羟基-3氯丁二酸为例进行 讨论。 该化合物具有两个不相同的手性碳原子，存在四个旋光异构体，其费歇尔投影式如下： COOH COOH COOH COOH H--OH HO十H H--OH HO-H H十CI CIH CI十H H十CI COOH COOH COOH COOH 00 y 对映体 对映体 8..1o +7.1° 1回0.9.3° +9.3° m.p.173℃ 173℃ mp.167℃167C (仕)外消旋体m.p.145C (生)外消旋体mp.157℃ 非对映异构体的特征：物理性质（熔点、沸点、溶解度等）不同。比旋光度不同。旋光 方向可能相同，也可能不同。化学性质相似，但反应速度有差异。 含有两个相同手性碳原子化合物的对映异构：当两个手性碳原子各自连接的四个不同的 原子或基团之间可以完全对应，它们称为相同的手性碳原子。以2,3-二羟基丁二酸（酒石酸） 为例进行讨论。 该化合物具有两个相同手性碳原子，也可写出四个旋光异构体，其费歇尔投影式如下： COOH COOH COOH COOH H--OH HO--H H--OH HO--H HO-H H--OH 。-i中0州 H0平# COOH COOH COOH COOH 1 I IV 对映体 同一物质 I@0+120 -12 Ia290 0 (仕)酒石酸 (m)酒石酸 外消旋体 内消旋体 酒石酸只有三个旋光异构体：一对对映体和一个内消旋体
一般将主链竖起来放，编号最小的碳原子放在竖线最上端。 6) 旋光异构体的构型标记 R/S 标记法，又称绝对构型标记法，方法如下： ① 把分子写成透视式或费歇尔投影式，按次序规则将 C*上的四个原子或基团进行排序。 ② 若是透视式，则把排序最小的放在离观察者最远的位置，将其余三个按大→中→小顺序 连接，顺时针方向的是 R 构型，逆时针方向的是 S 构型。 ③ 若是费歇尔投影式，当次序最小的位于竖线（无论上或下），其余三个按大→中→小顺序 连接成顺时针方向的是 R 构型，逆时针的是 S 构型；当次序最小的位于横线（无论左或右）， 其余三个按大→中→小顺序连接成顺时针方向的是 S 构型，逆时针的是 R 构型。 7）含手性碳原子化合物的对映异构 含有一个手性碳原子化合物的对映异构：这类化合物的分子中因为没有对称面和对称中 心，所以一定是手性分子，有两种不同的构型，互为实物与镜像关系，称为对映异构体，简 称对映体。对映体旋光能力相同，旋光方向相反，其中一个左旋，另一个右旋。等量的左旋 体和右旋体混合，对外将不显旋光性，称为外消旋体。 对映体之间的异同点： 物理化学性质一般都相同，比旋光度数值相等，仅旋光方向相反。 在手性环境条件下，对映体表现出某些不同性质，如反应速度有差异，生理作用不同等。 含有两个不同手性碳原子化合物的对映异构：当两个手性碳原子各自连接的四个不同的 原子或基团之间不完全对应，它们称为不同的手性碳原子。以 2-羟基-3-氯丁二酸为例进行 讨论。 该化合物具有两个不相同的手性碳原子，存在四个旋光异构体，其费歇尔投影式如下： COOH H OH COOH H Cl COOH HO H COOH Cl H COOH H OH COOH Cl H COOH HO H COOH H Cl Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 对映体 对映体 m.p. 173℃ 173℃ [α] 20D - 7.1° + 7.1° (±)外消旋体 m.p. 145℃ m.p. 167℃ 167℃ [α] 20D - 9.3° + 9.3° (±)外消旋体 m.p. 157℃ 非对映异构体的特征：物理性质（熔点、沸点、溶解度等）不同。比旋光度不同。旋光 方向可能相同，也可能不同。化学性质相似，但反应速度有差异。 含有两个相同手性碳原子化合物的对映异构：当两个手性碳原子各自连接的四个不同的 原子或基团之间可以完全对应，它们称为相同的手性碳原子。以 2,3-二羟基丁二酸（酒石酸） 为例进行讨论。 该化合物具有两个相同手性碳原子，也可写出四个旋光异构体，其费歇尔投影式如下： COOH H OH COOH HO H COOH HO H COOH H OH COOH H OH COOH H OH COOH HO H COOH HO H Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 对映体 同一物质 [α] 20 D + 12° - 12° (±)酒石酸 [α] 20 D 0° 0° 内消旋体 σ 外消旋体 (m)酒石酸 σ 酒石酸只有三个旋光异构体：一对对映体和一个内消旋体
由内消旋酒石酸可看出，具有两个手性碳原子的分子不一定是手性分子，故不能说含有 手性碳原子的分子一定具有手性。 内消旋体与外消旋体的异同： 相同点：都没有旋光性。不同点：内消旋体是纯物质，外消旋体是两个对映体的等量混 合物，可用适当方法进行拆分。 8)不含手性碳原子化合物的对映异构 2,3-戊二烯的分子中没有手性碳原子，但由于双键两端碳原子上所连四个基团两两各在 相互垂直的平面上，整个分子没有对称面和对称中心，因此具有手性。 "3"S CH H 2,3-戊二烯的对映异构体 但如果丙二烯型化合物的分子中，任何一端的双键碳原子上连有两个相同的原子或基团， 则分子内就存在对称面，从而不具有手性。 四、课程思政案例 引入“反应停”事件。不仅能够加深学生对手性、对映异构等概念的理解、提高学习兴 趣：同时，通过真实的案例，引发学生自发思考讨论一一药品的本质是为人服务的商品，而 不是单纯为了谋利的产品。以此，将社会责任感与职业道德根植于学生内心深处，引导其形 成正确、积极的价值观念
由内消旋酒石酸可看出，具有两个手性碳原子的分子不一定是手性分子，故不能说含有 手性碳原子的分子一定具有手性。 内消旋体与外消旋体的异同： 相同点：都没有旋光性。不同点：内消旋体是纯物质，外消旋体是两个对映体的等量混 合物，可用适当方法进行拆分。 8）不含手性碳原子化合物的对映异构 2,3-戊二烯的分子中没有手性碳原子，但由于双键两端碳原子上所连四个基团两两各在 相互垂直的平面上，整个分子没有对称面和对称中心，因此具有手性。 2,3-戊二烯的对映异构体 C C H3C H C CH3 H C C H3C H C CH3 H 但如果丙二烯型化合物的分子中，任何一端的双键碳原子上连有两个相同的原子或基团， 则分子内就存在对称面，从而不具有手性。 四、课程思政案例 引入“反应停”事件。不仅能够加深学生对手性、对映异构等概念的理解、提高学习兴 趣；同时，通过真实的案例，引发学生自发思考讨论——药品的本质是为人服务的商品，而 不是单纯为了谋利的产品。以此，将社会责任感与职业道德根植于学生内心深处，引导其形 成正确、积极的价值观念
第五章饱和脂肪烃 一、教学目标 1.熟悉同系列、同系物的概念和同分异构现象。 2.掌握烷烃和环烷烃的分子结构、分类和命名方法以及环烷烃的稳定性。 3.熟悉烷烃和环烷烃的构象特点，掌握环已烷及其衍生物的构象，学会判断稳定构象。 4.掌握烷烃和环烷烃的化学性质，了解其物理性质。 5.了解自由基取代反应的历程。 二、教学重点 1.烷烃和环烷烃的分子结构、分类和命名方法以及环烷烃的稳定性。 2.烷烃和环烷烃的构象特点，环已烷及其衍生物的构象及稳定构象。 3.烷烃和环烷烃的化学性质 三、教学过程 1.同系列和同分异构 结构相似，性质也很相似，而在组成上相差CH2或它的倍数的许多化合物，组成一个 系列，叫做同系列。同系列中的各化合物称为同系物。CH2则叫做同系列的系差。 分子式相同而结构不同的化合物称为同分异构体，简称为异构体。烷烃的同分异构现象 主要是碳架异构，即由于分子中碳原子的连接顺序和排列方式不同而引起的异构现象。 碳原子和氢原子的分类：碳原子可以分为伯、仲、叔和季碳原子而与伯、仲、叔碳原子 相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。 2.烷烃和环烷烃的结构和命名 形成烷烃的碳原子都是sp杂化的碳原子，碳原子在以四个单键与其它四个原子结合时， 四个Sp杂化轨道的对称轴在空间的取向相当于从正四面体的中心伸向四个顶点的方向，键 角均为109.5°。 三个碳以上直链烷烃的碳链主要是以锯齿型存在。所谓“直链”烷烃，其“直链”二字的含 意仅指不带有支链。 环烷烃的环的稳定性与环的大小有关，三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点， 五元环较稳定，六元环最稳定。大环烷烃，趋近环己烷的稳定性。 烷烃的命名主要有普通命名法和系统命名法。 烷烃系统命名法的原则如下： (1)选取主链（母体），最长原则。 (2)将主链以外的其它烷基看作是主链上的取代基（或叫支链）。 (3)主链碳原子编号，从靠近支链的一端编号。若有几种编号的可能时，应当选定使取代 基的位次最小，即“最低系列”的编号方法。 (4)相同取代基合并：不同取代基按“次序规则”，较优基团写在后面。 (5)当有两条或两条以上相同长度的碳链作为主链时，则应选定具有支链数目最多的碳链 为主链。 单环烷烃的系统命名与相应的烷烃基本相同，只是在相应烷烃的名称前冠以“环”字。环 上只有一个取代基时，不必编号：有两个或两个以上取代基时，连接最小的取代基的碳原子 编为1，其它取代基的位置的编号尽可能小。取代基不同时，则根据“次序规则”，较优基团 给以较大的编号。 螺环烃和桥环烃：两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃：两个环共用两个或两个
第五章 饱和脂肪烃 一、教学目标 1. 熟悉同系列、同系物的概念和同分异构现象。 2. 掌握烷烃和环烷烃的分子结构、分类和命名方法以及环烷烃的稳定性。 3. 熟悉烷烃和环烷烃的构象特点，掌握环已烷及其衍生物的构象，学会判断稳定构象。 4. 掌握烷烃和环烷烃的化学性质，了解其物理性质。 5. 了解自由基取代反应的历程。 二、教学重点 1. 烷烃和环烷烃的分子结构、分类和命名方法以及环烷烃的稳定性。 2. 烷烃和环烷烃的构象特点，环已烷及其衍生物的构象及稳定构象。 3. 烷烃和环烷烃的化学性质 三、教学过程 1. 同系列和同分异构 结构相似，性质也很相似，而在组成上相差 CH2 或它的倍数的许多化合物，组成一个 系列，叫做同系列。同系列中的各化合物称为同系物。CH2 则叫做同系列的系差。 分子式相同而结构不同的化合物称为同分异构体，简称为异构体。烷烃的同分异构现象 主要是碳架异构，即由于分子中碳原子的连接顺序和排列方式不同而引起的异构现象。 碳原子和氢原子的分类：碳原子可以分为伯、仲、叔和季碳原子而与伯、仲、叔碳原子 相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。 2. 烷烃和环烷烃的结构和命名 形成烷烃的碳原子都是 sp3杂化的碳原子，碳原子在以四个单键与其它四个原子结合时， 四个 sp3 杂化轨道的对称轴在空间的取向相当于从正四面体的中心伸向四个顶点的方向，键 角均为 109.5°。 三个碳以上直链烷烃的碳链主要是以锯齿型存在。所谓“直链”烷烃，其“直链”二字的含 意仅指不带有支链。 环烷烃的环的稳定性与环的大小有关，三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点， 五元环较稳定，六元环最稳定。大环烷烃，趋近环己烷的稳定性。 烷烃的命名主要有普通命名法和系统命名法。 烷烃系统命名法的原则如下： （1）选取主链（母体），最长原则。 （2）将主链以外的其它烷基看作是主链上的取代基（或叫支链）。 （3）主链碳原子编号，从靠近支链的一端编号。若有几种编号的可能时，应当选定使取代 基的位次最小，即“最低系列”的编号方法。 （4）相同取代基合并；不同取代基按“次序规则”，较优基团写在后面。 （5）当有两条或两条以上相同长度的碳链作为主链时，则应选定具有支链数目最多的碳链 为主链。 单环烷烃的系统命名与相应的烷烃基本相同，只是在相应烷烃的名称前冠以“环”字。环 上只有一个取代基时，不必编号；有两个或两个以上取代基时，连接最小的取代基的碳原子 编为 1，其它取代基的位置的编号尽可能小。取代基不同时，则根据“次序规则”，较优基团 给以较大的编号。 螺环烃和桥环烃：两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃；两个环共用两个或两个
以上碳原子的环烷烃称为桥环烃。根据螺环烃和桥环烃中环上碳原子的数目分别叫螺某烷或 二环某烷。 3.烷烃和环烷烃的构象 由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式叫构象。构象有 无限多种，乙烷的两种典型构象是重叠式和交叉式（图5-1）。交叉式构象中两个碳原子上 的氢原子间的距离最远，相互间的排斥力最小，分子的内能最低，因而稳定性也最大，这种 构象称之为优势构象。内能最高，最不稳定的构象则是重叠式。 H H H的 重叠式 交叉式 丁烷可以看作是乙烷的二甲基衍生物，以C2一C3键为轴旋转可形成无数种构象。丁烷 的典型构象有四种，对位交叉式、部分重叠式、邻位交叉式和全重叠式。其稳定性大小顺序 为：全重叠式<部分重叠式<邻位交叉式<对位交叉式。 由于对位交叉式是最稳定的构象，所以三个碳以上烷烃的碳链应以锯齿形为最稳定。 环己烷具有两种保持正常鍵角的构象：椅式和船式构象。在椅式中，相邻碳原子的键都 处于邻位交叉式的位置，是优势构象，具有与烷烃相似的稳定性。而船式的2、3和5、6 两对碳原子的构象是重叠型的，且船头和船尾的氢原子距离较近，斥力较大，故船式构象能 量高，不稳定。在常温下环己烷几乎完全以较稳定的椅式构象存在。 H (透视式) (纽曼投影式) 在环己烷的椅式构象中的12个C一H键分成两类：第一类六个C-H键是垂直于C1、C3、 C5(或C2、C4、C6)形成的平面，叫直立键，以a键表示，其中三个在环的上方，其余三 个在环的下方，相邻两个则一上一下：第二类六个C一H键与直立键形成接近10928夹角， 叫平伏键，以e键表示。 4 (b) 在室温下，两种椅式构象在不断地相互翻转，翻转以后C1、C3和C5形成的平面转至 C2、C4与C6形成的平面之下，因此a键变为e键，而e键则变为a键。 取代环烷烃如甲基环烷烃（见图5-4中I),由于甲基的体积比氢大，所以它与C3、C5 上的氢之间的距离要小于两个氢的范德华半径，使得它们之间产生相互排斥作用，环就产生 了一定的张力。但如甲基连在键上，由于甲基伸向环外，离非键合氢原子（无论a键还是 e键上的氢原子)较远，不产生张力。这样在各种构象的平衡体系中，甲基处在e键上的构 象是占有绝对优势的构象
以上碳原子的环烷烃称为桥环烃。根据螺环烃和桥环烃中环上碳原子的数目分别叫螺某烷或 二环某烷。 3. 烷烃和环烷烃的构象 由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式叫构象。构象有 无限多种，乙烷的两种典型构象是重叠式和交叉式（图 5-1）。交叉式构象中两个碳原子上 的氢原子间的距离最远，相互间的排斥力最小，分子的内能最低，因而稳定性也最大，这种 构象称之为优势构象。内能最高，最不稳定的构象则是重叠式。 重叠式 交叉式 H H H H H H HH H HH H 丁烷可以看作是乙烷的二甲基衍生物，以 C2－C3键为轴旋转可形成无数种构象。丁烷 的典型构象有四种，对位交叉式、部分重叠式、邻位交叉式和全重叠式。其稳定性大小顺序 为：全重叠式 < 部分重叠式 < 邻位交叉式 < 对位交叉式。 由于对位交叉式是最稳定的构象，所以三个碳以上烷烃的碳链应以锯齿形为最稳定。 环己烷具有两种保持正常鍵角的构象：椅式和船式构象。在椅式中,相邻碳原子的键都 处于邻位交叉式的位置，是优势构象，具有与烷烃相似的稳定性。而船式的 2、3 和 5、6 两对碳原子的构象是重叠型的，且船头和船尾的氢原子距离较近，斥力较大，故船式构象能 量高，不稳定。在常温下环己烷几乎完全以较稳定的椅式构象存在。 4 3 2 1 6 5 H H H H H H H H H H H H 2 H H H H 6 4 H H H H 1 3 5 H H H H （透视式） （纽曼投影式） 2 6 在环己烷的椅式构象中的 12 个 C－H 键分成两类：第一类六个 C-H 键是垂直于 C1、C3、 C5（或 C2、C4、、C6）形成的平面，叫直立键，以 a 键表示，其中三个在环的上方，其余三 个在环的下方，相邻两个则一上一下；第二类六个 C－H 键与直立键形成接近 109°28′夹角， 叫平伏键，以 e 键表示。 1 2 3 5 4 6 1 2 3 4 5 6 (a) (b) 在室温下，两种椅式构象在不断地相互翻转，翻转以后 C1、C3和 C5形成的平面转至 C2、C4 与 C6形成的平面之下，因此 a 键变为 e 键，而 e 键则变为 a 键。 取代环烷烃如甲基环烷烃（见图 5-4 中Ⅰ），由于甲基的体积比氢大，所以它与 C3、C5 上的氢之间的距离要小于两个氢的范德华半径，使得它们之间产生相互排斥作用，环就产生 了一定的张力。但如甲基连在 e 键上，由于甲基伸向环外，离非键合氢原子（无论 a 键还是 e 键上的氢原子）较远，不产生张力。这样在各种构象的平衡体系中，甲基处在 e 键上的构 象是占有绝对优势的构象。 CH3 1 2 3 4 5 6 H3C 1 2 3 4 5 6 (I) (II)