第 10 章 立体异构 第一节 光学异构 10.1 物质的光学活性 10.2 含有一个手性碳原子的化合物 10.3 含有两个手性碳原子的化合物 10.4 不含手性碳原子的旋光异构
10.1 物质的旋光性 1. 普通光的振动
2. 偏振光和旋光性 偏振光：只在一个平面上振动的光
旋光性：可使偏振光的振动平面发生改 变的性质 旋光物质：具有旋光性的物质 右旋物质（＋）： 使偏振光向右旋转 左旋物质（－）： 使偏振光向左旋转 外消旋体（ ± ）： 等量的右旋体和左旋体组 成的混合体系，失去光学活性，但可以拆分 为左旋和右旋两个具有旋光性的异构体。
3. 旋光度和比旋光度 旋光度：旋光物质使偏振光旋转的角度， 用 α 表示。用旋光仪测量。
比旋光度： 指 T=20 ℃，钠光（用 D 表 示 ， 589nm ） ρ B = 1g ·ml -1, L=1dm 时，所测的旋光物质的旋光度 比旋光度： 指 T=20 ℃， 钠光（用 D 表 示 ， 589nm ） ρ B = 1g ·ml -1, L=1dm 时，所测的旋光物质的旋光度
例 1 ：将某糖 5 g 溶于 100 ml 甲醇 中，在 T=20 ℃ ， L=1. 0 dm 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 1 ：将某糖 5 g 溶于 100 ml 甲醇 中，在 T=20 ℃ ， L=1. 0 dm 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] 。
10.2 含有一个手性碳原子的化合物 1. 手性与手性分子 手性：互呈实物与镜像关系而不能完全重合的特性 手性分子：与镜像不能重叠的分子称为手性分子
手性分子的判断 （ 1 ）对称面：能把分子分成实物与 镜像两部分的假想平面
设想分子中有一点 P ，将此点与 分子中任何一个原子或原子团连成一直线， 顺此直线反向延长至等距离处，如接触到相 同的原子或原子团，此点为对称中心。 对称中心：设想分子中有一点 P ，将此点与 分子中任何一个原子或原子团连成一直线， 顺此直线反向延 长至等距离处，如接触到相 同的原子或原子 团，此点为对称中心。
结论： 如果一个分子中没有任何对称面或对 称中心，这个分子就是手性分子。 分子的手性是物质具有旋光 性的根本原因
指与四个不相同的原 子或原子团相连接的碳原子 2. 手性碳：指与四个不相同的原 子或原子团相连接的碳原子
优点：直观、形象 缺点：麻烦、只能用于简单物质 3. 分子构型的表示方法 （ 1 ）透视式 优点：直观、形象 缺点：麻烦、只能用于简单物质
对映体 概念：结构式相同，只是手性碳相连的 4 个 基团排列顺序不同，因此不能完全重合， 这种异构体称为对映异构体。 特点：旋光方向相反，其它物理性质和化 学性质相同
注意：只允许在该平面上旋转 180° 或整 数倍，否则破坏规定。 （ 2 ）费歇尔投影式 原则：横前竖后，碳链竖直，小号在上 注意：只允许在该平面上旋转 180° 或整 数倍，否则破坏规定。
方法：将 C* 上原子或原子团按次序规则排定次序， 最小基团放在离眼睛最远处，观察剩余基团从大到小 的排列顺序，如为顺时针方向，用 R 表示；如为逆时 针方向，以 S 表示。 （ 3 ） R 、 S 标记法 方法：将 C* 上原子或原子团按次序规则排定次序， 最小基团放在离眼睛最远处，观察剩余基团从大到小 的排列顺序，如为顺时针方向，用 R 表示；如为逆时 针方向，以 S 表示。
费歇尔投影式标定 R 、 S 构型 横变竖不变
（ 4 ） D 、 L 标记法 1951 年前无法确定其真实构型
其它旋光物质用联系法或对照法确定其构型
10.3 含有两个手性碳原子的化合物 1. 含有两个不相同手性碳原子的化合物
讨论： 讨论： （ 1 ）对映体：Ⅰ与Ⅱ，Ⅲ与Ⅳ （ 1 ）对映体：Ⅰ与Ⅱ，Ⅲ与Ⅳ （ 2 ）非对映体 : Ⅰ与Ⅲ、Ⅳ，Ⅱ与Ⅲ、Ⅳ不是 实物与镜像关系 （ 2 ）非对映体 : Ⅰ与Ⅲ、Ⅳ，Ⅱ与Ⅲ、Ⅳ不是 实物与镜像关系
讨论 : 讨论 : （ 3 ）差向异构体：只有一个手性碳原子构型相反， 而其他手性碳原子的构型均相同的两种异构体。 Ⅰ与Ⅲ为 C 2 ，Ⅰ与Ⅳ为 C 3 ，Ⅱ与Ⅲ为 C 3 ，Ⅱ与 Ⅳ 为 C 2 。 Ⅰ与Ⅲ为 C 2 ，Ⅰ与Ⅳ为 C 3 ， Ⅱ与Ⅲ为 C 3 ，Ⅱ与 Ⅳ 为 C 2 。
2. 含有两个相同手性碳原子的化合物 内消旋体：分子内虽含有手性碳原子，但同时存 在对称性因素，而不显旋光活性的化合物。是一 个化合物，不能再分离成具有旋光性的物质。 外消旋体：由等量的左旋体和右旋体组成，可再 分离为左旋体和右旋体，是混合物。
2. 含有两个相同手性碳原子的化合物
10.4 不含手性碳原子的旋光异构体
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] D t =α/Lc 。 的由来： 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 ） =100 α /[α] D 20 l 如果换算成一水葡萄糖浓度（ c ˊ）时，则应为： c ˊ = c× = α× × =α× 所以，测定葡萄糖溶液的旋光度可以求得其含量。
四、旋光仪的工作原理
WZZ-2 自动旋光仪构造原理 1. 光源 2. 小孔光栏 3. 物镜 4. 滤光片 5. 偏振镜 6. 磁旋线圈 7. 样品室 8. 偏振镜 9. 光电倍增管 10. 前置放大器 11. 自动高压 12. 选频放大器 13. 功率放大器 14. 伺服电机 15. 蜗轮蜗杆 16. 计数器
使用方法 （ 1 ）将仪器电源插头插入 220V 交流电源，并将接地脚可靠 接地。 （ 2 ）打开电源开关，这时钠光灯应启亮，需经 5min 钠光灯 预热，使之发光稳定。 （ 3 ）打开电源开关（若光源开关打开后，钠光灯熄灭，则 再将光源开关上下重复打开 1 到 2 次，使钠光灯在直流下点 亮，为正常）。 （ 4 ）打开测量开关，这时数码管应有数字显示。 （ 5 ）将装有蒸馏水或其他空白溶剂的试管放入样品室，盖 上箱盖，待示数稳定后，按清零按钮。试管中若有气泡， 应先让气泡浮在凸颈处。通光面两端的雾状水滴，应用软 布揩干。试管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应为，影响读 数。试管安放时应注意标记的位置和方向。
（ 6 ）取出试管，将待测样品注入试管，按相同的位置和方 向放入样品室内，盖好箱盖。仪器数显窗将显示出该样品 的旋光度。 （ 7 ）逐次按下复测按钮，重复读几次数，取平均值作为样 品的测定结果。 （ 8 ）如样品超过测量范围，仪器在 ±45 处来回振荡。此时， 取出试管，打开箱盖按箱内回零按钮，仪器即自动转回零 位。 （ 9 ）仪器使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电源开关 。 （ 10 ）钠灯在直流供电系统出现故障不能使用时，仪器也可 在钠灯交流供电的情况下测试，但仪器的性能可能略有降 低。 （ 11 ）当放入小角度样品（小于 0.5° ）时，示数可能变化， 这时只要按复测按钮，就会出现新的数字。
五、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 1ml 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 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 C 6 H 12 O 6 ·H 2 O 的含量。
六、实验结果 1. 数据记录 葡萄糖 123 α α 平均值 标示量百分 含量 %
2. 结果计算 式中 : 1 、 2 、 3 ─ 测得的旋光度； 常数； C － 每 100ml 溶液中含葡萄糖的重量 (g) ； L － 旋光管的长度 (dm) 。
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？