旋光异构之我见

旋光异构之我见
旋光异构称光学异构，为两个或多个分子由于构型上的差异而表现出不同旋光性能的现象。

这些分子互为旋光异构体。

L.巴斯德对旋光异构进行了开创性的研究，为立体化学奠定了基础。

关于他的来源，西元1849年，化学家路易²巴斯德（Louis Pasteur）发现从在酿酒的容器中，取得的酒石酸盐可以使平面偏极光旋转，但是使用其他来源的酒石酸盐却无法测定出此性质！而此二者不同之处即是能否让平面偏极光旋转，原因就是此二者为光学异构物。

西元1874年凡荷夫和列贝尔（Joseph Le Bel）成功用连接到碳原子的四面体结构的理论解释此异构物种类的旋光性质。

旋光异构是指分子式、构造式相同，构型不同，物理性质和化学性质基本相同，性质上的差异主要表现在使平面偏振光偏转的性质不同（旋光性能）上的立体异构现象。

在偏振光通过某物质时，能使偏振光的振动平面发生旋转的性质称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性质。

能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体，能使偏振光振动平面向左旋转的物质称左旋体，使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度。

旋光性物质的旋光度的大小决定于该物质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液管的长度、测定温度、所用光源波长等因素有关。

为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用比旋光度来表示。

能使平面偏振光振动平面发生偏转的性质称为物质的旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性物质（也称为光活性物质）。

导致旋光异构现象的原因有两种：分子中含有一个或多个手性原子。

1:含有一个手性碳原子时，有两个旋光异构体，它们具有互为实物和镜像的关系，故也称对映体。

对映异构体具有相等的旋光能力，但旋转方向相反，其物理和化
学性质极为相似。

2:含有两个相同属性碳原子的分子，有3个旋光异构体。

3：分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2^n，n为不同手性原子的个数。

含有两个相同手性碳原子的分子，有三个旋光异构体，如酒石酸：
其中a和b为对映异构体;c的旋光能力由于分子内的两个结构相同但构型（见分子的构型）相反的手性原子的存在而互相抵消，称为内消旋体，它与a或b 在分子中既有构型相同的部分，又有构型相互对映的部分，这种关系称为非对映异构。

非对映异构体不仅旋光性不同，物理和化学性质也不尽相同。

环状化合物中含有手性原子时，也可出现上述旋光异构现象。

分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2n,n为不同手性原子的个数。

旋光异构体可用D-、L－法标记其构型，也可用R-、S－法标记其分子中每个原子的构型（见顺序规则）。

②某些分子虽然不含手性原子，但由于分子中的内旋转受阻碍，也可以引起旋光异构现象，例如取代的联苯类化合物、聚集多烯类化合物、柄型化合
物和螺环化合物等：这些分子中除有些可能含有c2轴之外，其
他不含有任何对称因素。

除碳原子外，其他原子如氮、硫、硅、磷、砷、硼、铍等处于适当分子结构中时，也可造成对映异构。

某些金属原子处于适当结构的配位化合物中时，也能出现对
映异构，例如：旋光异构现象与人类有密切的关系，多数天然产
物都具有旋光性，许多与生命有关的大分子与旋光异构有密切的关系。

许多细菌也只对药物中的某一个对映体有效应。

目前，有机化学家们正在寻求高效率拆分对映体的方法和通过不对称合成高产率地获得某一指定旋光异构体的方法。

其中a和b为对映异构体;c的旋光能力由于分子内的两个结构相同但构型（见分子的构型）相反的手性原子的存在而互相抵消，称为内消旋体，它与a或b 在分子中既有构型相同的部分，又有构型相互对映的部分，这种关系称为非对映异构。

非对映异构体不仅旋光性不同，物理和化学性质也不尽相同。

环状化合物中含有手性原子时，也可出现上述旋光异构现象。

分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2n,n为不同手性原子的个数。

旋光异构体可用D-、L－法标记其构型，也可用R-、S－法标记其分子中每个原子的构型（见顺序规则）。

②某些分子虽然不含手性原子，但由于分子中的内旋转受阻碍，也可以引起旋光异构现象，例如取代的联苯类化合物、聚集多烯类化合物、柄型化合
物和螺环化合物等：这些分子中除有些可能含有c2轴之外，其
他不含有任何对称因素。

除碳原子外，其他原子如氮、硫、硅、磷、砷、硼、铍等处于适当分子结构中时，也可造成对映异构。

某些金属原子处于适当结构的配位化合物中时，也能出现对
映异构，例如：旋光异构现象与人类有密切的关系，多数天然产物都具有旋光性，许多与生命有关的大分子与旋光异构有密切的关系。

许多细菌
也只对药物中的某一个对映体有效应。

目前，有机化学家们正在寻求高效率拆分对映体的方法和通过不对称合成高产率地获得某一指定旋光异构体的方法。

实验事实：
结论：来源不同，旋光性不同。

旋光性不同，生理活性有很大差异。

如：
左旋右旋
氯霉素有杀菌作用作用很微弱
维生素C 治疗坏血病疗效很微弱
葡萄糖没有营养价值有营养价值非旋光（活性）物质（如：水、酒精）不能使偏光振动平面旋转的物质，无旋光性，称为非旋光（活性）物质或称无光学活性物质。

旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度，称为旋光度，以“α”表示。

旋光度与温度、待测液的浓度、光的波长、盛液管的长度、溶剂的种类有关，测出
的旋光度没有可比性，便提出了比旋光度。

比旋光度：
—比旋光度α—旋光度
ρB—密度l—盛液管长度
测定物质的旋光度时，所用溶剂也会影响物质的旋光度，因此，不用水作溶剂时，需注明溶剂的名称。

如：
分子的手性与旋光异构
左右手具有实物与镜像关系，但不能完全重叠。

像这种具有实物与镜像关系，但不能完全重叠的特性叫“手性”或“手征性”。

产生手性的原因：两只手的手指在空间的排列方式不同（如上图）。

产生手性分子的原因：手性分子中的原子或原子团在空间的排列]tα
λ
方式不同。

具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子。

一般地说，一个分子同时不具有对称面和对称中心的，该分子就有手性、有旋光性、有旋光异构体。

反之，一个分子若具有对称面或对称中心的，就不具有手性，也就没有旋光性、没有旋光异构体。

手性分子一定具有旋光性，具有旋光性的分子一定是手性分子。

与四个完全不同的原子或原子团相连的碳原子
叫手性碳原子。

如：
手性碳原子用星（
）号标出。

*
注：具有旋光性的物质一般都含有手性碳原子，但不尽然；
具有手性碳原子的物质一般都具有旋光性，但也不尽然。

同时没有对称面、对称中心、交替对称轴,（而不是手性碳）是分子具有旋光性和旋光异构现象的充分必要条件。

要判断一个分子是否具有手性，最可靠的方法是将这个分子本身以及它的镜像都作成模型，再来比较实物和镜像是否能完全重合。

若不能完全重合，则该分子有手性，存在对映异构体。

物质分子是否有手性（即能否与其镜象完全重叠），可从分子中有无对称因素(symmetry of elements)来判断，最常见的分子对称因素有对称面和对称中心。

假设分子中有一平面能把分子切成相互对称的两半，该平面就是分子的对称面。

尽管手性碳和分子手性没有必然的关系，但它们有密切的联系。

在大多数情况下，手性分子中往往存在手性碳原子。

对映体与外消旋体
.
对映体：具有实物与镜像关系但不能完全重叠的一对旋光异构体，叫对映异构体，简称对映体。

对映体的特点：
（1）物性、化性一般都相同；
（2）比旋光度大小相等，方向相反。

外消旋体：
等量的左旋体和右旋体（对映体）的混合物叫外消旋体。

通常用（±）表示外消旋体。

外消旋体的特点：
（1）为一混合物；（2）比旋光度为零。

（3）与相应的左旋体和右旋体相比：
①旋光性不同；②物性有差异；③化性基本相同
结论：
（1）含一个手性碳原子的化合物有两个旋光异构体（一个
左旋体、一个右旋体），等量混合组成一个外消旋体。

（2）含一个手性碳原子的化合物一定具有旋光性。

旋光异构体构型的表示方法—费歇尔（E.Fischer）投影式
书写方法：
（1）用“+”字交叉点表示手性碳原子，四个价键与四个不同的原子或原子团相连。

（2）分子的主碳链直立，命名中编号小的碳原子处在上方。

（3）水平键指向纸面（或板面）的前方；
垂直键指向纸面（或板面）的后方。

（4）费歇尔投影式只能在纸面上
旋转180°的整数倍；
（5）费歇尔投影式不能离开纸面翻转。

内消旋体与外消旋体的异同
相同点：都无旋光性
不同点：内消旋体是一种纯物质，外消旋
体是两个对映体的等量混合物，可拆
分开来。

从内消旋酒石酸可以看出，有手性碳原子的化合物，不一定是手性分子故能说是手性碳原子的分子一定有手性。

对映体和非对映体的生物学性质往往大不相同。

手性分子的立体结构与受体的立体结构(受体靶位)有互补关系时，其活性部位才能进入受体的靶位，产生应有的生理作用。

而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理效应。

如：(1R,2R)-(-)-氯霉素有效，而其对映体几乎无效，它们的抗菌活性
为100:0.4。

由于旋光异构体的空间结构形式不同，导致了药理作用不同。

有的是其中一种不起作用或作用很小或有副作用，而另一种作用大且无副作用，那么就有必要把旋光异构体分开。

现在有不少药物已经采用了旋光异构体分离技术。

这门技术是具有很大的发展前景的，相信也会给人类带来更多的利益。