有机化学之浅谈分子手性

有机化学之浅谈分子手性

有机化学是化学、化工、轻工、环工医药类各专业的一门重要的基础课,而立体化学是有机化学的一个重要组成部分，它的内容主要是研究有机化合物分子的三度空间结构、立体结构及其对化合物的物理性质和化学性质的影响，其中又以对映异构现象为重点。学习对应异构不仅可以锻炼我们学生的空间想象能力，也能锻炼学生的思维能力，这对于我们学生的成长有着积极影响。

学习认知

在学习立体化学时，难点就是分子的手性，接下来我们主要研究分子的手性

我们知道，生命是由碳元素组成的，碳原子在形成有机分子的时候，4个原子或基团可以通过4根共价键形成三维的空间结构。由于相连的原子或基团不同，它会形成两种分子结构。这两种分子拥有完全一样的物理、化学性质。比如它们的沸点一样，溶解度和光谱也一样。但是从分子的组成形状来看，它们依然是两种分子。这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对应。由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，就像我们的左手和右手那样，所以又叫手性分子。

对于非碳原子手性中心的分子，只要没有对称面和对称中心即为手性分子。

一个化合物的分子与其镜像不能互相叠合，则必然存在一个与镜像相应的化合物，这两个化合物之间的关系，相当于左手和右手的关系，即互相对映。这种互相对应的两个化合物成为对映异构体。这类化合物分子成为手性分子。不具有对称面和对称中心的分子有一个重要的特点，就是实体和镜象不能重叠，镜面不对称性是识别手性分子与非手性分子的基本标志。

分子的手性和分子结构的对称性有密切联系。化合物分子存在的对称因素有：对称轴（旋转轴）、对称面、对称中心和交替对称轴旋转反映轴,在课堂学习时，重点应放在对一个分子有没有对称中心和对称面的考察上。一般地说，有机物分子只要既没有对称中心，又没在对称面存在，就可以断定它是个手性分子了。会有个别例外情况，但不是主要问题。所以只要对这个问题掌握了就会比较容易地判断有机化合物分子是否存在手性，同时对立体化学中内消旋体概念的理解也会有较大的帮助。

命名学习

R/S构型命名法

顺序规则:,是由Cahn和Ingold等人从1951年开始提出的，经过修改定型60年代中期，又被称为CIP系统，随后被IUPAC（国际纯粹和应用化学联合会）采用，得到国际上的普遍应用，用R或S符号指明分子构型的方法，取决于分子立体模型的特征，独立于两个化合物间的相互转化，即与化合物的类型和来源无关。因而是个独立的方法。一般包括以下三个步骤，首先按顺序规则确定与手性碳原子X相连的四个基团a，b，c，d的先后顺序，排列为a>b>c>d,然后将顺序最后的基团I放在离观测者最远的方向,三个基团就指向观测者。最后,这三个基团按顺序规则递减排列的顺序a-b-c,若为顺时针方向则构型为R型,若为反时针方向则构型为S型。

学以致用

在农药上的应用

杀虫剂农药的许多大类中存在着手性化合物分子。其中杀虫剂占了手性化合物分子的绝大多数。主要有合成拟除虫菊醇类和有机磷酸南类杀虫剂。蘸果磷是砷年代开发的一个优秀品种，其分子中台有一个不对称磷原子，它的R体与s体的生物活性茬化下的羟氰化作用

存在较大差异，如对家蝇乙酰胆醇蘸的活体抑制活性是s体较高，而杀虫的活性却是R体比s体高。同时人们还发现蔬果磷的氧化产物恰好与蘸果礴的立体化学与生物活性关系性质相

反目前具有重要商业价值的拟除虫菊醇杀虫剂主要有氯氟氰菊醇、氯氰菊膏、溴氰菊醇、氰戊菊曹等。拟除虫菊醇可分为酸部分和醇部分，研究结果表明在大多数情况下。当酸部分c1采取R构型。醇部分a碳采取S构型时，可获得较高的生物活性。最早研究合成的烯菊醑有8个异构体，其生物活性不同．右旋反式菊酸与右旋的丙烯酮形成的丙烯菊醇即1R，3R，as 一丙烯菊酯的生物活性最高。对于非环丙烷类的拟除虫菊醣，当采取与澳氰菊醋相似的立体构型时可表现出较高活性n⋯，此外拟除虫菊酯与生物靶标作用时，应采取合适的构象才能表现出较高的生物活性，如醇部分是联苯或苯醚类时，两苯环之间的扭曲角以50度为最合适。

手性分子的药用价值

手性是生命过程的基本特征，构成生命体的有机分子绝大多数都是手性分子。人们使用的药物绝大多数具有手性，被称为手性药物。手性药物的“镜像”称为它的对映体，两者之间在药力、毒性等方面往往存在差别，有的甚至作用相反。20世纪60年代一种称为反映停的手性药物（一种孕妇使用的镇定剂，已被禁用）上市后导致1．2万名婴儿的生理缺陷，因为反映停的对映体具有致畸性。因此，能够独立地获得手性分子的两种不同镜像形态极为重要。

看来，手性真是一种奇妙的东西！手性的氨基酸甚至决定着我们这个世界存在的方式！对手性的研究，在造就工业奇迹的同时，也启发了我们对地球生命，甚至宇宙起源的重新认识。