手性（基础知识），你知多少？
手性，就是指一个物体与其镜像不存在几何对称性，并且不能通过平移或旋转等对称操作使物体与其镜像相重合的特性。手性广泛存在于自然界和人造材料中，大至星系旋臂、行星自转、大气气旋，小到自然界动植物、矿物晶体、有机高分子、纳米材料等。手性分为两类：左手性和右手性，即一个物体和它在镜子中的像在手性上刚好相反。
图1 左手性与右手性的分子互成镜像且无法重叠 手性判断的根据 手性是分子内缺少对称元素引起的，但是单独的对称轴、对称面、对称中心的有无并不能作为分子是否具有手性的判据，通常来讲，没有对称面、对称中心和S4反轴，基本就可以断定它是手性分子。 注：Sn操作是指rotation + （垂直于Cn轴）reflection，拥有S4反轴是指分子沿C4轴旋转90°，再以垂直于C4轴的面做对称，能够与原来分子重合 立体异构表示方式 D或L 指分子的绝对构型，按照与参照化合物D—或L—甘油醛的绝对构型并通过实验化学关联来指定，常用于氨基酸或碳水化合物。 左为D—甘油醛、右为L—甘油醛 R和S 可以用来确定手性碳的构型，将与手性碳原子相连的四个基团按顺序排列大小，最小的基团放在离眼睛最远的地方，其他三个基团按由大到小的方向旋转排列大小，若旋转方向是顺时针的，则手性碳是R构型，若旋转方向是逆时针的，手性碳为S构型。 图片来源于网络，侵删 +或-右旋或左旋 按照实验测定，化合物能将单色平面偏振光的平面向顺时针方向或向逆时针力向旋转向定。应指出的是，化合物的右旋和左旋与该化合物的绝对构型并无直接的联系。 构型与构象 构型（configuration） 分子链中由化学键所固定的原子在空间中的几何排列。 构象(conformation) 由于单键的旋转，使分子中原子或基团在空间产生不同的排列。 注：一般来说构型改变需要涉及共价键的断裂与生成，而构象的改变无需共价键破坏。 立体异构体、非对映异构体和对映体 立体异构体(stereoisomers) 其分子由相同数目和相同类型的原子组成，是具有相同的连接方式但构型不同的化合物。 非对映异构体(diastereoisomers) 对于分子中具有两个或多个小对称中心，并且其分子互相不为实物和镜像的立体异构体。例如，D-赤藓糖和D-苏阿糖。常简称为“非对映体”。非对映体也在立体异构体的范畴之内。 左为D-赤藓糖、右为D-苏阿糖 对映体(enantiomers) 其分子互相为不可重合的实物和镜像的立体异构体。对映体的内能是相同的，它们在非手性环境的物理化学性质时相同的，但在手性中，它们的性质不同，例如，与手性试剂的反应或在手性催化剂、手性溶剂中的反应速率则不相同。 外消旋、内消旋和外消旋化 外消旋体(racemate) 以外消旋体或两个对映体的等量混合物存在，也以符号（±）或（dl）示之。由于左旋体和右旋体分子之间亲和关系不同，因此外消旋体的物理性质与单纯的左旋体或右旋体不同，外消旋体可以进一步细分为一下三类： 1）外消旋化合物 当左旋体与右旋体分子互相之间有较大的亲和力时，两种分子将有可能在晶胞中配对，形成计量学意义上的化合物晶体，这样的外消旋体为“外消旋化合物（racemic compound）”，它们的熔点多数高于纯旋光体，而溶解度多低于纯旋光体。 2）外消旋混合物 当左旋体与右旋体分子互相之间的亲和力小于它们自身的亲和力时，左旋体和右旋体可能分别形成晶体，这样的外消旋体称为“外消旋混合物（racemic mixture）”。它们的熔点多数低于纯旋光体，而溶解度多高于纯旋光体。 3）外消旋固体溶液 当一个纯旋光体分子对与其构型相同的分子和构型相反的分子亲和力接近时，则两种构型分子排列是混乱的，这样的外消旋体称为“外消旋固体溶液（racemic solid solution）”，它们的熔沸点和溶解度与纯旋光体比较接近。 内消旋（mesomer） 分子内具有两个或多个不对称中心但又有对称面，因而不能以对映体存在的化合物。例如内消旋酒石酸。内消旋化合物用前缀meso冠示。洒石酸有两个不对称中心，因此有一对对映体和一个内消旋体，共3个立体异构体。 图片来源于网络，侵删 外消旋化(racemization) 由纯的光活性物质转变为外消旋体的过程称为外消旋化。如果构型转化未达到半量，就叫部分外消旋化。
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