探索手性分子基础：走进手性分子的奇妙世界

手性：一个物体若与其镜像不能重合，称这个物体具有手性；也叫手征性。

不能与自身镜像重合的分子称为手性分子。一个分子是否具有手性与其对称性有关：

对称面：

若有一个平面把分子分成两半，这两半是实物与镜像的关系，则此平面是分子的对称面。用σ表示。

对称中心：

若分子中有一点，从分子中的任一原子或基团出发，向该点引一直线，若在距该点等距离处，有一相同的原子或基团，这点是对称中心，用i表示。

凡是分子中具有对称面或对称中心的分子是非手性分子；反之分子具有手性。

凡是手性分子必有互为镜像的两种构型，互为镜像的两种构型的异构体叫做一对对映体。这种立体异构称为对映异构。

注意:要把一种构型转变成它的对映异构体，必须断裂分子中的化学键，然后对调两个基团的位置。

手性碳原子:连有四个不同基团的碳原子。

注:

1.若分子中仅有一个手性碳原子，则该分子为手性分子，就存在一对对映异构体。

2.有些分子不含手性碳原子，但其仍为手性分子。

3.有的分子中含有多个手性碳原子，但其不是手性分子。（如下图）

内消旋体：

内消旋体是指分子内具有2个或多个非对称中心，但又有其他对称因素，如对称面存在，因而使整个分子不具有旋光性的化合物。

外消旋体：

外消旋体是一种具有旋光性(见旋光异构)的手性分子(见手征性)与其对映体的等摩尔混合物。

内消旋体与外消旋体的异同:

1)二者都无旋光性；

2)内消旋体是纯的非手性物质，而外消旋体是对对映体的等量混合物；

3)内消旋体不可拆分，而外消旋体可拆分。

一对对映体，它们的一般物理性质(如:熔沸点、密度、折光率、在非手溶剂中的溶解度以及光谱性质)相同但它们对偏振光的作用不同。

1、偏振光：

偏振光是指光波的电场在传播方向上的振动被限制在一个平面内，且该平面与光的传播方向垂直。这种现象使得光波在垂直于传播方向的截面上，其电场端点的轨迹形成一条直线、一个圆或一个椭圆。

2、旋光性：

能使偏振光发生偏转的性质，称为旋光性；具有这种性质的物质，称为旋光性物质(光活性物质)；反之为非光活性物质。使偏振光振动方向旋转的角度称为旋光度，用α表示。使偏振光振动方向向左旋称为左旋体，用“一”表示；向右旋的称为右旋体，用“+”表示。

注:

①凡是手性分子，都有旋光性；非手性分子无旋光性。

②一对对映体对偏振光的作用正好相反，一个使偏振光左旋，一个使之右旋，旋光度数值相等。

3、旋光性的测量：

用旋光仪进行测量

旋光仪主要由一个光源、两个尼克尔棱镜和一个盛测试样品的盛液管组成。尼克尔棱镜是由两块方解石直角棱镜沿斜面用加拿大树脂粘合而成。当一束单色光照射到尼克尔棱镜时，分解为两束相互垂直的平面偏振光，一束折射率为1.658的寻常光，一束折射率为1.486的非寻常光，这两束光线到达加拿大树脂粘合面时，折射率大的寻常光被全反射到底面上的墨色涂层被吸收，而折射率小的非寻常光则通过棱镜，这样就获得了一束单一的平面偏振光。

4、比旋光度的计算：

物理意义:1mL含1g旋光性物质的溶液，在1dm长的盛样管中，利用一定波长的入射光(钠单色光，D，λ=586.3nm)测得的旋光度。

比旋光度与入射光的波长、温度和溶剂有关，常将[α]写作[α]_λ^t葡萄糖:[α]_D²⁵ =+ 52.5。

在不用水做溶剂时，需注明溶剂的名称:

(5%乙醇)酒石酸在5%的乙醇溶液中其比旋光度为[α]_D²⁵=+ 3.79°（5%乙醇）。

1、手性碳:常用“*”表示

含有一个手性碳原子的化合物，一定是手性分子。有一对对映体，其中一个是左旋，一个是右旋。如乳酸:

[α]_D¹⁵ =+ 3.8^。 [α]_D¹⁵=-3.8^。

外消旋体:等量的左、右旋体的混合物

注意:

①外消旋体没有旋光性；

②外消旋体与其左、右旋体的物理性质不同；

③一般的物理方法不能分离外消旋体。

2、构型的表示方法

1）球棒模型

2）透视型（或伞形式）

“楔前虚后实平面”

3)菲舍尔(Fischer)投影式

投影规则:

①手性碳放在纸面上，

②伸向纸面前方的键放在横键上，伸向纸面后方的键放在竖键上(横前竖后)；

③主链竖着写，命名时编号小的碳在最上方。

3、构型的标记

1)D-L标记法--相对构型标记

注:D、L与左右旋无关，D、L表示相对构型而左、右旋通过旋光仪测定结果。

2)R-S标记法--绝对构型标记法取代基的优先次序规则:

取代基按其第一个原子的原子序数大小排列，原子序数大者为“较优”基团。若为同位素，则质量重的定为“较优”基团.

           I>Br>CI>F>OH>NH2>CH3>D>H

②如果两个基团的第一个原子相同，则比较与之相连的第二个原子，以此类推。

            -CH₂CH_3 >CH3

③含有双键或叁键基团，可以分解为连有两个或三个相同原子。

标记方法：

若a>b>c>d，d在离视线最远处；

若a>b>c为“顺”—R型

若a>b>c为“逆”—S型

含有两个不同手性碳原子的化合物

2-羟基-3-氯丁二酸(氯代苹果酸）

表：氯代苹果酸的物理性质

含有两个相同手性碳原子的化合物

2,3-二羟基丁二酸(酒石酸)是内消旋体

表：酒石酸的物理性质

总之，手性分子是一个充满奇妙和未知的世界。它们不仅构成了生命的基础，还推动了化学、生物学和药学等领域的发展。未来，随着科技的进步和研究的深入，我们相信会有更多关于手性分子的奇妙发现等待我们去探索。