旋光異構

不對稱分子中原子或原子團在空間的不同排布，對平面偏振光的偏振面發生不同影響的異構現象，稱為旋光異構（optical isomerism），它所產生的異構體，稱為旋光異構體（optical antipodes）。

基本介紹

• 中文名：旋光異構
• 外文名：optical isomerism
• 別名：對映異構 鏡像異構 手性異構
• 分子數量：兩個或多個

含義

兩個或多個分子由於構型上的差異而表現出不同旋光性能的現象。這些分子互為旋光異構體，也稱對映異構體。

相關知識

同分異構現象的分類

分子的同分異構現象可以分為兩類：構造異構和立體異構。構造異構又可以分為碳鏈異構，位置異構和官能團異構；立體異構可以分為構型異構和構象異構；其中，構型異構又可以分為順反異構（幾何異構）和對映異構（旋光異構）。

分子的手性

當分子中的一個碳原子與四個不同的基團連線時，這個化合物可能有兩種不同的排列方式。

如圖1可知，以上兩個分子在空間不能重疊，它們並不是同一種化合物，

圖1

這兩個構型化合物的不同表現在對平面偏振光的不同影響。手性實際上是指兩個化合物互為實物與鏡像關係，不能重合的性質。

平面偏振光和旋光活性

平面偏振光：只在一個平面上振動的光。旋光活性：使偏振光的振動面發生旋轉的性質。具有手性的分子具有旋光活性。見圖2。

非對映異構體

在分子中既有構型相同的部分，又有構型相互對映的部分，這種關係稱為非對映異構。非對映異構體不僅旋光性不同，物理和化學性質也不盡相同。

RS構型

絕對構型的確定：（1）把手性碳原子所連的4個不同基因（或原子）跟據英果爾-凱恩規則，確定先後次序。（2）將次序最後的基因（或原子）指向背離我們的方向，其他三個指向我們，然後觀察這三個基團的排列次序。（3）如果這三個基團從最優先A到第二優先基團B，再到第三優先基團C的次序是順時針方向排布則是R-構型；反之，則是S構型。

異構體分類

導致旋光異構現象的原因，可以按照旋光異構體的種類來分類，有三種：

分子中含有一個手性碳原子

含有一個手性碳原子時，分子必定有手性，有兩個旋光異構體，它們具有互為實物和鏡像的關係，故也稱對映體。對映異構體旋光度大小相等，方向相反，其物理和化學性質極為相似，如乳酸（圖4）：

圖4乳酸的旋光異構

一個可以使平面偏振光向右旋，稱為右旋體（+）；另一個使平面偏振光向左旋，稱為左旋體（+）。二者旋轉角度相同，因此對映異構也稱為旋光異構。

特殊情況是外消旋體。當等量的左旋體和右旋體混合時，此時混合物表現出無旋光活性，稱為外消旋體。

分子中含有兩個手性碳原子

1 含有兩個不相同手性碳原子

含有兩個手性碳原子的化合物應該有4個旋光異構體。例如：2-羥基-3-氯丁二酸（圖5）。

分子裡含有n個不同的手性碳原子，對應異構體數目為 。

圖52-羥基-3-氯丁二酸的旋光異構體

可以看到圖4中，前兩個互為對映異構體，後兩個也互為對映異構體；但是，這兩個整體並不是互為對映異構體，而是非對映異構體，物化性質差別很大。

2 含有兩個相同屬性碳原子的分子

總共有4個旋光異構體，如酒石酸（圖6）：

其中a和b為對映異構體，c與d也好像是對映體。但實際上c與d是同一種分子，因為它們可以互相疊合。只要以通過C2-C3鍵中點，與觀察平面垂直的線為軸旋轉180°，就可以看出來它是可以與d疊合的。也就是說，c和d是相同的。

圖6酒石酸菲舍爾投影式

旋光能力由於分子內的兩個結構相同但構型相反的手性原子的存在而互相抵消，稱為內消旋體。它與a或b在分子中既有構型相同的部分，又有構型相互對映的部分，這種關係稱為非對映異構。非對映異構體不僅旋光性不同，物理和化學性質也不盡相同。

因此，含有兩個相同手性碳原子的化合物，有三個旋光異構體，其中一對對映體，一個是內消旋體。

不含手性碳原子的分子

某些分子不含手性碳原子，但由於分子中的內旋轉受阻礙，也可以引起旋光異構現象，例如丙二烯型或聯苯型旋光化合物是通過分子中的一個軸來區別左右手征性；又如旋光性提籃型化合物分子是就一個平面來區別手性的等。一些常見的例子見下圖。

廣泛套用

研究有機化學反應過程

反應中的立體化學

通過分析比較產物結果中的旋光性質，可以分析得到消旋體的比例，從而得到反應過程。

手性分子的套用

獲得手性分子的重要意義一 藥物與人類的關係:構成生命體系的生物大分子大多數是以一種對映體形式存在的。故藥物與其作用也是以手性的方式進行的，生物體的酶和細胞表面受體是手性的，故對外消旋藥物的識別、消化和降解過程也是不同的。手性分子的來源自然界：糖類、胺基酸、生物破、萜類、 甾體化合物不對稱有機合成反應。