[科普中国]-旋光异构

不对称分子中原子或原子团在空间的不同排布，对平面偏振光的偏振面发生不同影响的异构现象，称为旋光异构（optical isomerism），它所产生的异构体，称为旋光异构体（optical antipodes）。

含义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，也称对映异构体。1

相关知识同分异构现象的分类分子的同分异构现象可以分为两类：构造异构和立体异构。构造异构又可以分为碳链异构，位置异构和官能团异构；立体异构可以分为构型异构和构象异构；其中，构型异构又可以分为顺反异构（几何异构）和对映异构（旋光异构）。

分子的手性当分子中的一个碳原子与四个不同的基团连接时，这个化合物可能有两种不同的排列方式。

如图1可知，以上两个分子在空间不能重叠，它们并不是同一种化合物，

这两个构型化合物的不同表现在对平面偏振光的不同影响。手性实际上是指两个化合物互为实物与镜像关系，不能重合的性质。1

平面偏振光和旋光活性平面偏振光：只在一个平面上振动的光。旋光活性：使偏振光的振动面发生旋转的性质。具有手性的分子具有旋光活性。见图2。1

非对映异构体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。

RS构型绝对构型的确定：（1）把手性碳原子所连的4个不同基因（或原子）跟据英果尔-凯恩规则，确定先后次序。（2）将次序最后的基因（或原子）指向背离我们的方向，其他三个指向我们，然后观察这三个基团的排列次序。（3）如果这三个基团从最优先A到第二优先基团B，再到第三优先基团C的次序是顺时针方向排布则是R-构型；反之，则是S构型。2

旋光异构体分类导致旋光异构现象的原因，可以按照旋光异构体的种类来分类，有三种：

分子中含有一个手性碳原子含有一个手性碳原子时，分子必定有手性，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。对映异构体旋光度大小相等，方向相反，其物理和化学性质极为相似，如乳酸（图4）：

一个可以使平面偏振光向右旋，称为右旋体（+）；另一个使平面偏振光向左旋，称为左旋体（+）。二者旋转角度相同，因此对映异构也称为旋光异构。

特殊情况是外消旋体。当等量的左旋体和右旋体混合时，此时混合物表现出无旋光活性，称为外消旋体。1

分子中含有两个手性碳原子1 含有两个不相同手性碳原子

含有两个手性碳原子的化合物应该有4个旋光异构体。例如：2-羟基-3-氯丁二酸（图5）。

分子里含有n个不同的手性碳原子，对应异构体数目为 。

可以看到图4中，前两个互为对映异构体，后两个也互为对映异构体；但是，这两个整体并不是互为对映异构体，而是非对映异构体，物化性质差别很大。1

2 含有两个相同属性碳原子的分子

总共有4个旋光异构体，如酒石酸（图6）：

其中a和b为对映异构体，c与d也好像是对映体。但实际上c与d是同一种分子，因为它们可以互相叠合。只要以通过C2-C3键中点，与观察平面垂直的线为轴旋转180°，就可以看出来它是可以与d叠合的。也就是说，c和d是相同的。

旋光能力由于分子内的两个结构相同但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。

因此，含有两个相同手性碳原子的化合物，有三个旋光异构体，其中一对对映体，一个是内消旋体。1

不含手性碳原子的分子某些分子不含手性碳原子，但由于分子中的内旋转受阻碍，也可以引起旋光异构现象，例如丙二烯型或联苯型旋光化合物是通过分子中的一个轴来区别左右手征性；又如旋光性提篮型化合物分子是就一个平面来区别手性的等。一些常见的例子见下图。1

旋光异构的广泛应用研究有机化学反应过程反应中的立体化学

通过分析比较产物结果中的旋光性质，可以分析得到消旋体的比例，从而得到反应过程。3

手性分子的应用获得手性分子的重要意义一 药物与人类的关系:构成生命体系的生物大分子大多数是以一种对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，生物体的酶和细胞表面受体是手性的，故对外消旋药物的识别、消化和降解过程也是不同的。手性分子的来源自然界：糖类、氨基酸、生物破、萜类、 甾体化合物不对称有机合成反应。4

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学