[科普中国]-外消旋固体溶液

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。它由旋光方向相反、旋光能力相同的分子等量混合而成，其旋光性因这些分子间的作用而相互抵消，因而是不旋光的。

定义外消旋固体溶液是一种外消旋体，纯旋光体之间，与对映体之间的亲和力比较接近，两种构型分子排列混乱。熔点、溶解度和纯旋光体比较接近。1

相关概念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。它由旋光方向相反、旋光能力相同的分子等量混合而成，其旋光性因这些分子间的作用而相互抵消，因而是不旋光的。并且，虽然对映体的物理性质一般相同，但外消旋体的物理性质如熔点、溶解度等与对应的对映体性质常常是不相同的。外消旋体常用D，L-标记，如右图所组成外消旋体的两种分子除旋光方向相反外，其他物理、化学性质相同，外消旋体是由一个具有潜手性中心的分子在生成一个手性中心时的必然产物。

通常认为，对于一对对映异构体来讲，除了各自的旋光方向相反、强度相等外，其他物理性质应该相同，这也就造成了所构成的外消旋体的物理性质完全相同。但是实际情况并不完全一样，对映异构体之间存在着相互作用的影响，这种影响在稀溶液和气相的情况下可以忽略不计，但在固态、纯溶液、浓溶液的情况下，这种影响还是比较大的。特别是在固态条件下，由于晶态外消旋体分子之间亲和力的影响，造成了以下一些特殊的情况。2

外消旋混合物外消旋混合物（racemicmixture）又称为聚集体（conglomerate），指两个相反构型纯异构体晶体的混合物，在结晶过程中外消旋物的两个异构体分别各自聚结、自发地从溶液中以纯结晶的形式析出。产生的主要原因是由于两个不同构型对映异构分子之间的亲和力小于同构型分子之间的亲和力，结晶时只要其中一个构型的分子析出结晶，在它的上面就会有与之相同构型的结晶增长上去，分别长成各自构型的晶体。形成等量的、两种相反构型晶体的混合物。这种聚集体也具有不对称的习性，各自的结晶体都呈现互为镜像关系。外消旋混合物的性质和一般混合物的性质相似，其熔点低于单一纯对映异构体，溶解度大于单一纯对映异构体。2

外消旋化合物外消旋化合物（racemiccompound）指两种对映异构体以等量的形式共同存在于晶格中，形成均一的结晶。产生的主要原因是由于两个不同构型对映异构分子之间的亲和力大于同构型分子之间的亲和力，结晶时两个不同构型对映异构分子等量析出，共存于同一晶格中。由于分子间的相互作用增强，其熔点常比纯的对映体高，有尖锐的熔点。外消旋化合物的其他物理性质也与组成它的纯对映体的物理性质不同，其熔点处于熔点曲线的最高点，当向外消旋化合物中加入——些纯的对映体时，会引起熔点的下降。固态的红外光谱也显示差异。2

假外消旋体假外消旋体（pseudoracemate）是外消旋化合物的一种特殊情况，在假消旋体中两种对映异构体以非等量的形式存在晶格中，形成的是—种固体溶液，也称为外消旋固体溶液。产生的主要原因是由于同构型分子之间与相反构型分子之间的亲和力差别不大，时两种构型的分子以任意比例相互混杂析出。其熔点曲线是凸形或凹形的，理想的情况下是—条直线假外消旋体的物理性质与纯对映异构体基本相同。但在实际应用过程中，假外消旋体的情况是比较少见的。2

区分区分外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体的常用方法有：①红外光谱法（IR）；②粉末X射线衍射法（XRD）；③差热分析法（DSC）。由于外消旋化合物是两种对映异构体以等量的形式共同存在晶格中，因此其红外光谱、XRD谱、DSC谱与纯对映异构体相比都有较大的差别；而外消旋混合物的晶格中只含有一个构型的分子，其红外光谱、XRD谱、DSC谱与纯对映异构体无显著差异。特别是外消旋化合物的DSC谱中，熔化潜热几乎是单—对映异构体的1倍。

利用溶解度曲线和熔点也可以区分外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体。当将外消旋体和任一纯对映异构体混合时，由于外消旋混合物具有混合物的性质，混合后的熔点会升高；而外消旋化合物混合后的熔点会降低；假外消旋体的混合熔点则没有显著变化。这是由于外消旋混合物具有混合物的特点，而假外消旋体属于外消旋固体溶液的缘故。

在外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体各自的饱和溶液中，加入任一纯对映异构体结晶后，对外消旋混合物和假外消旋体溶液，结晶不溶解；而外消旋化合物的饱和溶液中结晶会溶解，并产生旋光。2

拆分如果要从外消旋体的一对对映体中分离出其中之一，必须经过拆分的步骤。

1、通过化学反应：拆分剂，如常用的光活性碱包括奎宁、马钱子碱等，光活性酸则包括酒石酸、樟脑磺酸等。

2、酶解

3、晶种结晶

4、柱色谱

用物理、化学或生物的方法将一外消旋体拆分为纯的左旋体和右旋体的过程。拆分的方法有：

① 手工或机械法,如果对映体为呈明显的物体与镜像关系的半面体结晶时，可用手工方法将这两种晶体分开，例如外消旋酒石酸钠铵。

② 播种法，在外消旋体的过饱和溶液中,播入其中一个纯的对映体晶种，会导致这一对映体结晶析出，而在母液中留下另一对映体。在工业生产上，这一方法具有工艺简便、成本低廉的特点。

③生物法,某些微生物能有选择地将一对对映体中的一个加以破坏或消化掉，从而剩下另一异构体。这也是工业生产中常用的方法，产物的旋光纯度很高。

④ 选择吸附法，利用某些光学活性物质作吸附剂，有选择地吸附外消旋体中的一个对映体，达到拆分的目的，例如各种色谱法，其中包括离子色谱法，特别是配位离子交换法等。

⑤ 某些物理方法，例如,用一定波长的圆偏振光照射某些外消旋体时，能将其中一个对映体破坏而得到另一对映异构体。

⑥ 消旋归还拆分法,一些外消旋化合物在某些手性试剂的作用下，能使对映体之间经中间平衡而发生转化，将不需要的一个异构体转变为需要的对映体。

⑦ 化学法,这是最重要、最常用的拆分法。它是将一对对映体转变为非对映异构体，即在一对对映体分子中引入同一的手征性基团，从而生成一对非对映异构体，再根据一对非对映异构体在物理性质上存在的差异而将二者拆分，分开后再把所引入的手征性因素除去，即可得到纯的左旋或右旋体。

如一外消旋酸(±)-A与旋光性碱(-) -B生成一对非对映异构体的(+)-A·(-)-B和(-)-A·(-)-B盐，将二者分开后再除去碱(-)-B,即得到纯的(+)-A和(-)-A。如下式： 其他的拆分法有光学活性膜拆分法、膜电极拆分法、大环多聚醚拆分法，以及利用光学活性溶剂进行萃取或重结晶方法等。此外还有某些特殊的方法，如螺[3.3]-1, 5-庚二烯与氯化铂和光学活性的α-甲基苄胺形成的非对映异构体络合物，能在二氯甲烷中被拆分。尿素与外消旋2-氯辛烷能形成两种不同的笼状半面晶非对映异构体而被拆分。1

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学