药物也分“左右手”？神奇的手性之谜

国际著名期刊《纳米学报》最新在线发表题为《手性斯格明子与手性花相互作用》的论文，指出活性物质的手性性质在活性物质与手性结构相互作用的动力学中起着重要作用。国际著名期刊《自然》杂志也公布了125个最具挑战性的科学问题，“为什么生命需要手性”这一问题位列其中，足见手性的重要性。

手性是什么

人有两件宝，双手和大脑。手是身体的一部分，我们对它是否有足够的了解，是否考虑过这样一个简单的问题：我们的左手和右手能重合吗？答案是否定的。我们的左手与右手互为实物与镜像的关系，外形一致，但是无法重合。有趣的是，在自然界的其他物质中，手的这种特征也广泛存在。因此，我们形象地将某种物质与它的镜像无法重合的特征称为手性征或手性。

从微观的分子到宏观的宇宙，手性存在于每一个物质层次。简单地说，具有手性特征的分子被称为手性分子。手性分子有一个最基本的性质，那就是旋光性，而不具有手性的分子称为非手性分子，非手性分子无旋光性。

如果一个分子由于它的原子或基团围绕着某一点的非对称排列而产生手性，那么我们就将这个点称为手性中心，比如，将甲烷分子中的三个氢原子分别替换为烷基、羟基和羧基，就得到了一个表现出旋光性的乳酸分子。在这里，我们可以将4个不同基团相连的碳原子称为不对称碳原子或手性碳原子。

孪生兄弟：对映异构体

每个手性分子都具有两种不同的空间构型，这两种具有不同空间构型的分子互为对映异构体。对映异构体的原子和官能团都是一致的，仅在空间排列上有差异。因此，它们在非手性环境中的物理性质和化学性质基本上也是相同的，例如熔点、沸点、溶解度等。我们在这里将高度相似的对映异构体比喻为孪生兄弟。对映异构体之间互为实物与镜像，但是不能重合。

手性药物疗效大不同

需要注意的是，对映异构体在手性环境中所表现出的性质是不同的。在生物体内，各种酶和底物都具有手性，因此对映异构体在生理作用和药理活性方面表现出很大的差异。在20世纪60年代，欧洲各地出生了大量手脚异常的畸形婴儿，通过调查发现是母亲在怀孕期间服用了一种手性药物——反应停。

如果将一对对映异构体等量地混合在一起，就可以获得一种旋光度为零的组成物，我们称之为外消旋体。反应停就是手性药物沙立度胺的外消旋体。R—沙利度胺具有缓解妊娠反应、止吐和镇静等作用，而S—沙利度胺具有强烈的致畸性。因此，R—沙利度胺和S—沙利度胺混合后形成的药物反应停，会使婴儿畸形。

在化学领域，手性分子具有许多重要的应用，特别是在药物领域。药物分子通常是手性的。手性药物的对映异构体在生物体内的生物利用度和代谢速率可能会不同，药物的治疗效果和毒性可能会因手性异构体的不同而产生显著的差异。目前市售超过50%的药物是手性药物。

手性相关研究的最新进展

当前，关于手性研究的国际前沿主要分为这几方面：首先是手性物质的合成和分离技术。由于手性药物的药效和毒性不同，因此对于药物的合成和分离技术有着很高的要求。目前，研究人员主要依靠手性分离技术和不对称合成技术来解决这个问题。2001年和2021年诺贝尔化学奖均出在手性不对称合成领域。

其次，手性启发了我们对地球生命，甚至宇宙起源的重新认识。生命为什么需要手性？手性化合物在生命体中的作用机理一直是研究人员追逐的热点问题。

作为一项重要的自然属性，手性已渗透到化学、生命科学、材料科学等多个领域，其研究也在不断深入发展。掌握手性的一些基本知识，有助于我们在生活中正确认识和看待手性药品，深入理解自然界中的手性现象。

（第一作者系西北师范大学教授、博士生导师，第二作者系西北师范大学硕士研究生）