[科普中國]-不對稱原子

為連接有四個不同的原子或原子團(tuán)的原子。不對稱碳原子連有四個不同原子或原子團(tuán)，它的四面體結(jié)構(gòu)有兩種形式，彼此互為實(shí)物與鏡像的關(guān)系， 即相互對映，不能重疊。

舉例手性碳原子存在于許多有機(jī)化合物中特別是和生命現(xiàn)象有關(guān)的有機(jī)化合物中。例如：葡萄糖、果糖、乳酸等。

1、手性碳原子一定是飽和碳原子；

2、手性碳原子所連接的四個基團(tuán)要是不同的。1

化學(xué)性質(zhì)旋光性：分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定其是否有手性。在有機(jī)化合物中，手性分子大多數(shù)都含有手性碳原子，所以，一般來說，可以通過判斷分子是否有手性碳原子來斷定分子是否有手性。含有一個手性碳原子的分子一定是個手性分子。一個手性碳原子可以有兩種構(gòu)型，所以，含有一個手性碳原子的化合物有兩種構(gòu)型不同的分子，它們組成一對對映異構(gòu)體，一個使偏振光右旋，另一個使偏振光左旋。

因有手性碳原子的存在而存在光學(xué)異構(gòu)體。

手性分子的兩種類型，對其化學(xué)性質(zhì)有很大差別。例如，手性分子的一種構(gòu)型可以被人體吸收，另一種卻不能被吸收，沒有生理活性，甚至是有害的。1

相關(guān)物質(zhì)含兩個不相同手性碳原子的化合物。

在這類化合物中兩個手性碳原子所連的四個基團(tuán)是不完全相同的。 含有一個手性碳原子的化合物有一對對映異構(gòu)體，那么含有兩個手性碳原子的化合物有幾個對映異構(gòu)體呢？假使以A和B代表兩個不同的手性碳原子，由于每一個手性碳可以有兩種相反的構(gòu)型，A+，A-，B+，B-。這樣根據(jù)排列組合，整個分子的構(gòu)型可以有下面四種。

這就是說，含有兩個手性碳原子的化合物，在理論上，可以有四個對映異構(gòu)體。其中Ⅰ是Ⅳ的鏡象，Ⅱ是Ⅲ的鏡象，所以它們是兩對對映異構(gòu)體Ⅰ和Ⅱ，或者Ⅲ和Ⅳ，雖然有一部分是呈鏡象關(guān)系，但是另一部分是相同的，因此它們不是對映體，而是非對映異構(gòu)體（Diasteroisomer）。非對映異構(gòu)體和對映異構(gòu)體不同，它們之間的性質(zhì)，不論是物理性質(zhì)還是化學(xué)性質(zhì)，都不相同。但是由于它們屬于同類化合物，所以化學(xué)性質(zhì)有些相似。

如：氯代蘋果酸，有兩個手性碳原子，它有四個對映異構(gòu)體，或者兩對對映體。一對對映體的外消旋體的熔點(diǎn)為145°C，從它可以拆分出熔點(diǎn)同為165-166°C比旋光度是+7.1°和-7.5°的兩個氯代蘋果酸。另一對對映體的外消旋體熔點(diǎn)為157°C，從它可以拆分出熔點(diǎn)同為165-166°C，比旋光度是+9.3°和-8.0°的兩個氯代蘋果酸。

一般對映體的比旋光度應(yīng)該是數(shù)值相同，方向相反，可是有的會有些差別，但不太大，這里就是這個情況。那么含兩個以上手性碳原子的分子，有多少立體異構(gòu)體呢？理論推導(dǎo)證明：當(dāng)分子中含有幾個不相同的手性碳原子時，就可以有2n個對映異構(gòu)體，它們可以組成2n-1個外消旋體。如果分子中含有相同的手性碳原子，其對映異構(gòu)體的數(shù)目可小于2n。1

意義由于手性物質(zhì)的不同對映體對生物體的生理活性不同，那分離和合成出純凈的對映體就是人類夢寐以求的事業(yè)。但是大自然并沒有給予我們現(xiàn)成的恩賜，只給我們?nèi)祟愐恍┨崾尽儍舻氖中晕镔|(zhì)在大自然中含量有限，甚至極其稀有，人類知道了它們的用途，大量需要時，就得由人工合成，而工業(yè)合成的對映體，得到的是兩種對映體的1:1混合物，即是外消旋體，由于對映體之間理化性質(zhì)的相近，使我們要真正得到純凈的一種對映體，目前對我們?nèi)祟悂碚f還有不少的合成和分離上的難題需要解決。當(dāng)一種對映體有益的生理活性被發(fā)現(xiàn)，并開始使用，就需要大量生產(chǎn)，而在工業(yè)合成中，不能得到單一的對映體，一方面，有一半沒有生理活性將成為廢物，浪費(fèi)原料、增加產(chǎn)品成本，難實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，另一方面，若是有一半在生理活性方面有害，使用時就得不償失。

“手性分子”對生命生理活動有其特殊的活性，以期今后能找出對癌癥和一些目前難癥的藥品，也期望“手性分子”合成和分離的大工業(yè)化，能制造出利于細(xì)菌利用的“手性分子”作為高分子聚合物的單體，用以合成易降解高分子合化物，減少環(huán)境污染。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)