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如果我们把右手放在镜子前,我们看到它和左手是一样的,反之亦然。
而且,右手和左手也不能相重合,这个我们很容易想到,就像我们试图把左手放进右手手套一样,或者反之。
也有其他物质具有类似于手的性质,它们被称为手性物质[chiralmaterial,该术语来源于希腊语χε?ρ(chéir),意为“手”
]。
手性是指某些物体不能与其镜像相重合。
另外,有一些分子也具有手性,也就是说它们可以以两种形式存在,彼此互为镜像。
我们把分子互为镜像的物质定义为对映异构体(简称对映体,enantiomer)或旋光异构体(optier)[一般我们把那些由相同原子组成,但结构不同的化合物互称为同分异构体(Isomer)]。
对映异构体的化学和物理性质几乎完全相同,但只有一种性质除外,就是它们对偏振光的作用不同。
如果它们被偏振光击中,它们会使光的偏振平面向相反方向旋转。
我们可以通过特殊仪器——偏振计(polarimeter)来显示这种差别,它可以测量偏振平面的旋转角度。
这个角度叫作旋光度(rotatorypower)。
将光的偏振面向右旋转的对映异构体称为右旋体(dextroisomer),而向左旋转的对映异构体称为左旋体(levoisomer)。
我们通常把能使光的偏振平面旋转的物质称为光学活性物质(opticalactivesubstance)。
法国化学家路易斯·巴斯德(LouisPasteur,1822—1895)是第一个意识到这种现象存在的人。
1849年,只有26岁的他在研究葡萄酒生产过程中的副产品——酒石酸盐类时,发现这些盐类的水溶液没有光学活性,也就是说它对光的偏振平面没有影响。
巴斯德用偏光镜观察这些盐的晶体,发现了两种互为镜像的晶体。
他极度耐心地用镊子将互为镜像的晶体分离出来,并分别溶解。
得到的结果是两份溶液分别将偏振光的平面旋转到相反的方向。
巴斯德因此证明了酒石酸盐类中对映异构体的存在。
含有互为镜像的两种晶体的溶液没有光学活性,称为外消旋混合物(racemicmixture)。
1874年,荷兰人雅可比·亨利克·范霍夫(Jari’tHoff,1852—1911,1901年诺贝尔化学奖得主)和法国人约瑟夫·勒贝尔(JosephLeBel,1847—1930)通过假设碳原子的四面体几何结构解释了光学活性现象。
要使分子具有光学活性,就必须具有手性中心(ter)。
在有机分子中,典型的手性中心是所谓的不对称碳原子(asymmetri),就是指具有四面体几何结构且与4个彼此不同的取代基相连的碳原子。
只要交换两个取代基的位置,就可以得到一个不对称的碳原子,它是原来那个碳原子的镜像,它们俩不能重合。
图9所示为具有不对称碳原子的手性分子(丙氨酸)。
图9 具有不对称碳原子的手性分子(丙氨酸)
上面两种结构表示丙氨酸的两种对映体,它们互为镜像,不能重合
1966年,英国人罗伯特·西德尼·卡恩(RobertSidney,1899—1981)和克里斯托夫·凯尔克·英戈尔德(Christold,1893—1970)与克罗地亚人弗拉迪米尔·普雷洛格(VladimirPrelog,1906—1998,1975年诺贝尔化学奖获得者)共同制定了一系列规则,允许使用描述符号R(rectus,拉丁文“右”
)或S(sinister,拉丁文“左”
)来标记不对称碳原子。
这样,就可以明确地表示它们的构型。
对于糖类和其他具有生物化学意义的分子,如氨基酸,因为它们结构复杂,我们一般不用RS法,而是用DL构型标记法。
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