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前缀D和L的使用以甘油醛(它的对映体的两种构型分别称为D型和L型)的两种构型为标准,取决于分子的不对称碳原子的构型是否与甘油醛(glyceraldehyde)的对映体构型特征相似。
螺旋型分子也可以表现出手性。
右手螺旋分子是左手螺旋分子的镜像,并且不能重合,反过来也是这样。
许多具有重要生物学意义的分子,如蛋白质,都具有这种结构,因此可以以对映体的两种构型存在。
在自然界中,右手螺旋分子链的存在明显更多。
但如果我们仔细研究氨基酸(构成蛋白质的小分子单体),就会发现氨基酸普遍是左旋。
大自然对某些对映体形式的偏爱是一个有待解决的大谜团,人们提出了各种假说,但仍然没有明确的答案。
对映异构体的发现及其在分子几何学方面的解释使人们认识到,可能存在着其他与对映异构体结构非常相似的分子。
这些分子中的原子互相连接的次序相同,但在空间上的排列方式不同,一般称它们为立体异构体(stereoisomer)。
立体化学(stereochemistry)从三维空间揭示分子的结构,是化学学科的一个重要分支。
随着对对映异构体研究的深入,人们发现有一些分子可能含有不止一个不对称碳原子。
前面提到的范霍夫推导出了一个规则,根据这个规则,如果一个分子中存在有n个不对称碳原子,那么就会有2n种立体异构体。
其中有一半,即2n-1个分子是对映异构体,而另一半则是非对映异构体(diastereoisomers)。
非对映异构体和对映异构体都属于立体异构。
与对映异构体不同,非对映异构体具有不同的化学和物理性质,且它们的构型也不是彼此的镜像。
典型的例子就是含有醛基的六碳糖(己醛糖),如最常见的葡萄糖。
它们的分子中含有4个不对称碳原子,因此它们以24(等于16)个立体异构体的构型存在,即8个对映异构体和8个非对映异构体(图10)。
图10 己醛糖分子的16种立体异构体
两个对映异构体之间的主要区别是它们能使偏振光的平面向相反方向旋转,但它们在生物学上同样也可以有很大的差异。
其中一些对映异构体与我们鼻子里的神经末梢会发生不同的相互作用,这让我们可以通过气味来区分它们。
例如,一种称为柠檬烯(limonene)的特殊碳氢化合物能以对映异构体的形式存在,有两种构型。
其中S构型的柠檬烯具有强烈的柠檬气味,另一种R构型的柠檬烯具有强烈的橙子气味。
在二十世纪五六十年代,发生了一起由对映异构体的不同生物活性造成的悲剧:沙利度胺事件。
沙利度胺(Thalidomide)是一种药物,它作为孕妇的镇静剂和抗恶心药在市场上销售,并以40种不同的商品名称卖到50个国家。
不幸的是,很多服用该药的孕妇产出了患有严重肢体畸形的婴儿,且这一比例极高。
新生儿要么没有肢体,要么是海豹肢(phoelia,肢体骨头发育不完全)。
因此,该药于1961年从市场上撤回。
投放到市场的沙利度胺是两种对映异构体的外消旋混合物。
深入的研究表明,虽然其中一种对映异构体是无害的,但另一种却具有高度致畸性,会让胎儿产生严重的畸形[33]。
据估计,全世界约有10000例因沙利度胺引起的胎儿畸形症,其中德国就有6000例。
在一些特殊的化学反应中,对映异构体会表现出不同的行为,这些反应被称为立体专一反应(stereospecifi)。
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