对映异构体

对映异构体互为镜像的分子。原图链接

对映异构体（英语：Enantiomer (/ɪˈnæntiəmər, ɛ-, -tioʊ-/ə-NAN-tee-ə-mər)），又称对掌异构物、光学异构物、镜像异构物或旋光异构体，不能与彼此立体异构体镜像完全重叠。互为镜像（mirror images）的分子。不对称碳原子和四种不同的原子或原子基团连结，不对称碳为手性中心。当有n个手性中心时，则最多有2的n次方立体异构物。

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概述

对映异构体一词来源于希腊文，其意是:具有左手对右手那样镜像关系的一对物质。就像一个人的左手和右手是彼此的镜像一样，仅仅通过重新定向就无法看起来完全相同。化合物中的单个手性原子或相似的结构特征会导致该化合物具有两个不可叠加的可能结构，每个结构都是彼此的镜像。 该对中的每个成员都被称为一个对映体（enantio =相反； morph =形式）； 结构性质称为对映体。所以，无论怎样摆布都不能使这些镜像成为同一物。有对称平面的物质不能是对映体，因为它和它的镜像是等同的。乳酸那样的分子对映体，除了与其他不对称分子的化学反应以及与偏振光作用外，具有完全相同的化学物质。对映体在结晶学中很重要，因为许多晶体是由单个分子的右手型和左手型交替排列的。对晶体的完整描述，就是要说明这些型体彼此间是如何混合的。两种光学活性的酒石酸，即所谓d-酒石酸和l-酒石酸就是一对对映体的实例。

历史

1849年，法国化学家路易·巴斯德（Louis Pasteur）发现从在酿酒的容器中，取得的酒石酸盐可以使平面偏振光旋转，但是使用其他来源的酒石酸盐却无法测定出此性质。而此二者不同之处即是能否让平面偏极光旋转，原因就是此二者为光学异构物。

异构物种类的旋光性质

1874年，荷兰化学家凡荷夫（Jacobus Henricus van 't Hoff）和法国化学家列贝尔成功用连接到碳原子的四面体结构的理论解释此异构物种类的旋光性质。 在化学中 ，对映异构体 （/ɪˈnæn t iəmər ，ɛ- ，-t ioʊ- /ə- NAN -tee-ə-mər ; 来自希腊文 enνάντιος （enántios），意思是“对面”，以及 μέρος （méros） ，意思是“部分”）（古称光学异构体，对映体，或光学对映体 ）是互不相交的两个立体异构体之一（不是相同），就像一个人的左手和右手是彼此的镜像一样，仅仅通过重新定向就无法看起来完全相同。化合物中的单个手性原子或相似的结构特征会导致该化合物具有两个不可叠加的可能结构，每个结构都是彼此的镜像。 该对中的每个成员都被称为一个对映体（enantio =相反； morph =形式）； 结构性质称为对映体。 给定化合物中存在多个手征性特征会增加可能的几何形式数量，尽管可能仍然存在一些完美的镜像图像对。

当某种化学物质的样品在检测范围内仅具有一种手性分子时，则被认为是对映体纯（也称为对映体纯）。

外消旋混合物

当存在于对称环境中时，对映异构体具有相同的化学和物理性质，除了它们具有将平面偏振光 （+/-）旋转等量但沿相反方向旋转的能力（尽管可以将偏振光视为不对称介质）。 因此，此类化合物被描述为具有光学活性 ，并根据方向对每个对映异构体使用特定术语：右旋化合物使光沿顺时针（+）方向旋转，而左旋化合物使光沿逆时针（-）方向旋转。两种对映异构体相等数量的混合物称为外消旋混合物或外消旋体 。在外消旋混合物中，正旋转量被负旋转的相等量正好抵消，因此净旋转为零（混合物没有光学活性）。 出于所有目的和目的，对对映异构体具有相同的吉布斯自由能。 但是，理论物理学预测，由于对弱核力 （自然界中唯一可以从右向“讲”的唯一力）的均等违反 ，对映体之间实际上存在微小的能量差（大约为10 -12 eV）或10 -10 kJ / mol或更小）。 这种能量差远小于甚至分子构象的微小变化所引起的能量变化，并且太小而无法用当前技术测量，因此化学上无关紧要。

对映体成员通常与其他对映体物质发生不同的化学反应。 由于许多生物分子是对映异构体，因此两种对映异构体对生物的作用有时存在显著差异。 例如，在药物中 ，通常只有一种药物的对映异构体负责所需的生理作用，而另一种对映异构体的活性较低，无活性，或者有时甚至产生不良作用。由于这一发现，可以开发仅由一种对映异构体（“对映纯”）组成的药物，以使该药物更好地工作，有时消除一些副作用。一个例子是eszopiclone （Lunesta），它只是一种较旧的外消旋药物zopiclone的单一对映异构体。 一种对映异构体负责所有所需的作用，而另一种对映异构体似乎是无活性的，因此依佐匹克隆的剂量为佐匹克隆的一半。

对映异构体合成结晶

在对映体物质的化学合成中，非对映体前体不可避免地产生外消旋混合物。在没有有效的对映体环境（前体 ，手性催化剂或动力学拆分 ）的情况下，不可能将外消旋混合物分离为其对映体成分，尽管某些外消旋混合物会自发地以消旋团聚体的形式结晶，其中对映异构体在物理上是分离的，并且可以机械分离（例如酒石酸的对映异构体，其结晶的对映异构体由Pasteur用镊子分离）。 但是，大多数外消旋体会在以规则晶格排列的比例为1：1的两种对映异构体的晶体中结晶。

命名约定

R/S系统是用于表示不同对映异构体的重要命名系统。 另一个系统基于光学活动的前缀表示法：（+）-和（-）-或d-和l-。左侧的拉丁词是“ 卑鄙的人”和“ 险恶的”，而右侧的词是“ 右手”（或正确或良好的直肌）。英语单词right是rectus的同源词。这是L/D和S/R表示法的起源，也是通用名称中前缀levo-和dextro-的使用 。

不对称碳原子

不对称碳原子是具有四个不同原子或基团的键的碳原子，因此这些键可以两种不可叠置的方式排列。大多数包含一个或多个不对称碳原子（或其他具有四面体几何形状的原子）的化合物均显示对映异构现象，但这并不总是正确的。包含两个或更多个不对称碳原子但相对于整个分子具有对称平面的化合物称为内消旋化合物。内消旋化合物没有镜像立体异构体，因为它是其自身的镜像（即，它和其镜像是同一分子）。例如， 内消旋酒石酸具有两个不对称碳原子，但由于两个分子的一半相等且彼此相反，因此不表现出对映异构性，因此可叠加在其几何镜像上。

四种不同的手性类型

相反，存在不需要个别不对称原子的手性形式。 实际上，有四种不同的手性类型：中心手性，轴向手性，平面手性和螺旋手性。由于不对称碳原子而具有对映异构体是最常见的中心手性类型。其他三种类型的手性不涉及不对称碳原子，甚至中心手性也不需要手性中心位于碳或任何其他原子上。 因此，尽管不对称碳原子的存在是在确定分子是否将具有对映异构体时寻找的便利特征，但是其作为标准既不充分也没有必要。

作为严格的标准，分子是手性的，因此，并且仅当它属于手性点基团之一： Cn ，Dn ，T ，O和I时 ，才会具有对映体。 但是，需要注意的是，如果在给定的温度和时间范围内存在外消旋的可及途径，对映异构体不一定是可分离的。 例如，具有三个不同取代基的胺是手性的，但除少数非典型情况（例如取代的N-氯氮丙啶 ）外，它们在室温下迅速平面化并转化（“伞状转化”），导致外消旋化。 如果消旋作用足够快，则该分子通常可以被视为非手性的平均结构。

对映选择性制剂

制备对映纯化合物有两种主要策略。 第一种称为手性拆分。 该方法涉及制备外消旋形式的化合物，并将其分离为其异构体。 在他的开创性工作中，路易斯·巴斯德 （Louis Pasteur）能够分离出酒石酸的异构体，因为它们从溶液中结晶为具有不同对称性的晶体。 不太常见的方法是通过对映体自歧化 。

第二种策略是不对称合成：使用各种技术以高对映体过量制备所需化合物。 涵盖的技术包括使用手性原料（手性库合成）， 手性助剂和手性催化剂的使用以及不对称诱导的应用。使用酶（ 生物催化 ）也可能产生所需的化合物。

对映体收敛合成是利用两种对映体从外消旋前体分子合成一种对映体。 因此，反应物的两种对映体产生单一的产物对映体。

对映纯药物

工业化学工艺的进步使制药商可以经济地服用最初以外消旋混合物形式销售的药物，并销售各个对映异构体。 在某些情况下，对映异构体具有真正不同的作用。 在其他情况下，可能对患者没有临床益处。 在某些管辖区，单一对映异构体药物与外消旋混合物分开获得专利。仅一种对映异构体可能具有活性。或者，可能两者都具有活性，在这种情况下，将混合物分离不会带来任何客观好处，但会扩展药物的专利性。

准对映体

准对映异构体是严格意义上不是对映异构体的分子，但表现得像它们一样。 准对映体在平行动力学拆分中有应用。

视频

对映异构体 Enantiomer

【偏振光第三章】对映体过量III

S5 DSE Chem42 有机化学II 几何异构体、对映异构体