对映现象
化学术语
对映现象,是一种化合物的两个分子彼此不能重叠,互为实物与镜像关系的现象。这样的一对分子互为对映体。
基本信息
对映异构体(英语:Enantiomer),又称对掌异构物、光学异构物、镜像异构物或对映异构体或旋光异构体,不能与彼此立体异构体镜像完全重叠。是互为镜像(mirror images)的分子。不对称碳(asymmetric carbon)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。
它来源于希腊文,具有左手对右手那样镜像关系的一对物质。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。
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。
性质
对映异构体具有相同的物理性质和化学性质。只是它们的结构取向不同,一个是右手性(见手征性),另一个是左手性。一对对映体能使偏振光旋转同一角度,但方向恰好相反。使偏振面向右旋转(顺时针)的异构体称为右旋体;使偏振面向左旋转(反时针)的异构体称为左旋体。
对映异构体在对称环境中具有相同的性质,而在不对称环境中则性质不同。例如,在光学活性催化剂或试剂作用下,对映异构体分子的反应速率不同;在具有光学活性的溶剂中具有不同的溶解性。当用圆偏振光检验时,对映异构体具有不同的折射率或不同的吸收光谱,但这些差别过于微小,以致不能加以利用和测量。
当对映异构体与其他手性化合物发生反应时,两者的反应速率不同,但其差异极微小。也可能一个对映异构体以适当的速率进行反应,而另一个对映异构体则完全不发生反应。对映异构体的生理活性不相同就是由于这个原因。
对映异构的标准
含有一个或多个不对称碳原子的大多数化合物显示出对映异构,但这并非总是如此。有一些已知的化合物确实具有不对称的碳原子,但相对于整个分子不是非对称的,不显示对映异构。因此,内消旋酒石酸具有两个不对称碳原子,但样品仍表现出光学不活动性,因为分子的两个半部分中的每一个与另一半相等且相反,因此在其几何镜像上是可重叠的。
制备策略
制备对映体纯化合物有两个主要策略。第一个被称为手性分辨率。该方法涉及制备外消旋形式的化合物,并将其分离成其异构体。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,因为它们从溶液中以不同的对称结晶成晶体。不太常见的方法是通过对映体自歧化。
第二个策略是不对称合成:使用各种技术来制备高对映体过量的所需化合物。所涵盖的技术包括使用手性原料(手性池合成),使用手性助剂手性催化剂,以及应用不对称诱导。酶(生物催化)的使用也可以产生所需的化合物。
对映异构体合成是利用两种对映异构体从外消旋前体分子合成一种对映异构体。因此,反应物的两种对映异构体产生单一的产物对映异构体。
参考资料
最新修订时间:2022-08-26 10:10
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