对映异构体定义

对映异构体的概念与“分子”模块相关，属于化学学科范畴。它使用公式来讨论复合组分。具有相同相互连接性和几何结构的分子被称为立体异构体。对映异构体是立体异构体的两个类别之一。第一类包括非对映异构体。

它们是完全对称且非镜像的化合物。就像一对有显著特征的双胞胎一样，有些分子看起来相似，但并非完美复制。这些物质被称为对映异构体。了解对映异构体的化学性质、手性碳的重要性以及对映异构体的物理和化学特性。

什么是立体化学？

立体化学是一门化学领域，专注于研究分子中原子的不同空间构型。 在讨论立体化学等特定的科学和技术领域之前，通常需要简要介绍其历史。立体化学，有时被称为“空间化学”，是研究原子和基团在分子内部的空间排列方式。

1842年，法国化学家路易·巴斯德发现，从葡萄酒生产容器中提取的酒石酸盐与来自其他来源的酒石酸盐相比，能够旋转平面偏振光，立体化学就此应运而生。旋光异构现象为这一现象提供了理论解释。

• 构成分子的原子的三维构型可能会影响分子的结构。这些原子构型的改变是立体化学的研究课题。
• 鉴于其对立体异构体（化学式相同但三维空间排列不同的化学化合物）的关注，这一化学领域有时也被称为“3D化学”。
• 分子手性是分子的一种几何特性，它阻止分子与其镜像副本叠加。这是立体化学分支的研究领域之一，该分支处理分子手性。
• 动态立体化学是3D化学的一个子领域，它研究原子在分子中的空间构型如何影响化学反应的速率。

不同类型的立体异构体

1. 轴异构： 轴异构体是通过一个或多个单键的受阻旋转形成的立体异构体。这与许多不同的药物有关。
2. 顺反异构： 顺反异构体具有替代的排列，但使用连接方式相同、相互连接的相同原子。配合物和烯烃通常表现出这种行为。
3. 构象异构： 构象异构是一种立体异构现象，其中只能通过正式的单键旋转来转化异构体。烷烃是在其中可以看到这种现象的一种系统。
4. 非对映异构体： 光学响应异构体，非对映异构体，被称为非对映异构体。
5. 对映异构体： 对映异构体是两种光学异构体之一，其结构不能与其对映体叠加。在这里，手性成为需要考虑的衡量标准。

“立体异构”一词描述了由于原子官能团或原子本身的空间构型不同而产生的异构现象。 尽管这些类型的异构体的原子在几何上排列不同，但它们的组成是相同的。对映异构体和非对映异构体可作为立体异构体两种形式的通用分类。

什么是对映异构体？

对映异构体是化学对的名称。对映异构体是无法与其镜像复制品叠加的化学对。对映异构体可以被比作一对手与其他物体相比。让我们以史蒂文和凯文这对双胞胎为例，他们分别是右手和左手。有一天，当你偶然遇到其中一个时，你错误地认为你在看史蒂文。根本不是，这是凯文，因为他正在用左手写字。

就像史蒂文和凯文是双胞胎一样，存在一些化学物质或分子的组合，由于它们是彼此的镜像反射，我们错误地认为它们是相同的。然而，两者之间存在差异。对映异构体在所有其他方面都具有相同的化学结构。

“旋光异构体”一词描述了一对对映异构体，它们是右旋（d 或 +）或左旋（l 或 -），通过偏振光在溶液中分解时偏转的角度来区分。当两种不同的对映异构体以相等量存在时，会产生外消旋混合物，该混合物无法旋转偏振光，因为单一对映异构体的折射率已被另一种抵消。

由于无论如何旋转都无法叠加，我们还可以看到左手和右手分子被叠加。因此，由这两种分子形成对映异构体。在讨论了对映异构体的概念之后，让我们分析一下它的手性和其他特性。

• 此外，需要记住的是，一个分子可能拥有多种手性。然而，其中一些形式可能继续与其镜像精确反射。这些分子具有被认为存在的各种几何构型。
  还值得一提的是，当两个对映异构体以对称方式排列时，它们的物理和化学性质非常相似。然而，它们在偏振光平面上的旋转偏振度上有所不同。例如，如果一个对映异构体将偏振光平面向左旋转，另一个对映异构体将做相反的事情。
• 在其他所有方面，对映异构体在化学上是等效的。偏振光旋转的角度区分了一对对映异构体。在光学上，用于描述它的词是异构体，因为它可以是右旋的或左旋的。
  当存在两个相当的对映异构体时，由于一种抵消了另一种的光学性质，因此产生的无法旋转偏振光的组合被称为外消旋混合物。

对映异构体结构

1. 对映异构体，无法与其镜像复制品叠加，最初被呈现为立体异构体。
2. 任何与其自身非精确复制的分子，即它存在的状态，都被称为手性，并将手性表现为一对对映异构体。相反，非手性分子是指可以覆盖其镜像副本的分子。
3. 一个分子由一个原子与四个不同取代基四面体连接而成，实际上可以有两个对映异构体。
4. 然而，这四个取代基必须彼此不同，因为如果其中两个相同，结构就会叠加在其镜像副本上并形成非手性。最好使用“立体生成核”或简称为“立体中心”来描述与四个其他原子连接的原子。
   
5. 与手性不同，手性是整个分子的一个特性，不能局限于一个原子或一组原子，一个经常使用的立体中心的替代术语是围绕中心原子。另一个名称，尽管有些误导，却与立体中心互换使用。

对映异构体性质

• 对映异构体的物理性质，包括沸点和熔点、红外吸收和核磁共振谱，通常是相同的。
• 两个对映异构体组合的熔点可能不同，但一个对映异构体的熔点将与其另一个相同。
• 这是因为相反的对映异构体（即 R 和 S 对映异构体之间）之间的分子间相互作用，可能与两个分子内部（均为 R 或均为 S 立体化学）之间的相互作用不同。
• 唯一能够区分化合物的两种对映异构体形式的物理方法是手性光学方法，其中最流行的是旋光法。
• 扭转角的方向是对手性光学性质影响最大的唯一变化，它比键长和键角影响更大，因为它会影响分子反射光的方式。

对映异构体的化学和拓扑学

众所周知，表现出立体异构并具有不同对映异构结构的化学物质通常会与其他对映异构分子相互作用。因此，对映异构体被认为是特定的生物化合物。

此外，需要记住的是，同一个分子的两个不同对映异构体可能对各种物种产生完全不同的影响。通常，这种现象体现在不同药物对人的影响上。在某些情况下，所需的生理益处可能只能通过药物的对映异构体之一来实现。

一对对映异构体的分子特性是相同的，但当它们与其他手性化合物相互作用时，它们就会发生变化。考虑两个人之间的握手，他们都用右手握手。然而，如果一个人用右手与另一个人握手，而另一个人用左手，那么这种动作的感觉将截然不同。类似地，当两个对映异构体与其他手性物质相互作用时发生的化学反应也会有所不同。

对映纯药物

由于工业化学工艺的发展，制药公司现在可以有利地商业化以前仅作为外消旋组合提供的药物的单独对映异构体。为了提高治疗效果，这种将现有已批准和可用的外消旋药物转化为手性特异性药物的市场策略被广泛采用。当一种药物从外消旋形式转变为对映纯形式时，就会发生手性转换，这个过程也称为手性转换。

在各种情况下，对映异构体的效果可能会有所不同。己酮可可碱是一个特别有趣的例子。礼来公司分别销售己酮可可碱的对映异构体。左旋己酮可可碱，一种名为 Novrad 的强效止咳药，与右旋己酮可可碱，一种名为 Darvon 的止痛药，是另一对。值得指出的是，药物的品牌名称 DARVON 和 NOVRAD 都暗示了它们相似的化学成分。

在其他情况下，患者可能没有任何临床优势。在各种法律体系中，单一对映异构体药物独立于外消旋组合并获得专利。一种对映异构体可能是唯一的活性成分。或者，两种成分都可能具有活性；在这种情况下，分离该组合除了延长药物专利外，没有实际优势。