醫用化學/化合物的旋旋光性與結構的關係

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醫用化學

取代羧酸和對映異構
- 對映異構
  - 平面偏振光和物質的旋旋光性
  - 化合物的旋旋光性與結構的關係
  - 含一個手性碳原子的分子
  - 含兩個手性碳原子的分子
  - 光學活性物質在醫學上的意義

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（一）三種乳酸

自然界中有許多種旋旋光性物質。例如，人體中肌肉運動時可產生乳酸，

其［α］20D為+3.82°(水)；由左旋乳酸桿菌使乳酸發酵得另一種乳酸，［α］20D是-3.82°(水)。這兩種乳酸的構造式都是，它們的性質除旋

旋光性不同（旋光方向相反，比旋亮度的絕對值相同）外，其他物理、化學性質都一樣（表17-1）。這兩種乳酸的分子結構可用球棒模型表示（圖17-5）。

表17-1三種乳酸性質的比較

	［α］20D（水）	熔點/℃	PKa
（+）-乳酸	+3.82°	53	3.79
（-）-乳酸	-3.82°	53	3.79
（±）-乳酸	0	18	3.86

(+)-乳酸及(-)-乳酸的球棒模型

圖17-5　(+)-乳酸及(-)-乳酸的球棒模型

從模型可以看出，左旋乳酸與右旋乳酸的分子結構的關係有如物體與其鏡象的關係，但二者不能重合，好比人的左手與右手、左腳與右腳一樣。（+）-乳酸與（-）-乳酸的構造式相同而構型不同，所以屬於立體異構中的構型異構。這兩個構型異構體互呈物體與其鏡象關係，能對映而不能重合，故把它們叫做對映體。這種立體異構屬於對映異構。

一個物質可能有兩個、三個或多個具有旋光性的異構體。如果某物質只有兩個具有旋光性的異構體，它們一定是對映體。如果某物質有不止兩個具有旋光性的異構體，則各異構體之間並不都是對映體的關係，這將在後討論。

除了上述的（+）-用（-）-乳酸外，人工合成法所得的乳酸沒有旋光性，即［α］20D=0。這種乳酸叫做外消旋乳酸，用（±）-乳酸表示（表17-1）。（±）乳酸是由等物質的量的（+）-及（-）-乳酸組成的。

由此可見，乳酸有三種：（+）-、（-）-、及（±）-乳酸。

（二）、分子的手性和手性分子

如將一個物體放在平面鏡前使之成像「取」出，則物體與其鏡象是否相同，即能否重合呢？這自然只有兩種可能，即可以重合或不能重合。如果是人的一隻手，則與其鏡象不能重合（圖17-6）。因為左手的鏡象是右手，它們相互是不可能重合的。物體與其鏡象不能重合的例子很多，例如螺絲釘（圖17-7）、人的耳朵等。

左：左、右手不能重合左手的鏡象是右手

圖17-6　左：左、右手不能重合

右：左手的鏡象是右手

物體與其鏡象不能重合（α）右旋彈簧與左旋彈簧；（b）蝸牛殼；(c)左螺紋與右螺紋螺絲釘

圖17-7　物體與其鏡象不能重合（α）右旋彈簧與左旋彈簧；（b）蝸牛殼；(c)左螺紋與右螺紋螺絲釘

上述情況在有機化合物中也存在。許多分子能與其鏡象重合，例如甲烷、乙醇、乙醚、丙酮等。但也有許多分子與其鏡象不能重合，例如（+）-乳酸及（-）-乳酸的分子結構之間的關係好比人的左手與右手的關係，因此把這種分子叫做手性分子，它們具有手性。凡是手性分子都有旋光性。如果一個分子與其鏡象等同，即能重合，則叫做非手性分子，非手性分子沒有旋光性。

一個物質的分子是否具有手性是由它的分子結構決定的。最常見的手性分子是含手性碳原子的分子。所謂手性碳原子是指連有四個不同的原子或原子團的碳原子，這種碳原子常以星號「*」標示。例如乳酸分子中有三個碳，但只有C-2才是手性碳原子，它連接的是-H，-OH，-CH3及-COOH這四個原子或原子團。手性碳原子也叫做不對稱碳原子。