醫用化學/含一個手性碳原子的分子

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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

醫用化學目錄

含一個手性碳原子的化合物有一對對映異構體。

（一）外消旋體

兩個對映體的等物質的量混合物的比旋亮度為零。這種混合物叫做外消旋體。與各對映體相比較，外消旋體無旋旋光性外，其理化性質也不同，它的生理或藥理作用與各對映體往往有明顯的差異。

除了用特殊方法外，用通常化學合成的具手性碳原子的化合物，基本上是外消旋體。要想從外消旋體得到旋光純的異構體，要採用特定的方法把左旋體與右旋體分開，這個過程叫做拆分。

（二）對映異構體的構型

1．

為了方便起見，對映異構體的構型通常採用費歇爾投影式來表示，即把手性碳原子所連的四個原子或原子團按規定的方法投影到紙上。這種方法包括：（1）手性碳原子寫在紙平面上，或用一個「+」字形的交叉點代表這個手性碳，四端分別連四個不同的原子或原子團；（2）以垂直與手性碳相連的是伸向紙平面手後方的兩個原子或原子團，以水平線與手性碳原相連的是伸向紙平面前方的兩上原子或原子團；（3）通常把碳鏈放在垂直線上，並把命名時編號最小的碳原子放在上端。費歇爾投影式是以兩維式來表示含手性碳原子的分子的三維結構。

2．相對構型與絕對構型

物質分子中各原子或原子團在空間的實際排布叫做這種分子的絕對構型。現在已能用X射線衍射等方法測定了許多化合物分子的絕對構型，但在1951年以前還沒有解決這個問題。1906年，羅沙諾夫建議把（+）-及（-）-甘油醛作為其他旋光性異構體物質的構型的比較標準，並人為地規定，在費歇爾投影式中，手性碳上的OH排在橫線右邊的為右旋甘油醛（Ⅰ），作為D型，手性碳上的OH排在橫線左邊的為左旋甘油醛（Ⅱ），作為L型。D-及L-分別表示它們的構型。應注意，D及L僅表示其構型，與其旋光性（+）、（-）無關。當一個旋光性物質發生化學反應時，只要手性碳上的任何一個鍵都未斷裂，則這個手性碳的構型就沒有改變。這樣，許多其他物質分子的構型都可以通過直接或間接的化學轉變，與D型或L型甘油醛相聯繫，其條件是相當於甘油分子的手性碳上的每一個鍵，在轉變過程中都不發生斷裂。如果該物質與D型甘油醛相聯繫時，其分子的構型即為D型，如與L型甘油醛相關聯時，它的分子構型則屬於L型。用這種方法確定的構型是相對於標準物質——甘油醛而來的，所以叫做相對構型。

羅沙諾夫所作的上述規定為確定其他一些物質分子的構型帶來方便，但這畢竟是人為規定的。直到1951年才有人證明D-（+）-甘油醛的真正構型與羅沙諾夫的規定是一致的。這樣一來，無論是甘油醛還是與它們相關聯的各旋光性物質的相對構型也都是絕對構型了。現在已有許多旋光性物質用不同的方法確定了絕對構型。關於D型和L型的概念目前在一些化合物如糖類及α胺基酸中仍然應用。

現在認為，構型與旋光性之間沒有必然的聯繫。物質的旋光性仍須通過實驗測定。

（三）、對映異構體的系統命名法

對映異構體的系統命名法即IUPAC命名法。這是根據物質分子的絕對構型或其費歇爾投影式來命名的，故無須與其他化合物聯繫比較。

含一個手性碳的分子C*abcd命名時，首先把手性碳所連的四個原子或原子團按照次序規定排列其優先順序，如a＞b＞c＞d其次，將此排列次序中排在最後的原子或原子團（即d）放在距觀察者最遠的地方。這時，其他三個原子或原子團就向著觀察者（圖17-8）。然後，再觀察從最優先基a開始到b再到c的次序，如果是順時針方向排列的（圖17-8左），這個分子的構型即用「R」標示（R取自拉丁方Rectus，右）；如果a→b→c是逆時針方向排列的（圖17-8右），則此分子的構型用「S」標示（S取自拉丁方Sinister，左）。

R及S構型

圖17-8　R及S構型

例1.

優先順序

-CL>-OCH₃>-CH₃>-H

例2.

-NH₂>C₆H₅>-C₂H₅>-CH₈

用構型的費歇爾投影式，同樣可以確定一個分子是R還是S構型。先要確定C*abcd中，a、b、c及d的優先順序，如a＞b＞c＞d。在費歇爾投影式中，如最小基d連在垂直方向，即C*-d鍵伸向紙平面的後方，則當a→b→c為順時針方向時，此分子為R型；如a→b→c為逆時針方向時，則是S型。如最小基d連在水平方向，即C*-d鍵伸向紙平面的前方，則當a→b→c為順時針方向時，此分子為S型；如a→b→c為逆時針方向時，為R型（圖17-9）。

用費歇爾投影式確定R/S構型