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1 3 早餐（第8页）

1874年，荷兰人雅可比·亨利克·范霍夫（Jari’tHoff，1852—1911，1901年诺贝尔化学奖得主）和法国人约瑟夫·勒贝尔（JosephLeBel，1847—1930）通过假设碳原子的四面体几何结构解释了光学活性现象。

要使分子具有光学活性，就必须具有手性中心（ter）。

在有机分子中，典型的手性中心是所谓的不对称碳原子（asymmetri），就是指具有四面体几何结构且与4个彼此不同的取代基相连的碳原子。

只要交换两个取代基的位置，就可以得到一个不对称的碳原子，它是原来那个碳原子的镜像，它们俩不能重合。

图9所示为具有不对称碳原子的手性分子（丙氨酸）。

图9　具有不对称碳原子的手性分子（丙氨酸）

上面两种结构表示丙氨酸的两种对映体，它们互为镜像，不能重合

1966年，英国人罗伯特·西德尼·卡恩（RobertSidney，1899—1981）和克里斯托夫·凯尔克·英戈尔德（Christold，1893—1970）与克罗地亚人弗拉迪米尔·普雷洛格（VladimirPrelog，1906—1998，1975年诺贝尔化学奖获得者）共同制定了一系列规则，允许使用描述符号R（rectus，拉丁文“右”

）或S（sinister，拉丁文“左”

）来标记不对称碳原子。

这样，就可以明确地表示它们的构型。

对于糖类和其他具有生物化学意义的分子，如氨基酸，因为它们结构复杂，我们一般不用RS法，而是用DL构型标记法。

前缀D和L的使用以甘油醛（它的对映体的两种构型分别称为D型和L型）的两种构型为标准，取决于分子的不对称碳原子的构型是否与甘油醛（glyceraldehyde）的对映体构型特征相似。

螺旋型分子也可以表现出手性。

右手螺旋分子是左手螺旋分子的镜像，并且不能重合，反过来也是这样。

许多具有重要生物学意义的分子，如蛋白质，都具有这种结构，因此可以以对映体的两种构型存在。

在自然界中，右手螺旋分子链的存在明显更多。

但如果我们仔细研究氨基酸（构成蛋白质的小分子单体），就会发现氨基酸普遍是左旋。

大自然对某些对映体形式的偏爱是一个有待解决的大谜团，人们提出了各种假说，但仍然没有明确的答案。

对映异构体的发现及其在分子几何学方面的解释使人们认识到，可能存在着其他与对映异构体结构非常相似的分子。

这些分子中的原子互相连接的次序相同，但在空间上的排列方式不同，一般称它们为立体异构体（stereoisomer）。

立体化学（stereochemistry）从三维空间揭示分子的结构，是化学学科的一个重要分支。

随着对对映异构体研究的深入，人们发现有一些分子可能含有不止一个不对称碳原子。

前面提到的范霍夫推导出了一个规则，根据这个规则，如果一个分子中存在有n个不对称碳原子，那么就会有2n种立体异构体。

其中有一半，即2n-1个分子是对映异构体，而另一半则是非对映异构体（diastereoisomers）。

非对映异构体和对映异构体都属于立体异构。

与对映异构体不同，非对映异构体具有不同的化学和物理性质，且它们的构型也不是彼此的镜像。

典型的例子就是含有醛基的六碳糖（己醛糖），如最常见的葡萄糖。

它们的分子中含有4个不对称碳原子，因此它们以24（等于16）个立体异构体的构型存在，即8个对映异构体和8个非对映异构体（图10）。

图10　己醛糖分子的16种立体异构体

两个对映异构体之间的主要区别是它们能使偏振光的平面向相反方向旋转，但它们在生物学上同样也可以有很大的差异。

其中一些对映异构体与我们鼻子里的神经末梢会发生不同的相互作用，这让我们可以通过气味来区分它们。

例如，一种称为柠檬烯（limonene）的特殊碳氢化合物能以对映异构体的形式存在，有两种构型。

其中S构型的柠檬烯具有强烈的柠檬气味，另一种R构型的柠檬烯具有强烈的橙子气味。

在二十世纪五六十年代，发生了一起由对映异构体的不同生物活性造成的悲剧：沙利度胺事件。