手性是指一个物体无法与其镜像重合的特性。在自然界中,手性现象广泛存在,尤其在化学和生物医学领域显得尤为重要。例如,人类的双手虽然形似,但左手无法戴入右手的手套,这反映出两者的三维结构不同。手性分子是指那些与其镜像不完全相同且无法重叠的分子,通常由不对称的碳原子导致,即一个碳原子连接着四个不同的基团。手性分子的识别通常采用(RS)或(DL)系统。
手性的另一重要概念是对映异构体。对映异构体是指一对具有镜像关系但不可重叠的立体异构体,并且它们都具有旋光性。比如,乳酸根据来源不同有三种类型,动物肌肉中提取得到的乳酸为右旋体,而通过发酵获取的则为左旋体,人工合成得到的则是外消旋体。含有不对称碳原子的分子会展现出旋光性,因此乳酸中存在L-乳酸和D-乳酸两种异构体。
非对映异构体(diastereoisomers)是指具有两个或多个手性中心的分子,并且这些分子之间并非镜像关系。例如,在酒石酸的三个旋光异构体中,a与c、b与c便为非对映异构体。
手性化合物具有旋光性,这是一种物质的特性。通常情况下,含有一个手性碳原子的化合物都是手性分子,并且具备旋光性。左旋体(-)与右旋体(+)的旋光性不同。当两种不同的手性化合物混合时,其旋光性会消失,形成消旋体。当分子中有两个或两个以上的手性碳原子时,大多数情况下分子会是手性分子,但少数可能不是。这是由于存在内消旋的情况,指的是一个分子内多个手性中心的旋光性相互抵消,导致整体不具旋光性。外消旋体则是纯的手性分子和其对映体的等摩尔混合物,呈现出不同于内消旋体的性质。
关于手性的构型,通过观察手性碳原子所连接的四个基团并按照一定顺序进行排列,以决定其构型是R型还是S型。具体而言,将最小的基团放在视角远离观察者的位置,并根据其他三个基团的排列顺序。如果三者按照从大到小的顺序呈现顺时针排列,则该构型被标记为R型;反之,则标记为S型。
在生物医学领域,手性对药物的生物活性有重要影响。例如,在俄罗斯专享会284所关注的研究中,手性分子往往决定了药物在体内的作用机制和效果。因此,手性相关的研究不容小觑,深入了解手性分子将为新药开发和生物治疗提供更为强大的支持。