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手性物普及系列 1.

[2022-01-05] 科学普及 1845

    【手性物普及系列 1.】

     (1.何为手性?)

生活中我们常常遇到的一些尴尬事,当行握手礼节时,与迎面来的客人若出同边的手,怎么也不好握,若再换同样的手更为难堪;有时小孩子错把左脚穿右鞋,右脚穿左鞋,走路总觉别扭。

这就是自然特征--手性(Chirality or Handedness)。当我们伸出左手照镜子,镜子里面出现的是右手镜像,但它们永远不能等同。其实我们的左右手,极其相似,却不能全等,它们永远是镜像对称,不能重合。这种对称叫做手性对称,这种实物和镜像彼此存在,则为对映体。

手性对称在自然界广泛存在。宏观世界里有手性海洋生物(如海螺壳有左旋的和右旋的)、陆地上有手性植物(如滕绕植物有左旋绕和右旋绕的)、宇宙中有手性星云(如有顺时针扩散物星云和反时针的星云)、动物的外貌器官及其功能具有手性(如有的人习惯右撇子,有的则是左撇子),人体本身的手、脚、耳等都是具有手性对称的。

微观世界里有手性分子,手性粒子。形成有机结构的大分子组织都是具有手性的,DNA的手性螺旋,蛋白质由手性氨基酸构成的。淀粉、纤维素都是由手性糖分子组成的。

自然界的螺旋法则,是一种功能性手性法则;存在镜像对称,不能重合的对映体的手性物为手性对称法则;功能性运动有的符合左手习惯,有的则适应右手习惯,这是一种手性偏向性;在自然界的某些范畴,手性对映体仅存一种却起着关键性的作用,这是手性破缺引起的手性均一化,正是这种手性破缺,手性起源与生命起源的关系是广受争议问题。

我们这里仅从分析科学的角度解析什么是手性对映体。手性药物分子有手性对映体,手性污染物也是由手性对映体构成的,image.png生物机体组织的大分子构件多为手性物成分。

手性分子结构的关键要素是分子中存在不对称碳原子,所谓不对称碳原子,即是碳原子在有机分子中,以SP3杂化方式就会有四个共价键,以四面体方式连接四个原子或原子团。若果连接的这四个原子或原子团各不相同,则为不对称碳原子。

含有一个不对称碳原子的有机分子在构型上就一定存在一个对映体,这可以从玩连接球棍磁力棒积木上推定,一定有两个镜像对称,不能重合的对映体。它们如同左右手照镜子一样,故称之为手性对映体。

因为这样的手性对映体存在,导致我们生活的世界充满五彩缤纷的手性特征。为此美国医学化学学会在1989年创办了《Chirality》杂志,以供深入广泛探讨手性学术问题。

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