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手性物普及系列 18.

[2022-02-22] 科学普及 2061

【手性物普及系列  18.

(18. 手性普及的拓展)

手性是我们所生活的世界里的自然特征,许多手性规律和手性法则在有形和无形的支配着我们的生活,也就是说手性特征与我们的日常生活息息相关。那么具备必要的手性常识是现代人的标配。比如我们常用的药物写明了左旋的或右旋的,到底是左旋的好呢还是右旋的好呢?又如Vc有L-型和D-型两种构型,只有L-型Vc是有效的,因此有商家宣传说左旋Vc是有效的,显然他把L当成英文Left(左)的缩写了,但商家忽略了手性构型是人为规则,有L-/D-和R-/S-两种构型认定,这是主观的;而手性对映体的旋光性是实验测定的,右旋标记为(+),左旋标记为(-),这是客观的。那么实际有效的是L-(+)-Vc,它恰恰是右旋的。所以商家所说的是错误的。同样还有左旋肉碱和左旋咖啡(实际是在黑咖啡里加入左旋肉碱)对减肥有一定效果,它规范名称是L -(-)-Carnitine。在物理学里存在着左右手法则,螺旋手性对称,左右手坐标系等物理规律,那它们又是怎么形成的?地球上的生命体系里,氨基酸是L-型的,糖类是D-型的,DNA是右手双螺旋结构。那么宇宙中是否存在相反构型和相反结构的生命呢?这些疑问就成了我们拓展普及手性的原动力。以下分几个层次来探讨拓展手性普及的问题:

(1)自然界中存在很多活跃的手性物。尤其是药用植物的活性成分,大多是以优势的手性对映体存在,因为手性对映体之间的生物效应不一致或相反,而从药用植物中提出手性对映体是以一种优势对映体占主要比例,所以中药的药物功效比较显著。而且人类最初取自自然界的药物基本上都是优势对映体,或者经过简单的修饰合成,能够制得较为纯净的药用手性对映体。

(2)人工介入的手性合成。最初人类用化学方法合成的手性物都是外消旋的对映体,产品需要进行分离拆分,或者再加工。后来发明了不对称合成,即以某一种对映体为前体进行修饰合成,可得到占多数的优势对映体。后来又有了手性催化剂作用下的手性催化合成,得用非手性的反应物经过手性催化反应得到人类想要得到的单一的手性对映体产物。

(3)认识人类本身的手性习惯。一是人类本身某些生活习性形成了手性功能的偏向性,比如左撇子和右撇子,久而久之导致手性偏向性使生物的外貌结构发生异化,使人类的大脑有了不同的进化,左撇子的人右脑发达,形成感性或艺术特长,右撇子的人左脑发达,形成理性思维优势或者数学特长。

还有因人的生活习惯,也是环境中手性污染物被遗弃或泄漏而进入环境的途径。环境中的手性污染物的主要来源,是自然界的手性物的发散,手性农药的残留,手性药物的遗弃,合成手性物生产或运输中的泄漏等等。

(4)想象宇宙中的手性奇异性。前面提到地球上的生命体系里,氨基酸是L-型的,糖类是D-型的,DNA是右手双螺旋结构。那么地球之外的宇宙中是否存在相反构型和相反结构的生命呢?从理论推测,外星人有可能与我们体系里构型和结构相反。

(5)了解化学、生物和物理学中的手性差异。化学中的手性讨论,是在分子层面上的结构和构型上的不同,从而注重手性对映体提取、合成、识别和分离分析,以及手性物开发应用。在生物学中,注重生物肌体组织的手性环境的形成,对手性对映体的不同的生物效应,从而形成生物的手性识别。而在物理学中把手性对称作为宇宙间不同层次的特殊的对称性来进行讨论。注重某些功能性的规律和法则存在手性均一性,即偏向左右手一方的手性,也即手性对称的失衡,或手性对称性破缺,那么这种手性对称性破缺是何时形成的呢,它们又是怎么形成的呢?而体现在生命体系的手性对称性破缺是否隐含着生命起源的奥秘呢?这此疑问也驱使人类不断的探索。


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