手性碳原子

1、手性碳原子一定是飽和碳原子；

2、手性碳原子所連接的四個基團要是不同的。

旋光性：分子的化學結構決定其是否有手性。在有機化合物中，手性分子大多數都含有手性碳原子，所以，一般來說，可以通過判斷分子是否有手性碳原子來斷定分子是否有手性。含有一個手性碳原子的分子一定是個手性分子。一個手性碳原子可以有兩種構型，所以，含有一個手性碳原子的化合物有兩種構型不同的分子，它們組成一對對映異構體，一個使偏振光右旋，另一個使偏振光左旋。因有手性碳原子的存在而存在光學異構體。

手性分子的兩種類型，對其化學性質有很大差別。例如，手性分子的一種構型可以被人體吸收，另一種卻不能被吸收，沒有生理活性，甚至是有害的。

對映異構是指分子式、構造式相同，構型不同，互呈鏡像對映關係的立體異構現象。

對映異構體之間的物理性質和化學性質基本相同，只是對平面偏振光的旋轉方向（旋光性能）不同。在手性環境條件下，對映體會表現出某些不同的性質，如反應速度有差異，生理作用的不同等。

分子的手性是對映體存在的必要和充分條件。

對映體——互為物體與鏡象關係的立體異構體。

對映異構體都有旋光性，其中一個是左旋的，一個是右旋的。所以對映異構體又稱為旋光異構體。

含有一個手性碳原子的化合物一定是手性分子。它有兩種不同的構型，是互為實物與鏡象關係的立體異構體，稱 為對映異構體（簡稱為對映體）。

舉例

結論：異構體數目—— 2n = 22 = 4 （n：手性碳原子數目）

對映體數目—— 2n – 1 = 2（2-1）= 2（對）

舉例

結論：旋光異構體的數目 = 2n – 1

n為偶數：

內消旋體的數目 = 2n / 2 – 1 ，立體異構體總數 = 2 n – 1 + 2 n / 2 – 1

n為奇數：

內消旋體的數目 =2( n – 1 ) / 2 ，立體異構體總數 = 2 n – 1

在這類化合物中兩個手性碳原子所連的四個基團是不完全相同的。含有一個手性碳原子的化合物有一對對映異構體，那麼含有兩個手性碳原子的化合物有幾個對映異構體呢？假使以A和B代表兩個不同的手性碳原子，由於每一個手性碳可以有兩種相反的構型，A+，A-，B+，B-。這樣根據排列組合，整個分子的構型可以有下面四種。

這就是說，含有兩個手性碳原子的化合物，在理論上，可以有四個對映異構體。其中Ⅰ是Ⅳ的鏡象，Ⅱ是Ⅲ的鏡象，所以它們是兩對對映異構體Ⅰ和Ⅱ，或者Ⅲ和Ⅳ，雖然有一部分是呈鏡象關係，但是另一部分是相同的，因此它們不是對映體，而是非對映異構體（Diasteroisomer）。非對映異構體和對映異構體不同，它們之間的性質，不論是物理性質還是化學性質，都不相同。但是由於它們屬於同類化合物，所以化學性質有些相似。

如：氯代蘋果酸，有兩個手性碳原子，它有四個對映異構體，或者兩對對映體。一對對映體的外消旋體的熔點為145°C，從它可以拆分出熔點同為165-166°C比旋光度是+7.1°和-7.5°的兩個氯代蘋果酸。另一對對映體的外消旋體熔點為157°C，從它可以拆分出熔點同為165-166°C，比旋光度是+9.3°和-8.0°的兩個氯代蘋果酸。

一般對映體的比旋光度應該是數值相同，方向相反，可是有的會有些差別，但不太大，這裡就是這個情況。那麼含兩個以上手性碳原子的分子，有多少立體異構體呢？理論推導證明：當分子中含有幾個不相同的手性碳原子時，就可以有2^n個對映異構體，它們可以組成2^n-1個外消旋體。如果分子中含有相同的手性碳原子，其對映異構體的數目可小於2^n。

在這類化合物中，兩個手性碳原子所連的四個基團是完全相同的，如酒石酸，酒石酸分子中兩個手性碳原子都和H，OH，-COOH，四個基團相連接，它也可寫出四個構型的Fischer投影式：Ⅰ和Ⅱ是對映體，它們等量混合可以組成外消旋體。

Ⅲ和Ⅳ也呈鏡象關係，似乎也是對映體，但如果把Ⅲ在紙面上旋轉180°后即得到Ⅳ，因此它們實際上是同一個物質。

從化合物Ⅲ的構型看，如果在下列投影式虛線處放一鏡面，那麼分子上半部分正好是下半部分的鏡象，說明這個分子內有一對稱面。