手性起源
什么是手性分子
什么是手性分子
手性分子是指与其镜像不相同不能互相重合的具有一定构型或构象的分子。
手性一词来源于希腊语“手”（Cheiro），由Cahn等提出用“手性”表达旋光性分子和其镜影不能相叠的立体形象的关系。
手性等于左右手的关系，彼此不能互相重合。
所有的手性分子都具有光学活性，同时所有具有光学活性的化合物的分子，都是手性分子。
手性分子包括不具有任何对称因素的不对称分子和具有简单对称轴而不具有其他对称因素的非对称分子。
手性分子的研究具有广泛的应用前景，例如在手性合成和手性催化中具有重要意义。
此外，手性分子还被用于手性识别、手性分析和手性生物活性研究等领域。
如需更多信息，可以阅读化学类专业书籍或请教化学专业人士。
手性
手性手性（chirality）一词源于希腊语词干“手”χειρ (ch[e]ir)，在多种学科中表示一种重要的对称特点。
如果某物体与其镜像不同，则其被称为“手性的”，且其镜像是不能与原物体重合的，就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。
手性物体与其镜像被称为对映体（enantiomorph，希腊语意为“相对/相反形式”）；在有关分子概念的引用中也被称为对映异构体。
可与其镜像叠合的物体被称为非手性的（achiral），有时也称为双向的（amphichiral）。
1基本简介编辑本段手性（chirality）一词源于希腊语词干“手”χειρ (ch[e]ir)，在多种学科中表示一种重要的对称特点。
如果某物体与其镜像不同，则其被称为“手性的”，且其镜像是不能与原物体重合的，就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。
手性物体与其镜像被称为对映体（enantio morph，希腊语意为“相对/相反形式”）；在有关分子概念的引用中也被称为对映异构体。
可与其镜像叠合的物体被称为非手性的，有时也称为双向的。
2发展历程编辑本段在手性药物未被人们认识以前，欧洲一些医生曾给孕妇服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药，很多孕妇服用后，生出了无头或缺腿的先天畸形儿，有的胎儿没有胳膊，手长在肩膀上，模样非常恐怖。
仅仅4年时间，世界范围内诞生了1.2万多名畸形的“海豹婴儿”。
这就是被称为“反应停”的惨剧。
后来经过研究发现，反应停的R体有镇静作用，但是S-对映体对胚胎有很强的致畸作用。
正是有了60年代的这个教训，所以现在的药物在研制成功后，都要经过严格的生物活性和毒性试验，以避免其中所含的另一种手性分子对人体的危害。
在化学合成中，这两种分子出现的比例是相等的，所以对于医药公司来说，他们每生产一公斤药物，还要费尽周折，把另一半分离出来。
如果无法为它们找到使用价值的话，它们就只能是废物。
在环境保护法规日益严厉的时代，这些废品也不能被随意处置，考虑到可能对公众健康产生的危害，这些工业垃圾的处理也是一笔不小的开支。
手性和手性药物
手性药物在生物体内的选择性作用是其重要特性之一，某些手性药物只对特定的生物体系产生作用， 而对其他体系的影响较小。
手性药物与药效
手性药物的药效与其手性特征密切相关
手性药物的不同构型可能导致不同的药效，甚至可能产生相反的药理作。
药效的优化
通过合理的手性拆分和选择，可以优化手性药物的药效，提高药物的疗效和安全性。
法规与监管
随着手性药物市场的不断扩大和竞争加剧，各国政府将加强对手性药物的法规和监管，以 确保市场的规范和健康发展。这将为手性药物的未来发展提供更加明确的法规环境和保障 。
CHAPTER
05
手性药物的挑战与解决方案
分离纯化挑战
分离纯化难度大
手性药物中的对映异构体在物理和化学 性质上非常相似，难以通过常规方法进 行分离纯化。
利用手性试剂或手性催化剂，将 外消旋混合物中的一种对映体选 择性地进行反应，从而获得单一 对映体的手性药物。
不对称合成法
通过手性源物质，经过一系列的 化学反应，最终合成出单一对映 体的手性药物。
动力学拆分法
利用动力学拆分原理，通过连续 反应和分离步骤，将外消旋混合 物转化为单一对映体的手性药物 。
生物合成法
靶点验证
针对特定疾病靶点，筛选和验证具有疗效的 手性药物分子，提高药物研发的成功率和效 率。
手性药物的生产技术改进
要点一
绿色合成技术
发展高效、环保的合成方法，降低手性药物生产过程中的 能耗和废弃物产生。
要点二
连续流反应技术
利用连续流反应技术提高手性药物的产量和纯度，降低生 产成本。
手性药物的应用领域拓展
VS
高效分离技术需求
为了获得高纯度的单一对映异构体，需要 发展高效、高选择性的分离技术。
手性的基本概念—有机反应机理系列29
手性的基本概念—有机反应机理系列29
生命向我们显示的乃是宇宙不对称的功能。
宇宙是不对称的，生命受不对称作用支配。
——Louis Pasteur（近代微生物学之父），1859
“手性”，这个词听起来陌生，却是自然界的常见现象：大到宇宙星云，小到分子、原子等微观粒子，自然界的很多物质都是单一手性的。
若一物体或分子与其镜像不能重叠，则称该物体或分子具有手性。
生命大分子的组成单元绝大部分都是单一手性，众所周知DNA 分子链是右旋的，绝大部分的天然糖、核糖是D构型，天然氨基酸是L 构型，但构成蛋白质的氨基酸是L 构型。
具有手性的有机分子会有两种以上的立体异构产物，因此了解手性的基本概念是研究手性分子立体化学的基础。
1 分子的手性来源
(1) 碳原子和一些杂原子的四面体结构
(2) 因单键旋转受限产生手性
(3) 刚性环状结构产生手性
2 对映体和非对映体
在存在多个手性碳的分子中，两个异构体镜像重合，为对映体（enantiomers)（在只有一个手性碳的分子中，两个异构体一定是对映体）；反之为非对映体（Diastereomer）。
3 消旋体
手性化合物的左旋和右旋对映体等摩尔混合物。
分子间叫外消旋，分子内叫内消旋。
（i）化合物1-4中哪几个是对映体，哪几个是非对映体？
1和2、1和3、2和4、3和4都是非对映体；1和4、2和3都是对映体。
（ii）化合物1-4中哪几个分子能形成外消旋体？
2和3、1和4能形成外消旋体。
手性名词解释有机化学
手性名词解释有机化学1.“手性”的来历：手性是指化学反应中，原子或基团的空间构型和对映体之间存在的某种关系。
两个或多个对映异构体如能很好地重叠，则形成有确定熔点的固体，但是很少会在蒸气压低于3．6kPa下形成固体。
非极性键之间通过共价键相结合而产生手性，这些原子在空间上形成一定的角度，称为“手性棱镜”。
所有碳原子都具有手性，除了C=C、 O、 F、Br、 Cl。
等元素的原子，其它都没有手性。
其中：只有C=C、 F、 Br 是非对映异构体。
非对映异构体互为同分异构体，也就是说他们的构型和物理性质是一样的，仅仅由于不同的原因造成立体结构的不同。
它们的主要区别在于，在对映体形成时所使用的原子排列不同，从而在晶体结构中表现出不同的空间群。
手性一般是以共价键和非共价键相结合而表现出来的，它有几何构型的概念，一般在每一类型的手性中，每一个手性分子都含有一个分子轨道。
手性分子中每一个碳原子和其余4个原子以共价键结合。
当分子中含有N个碳原子时，可以有(1)N个异构体; (2)N个立体异构体。
手性分子对周围环境敏感，因此常将手性分子配成药物或调节剂。
在实际操作中经常需要手性分子的混合物，因此最大可能获得纯净的手性分子是重要的，且纯度要高，另外要求分子量准确。
如果手性分子的某些官能团有毒，在制备前要考虑如何去除这些官能团。
尽管目前已经建立了许多高效的分离方法，但要获得特定的纯净的分子仍然很困难。
手性分为正、负两种，用箭头的方向表示原子排列的方向，即与键合的化学键方向相反者为手性分子。
例如，顺磁性的H、 NH、 OH 等在溶液中会因为磁场的作用转变为正手性分子，如HClH。
反磁性的RN、 NR、 NHR等在磁场作用下则会变成反手性分子。
相反，酸性的H、 NH、 OH等在强碱作用下则变成负手性分子，如HClNH。
手性参数（手性常数）：在非共价键力作用下，构型参数L、 L 的最小值为0。
式中M、 M、 M分别是原子序数、半径、电负性。
手性名词解释
手性名词解释
手性是指物质分子在反洗过程中，结果产生的立体形态，也可以被称为立体化学“ chirality”。
根据物质的反洗属性，手性分子可以分为正手性（dextro-）和反手性（laevo-）两种。
跟普通的分子不一样，经过反洗之后，手性分子可以分辨不同的右旋、左旋形式，右旋与左旋之间会有化学特性上的差异。
手性分子的产生
手性分子一般是由极性分子组成的，比如有碳原子、氢原子和氧原子，它们彼此构成了一种具有空间分布的结构。
手性分子的形成有几种情况，其中最重要的一种是通过自动分析和反洗的反应，当原料分子参与了这样的反应，就可以生成一种新的手性分子。
另外，也有一些合成有机物质可以作为原料分子，它们也可以经过反洗反应而形成手性分子。
手性物质的应用
手性分子的应用比较广泛，它们可以应用在药物、农药、染料、香精香料领域中。
1、药物领域：手性分子可以用来制造一些特异性的药物，包括镇静剂、抗组胺药物以及抗病毒药。
2、农药领域：手性分子也可以用作植物抗虫剂，以提高植物的抗虫能力。
3、染料领域：手性分子可以用于制造一些特异性的染料，它们可以用来染色棉、毛织物或者粘合剂，以保护染色衣料或织物的颜色
不会变色。
4、香精香料：手性的分子也可以用作香精香料，它们可以增强食品或者饮料的口感，以满足消费者的口味偏好。
总结
从上面可以看出，手性分子在化学反应中起着重要的作用，它们可以用来制造一些特异性的物质，并在药物、农药、染料、香精香料领域中都有广泛的应用，以帮助人类更好的利用物质的空间结构。
未来，手性分子的应用将会有更多的发展，会成为更多化学研究的重要组成部分。
手性碳原子定义
手性碳原子定义当今，取决于碳原子的手性存在着广泛的研究和应用。
由于碳原子结构的特殊性，碳具有独特的特性例如碳原子具有均匀的配位，其中手性碳原子被广泛用于各种分析和合成反应中。
因此，了解碳原子手性的定义和应用非常重要。
本文旨在综述碳原子手性定义和其相关应用。
碳原子手性定义手性碳原子是指具有左旋性或右旋性的碳原子，在其中存在不对称性，亦称为专属碳原子。
术语“手性”起源于哥白尼的圆周运动理论，即在轨道运动时，任何一个不可细分的物体应具有左旋性或右旋性，是由其形状和旋转方向决定的，只有一个是左旋，一个是右旋，不存在均衡情况。
碳原子具有独特的结构，它们有四个单键位可以供其他原子或分子定向接触，这使得碳原子在其他原子或分子的影响下，可能表现出不对称的结构。
碳原子的手性可以用环状结构表示，它可以沿着其内部（右旋）或外部（左旋）沿着不同的轨道运动，从而产生不同的结构。
这些不对称结构保证了碳原子的手性。
碳原子手性的应用由于碳原子的独特性，它们的手性可以应用于合成化学领域，其中反应体系中不对称反应是非常重要的。
手性碳原子可以作为催化剂，有助于把不对称反应成功地完成。
例如，在合成多烯类化合物过程中，使用手性碳原子可以有效地识别和聚集一种特定的烯类结构，从而产生所需的多烯类物质。
此外，手性碳原子也被用于从特定的有机化合物中分离或分配特定的结构，这个过程称为“手性分离”。
手性分离能够利用特定的萃取剂，按照不同的原子配位来分离物质。
最后，手性碳原子可以用于生物医学领域，例如制备抗体类药物，诊断特定疾病等。
结论本文详细介绍了碳原子的手性定义及其相关应用。
碳原子手性存在于不对称反应体系中，它们可以用作催化剂，有助于把不对称反应完成；也可以用于手性分离，以获得特定的原料；此外，还可以用于制备抗体类药物，诊断特定疾病等。
由此可见，碳原子手性在合成化学和生物医学领域具有重要的意义。
手性概述课件
手性
试一试
手性(chirality)这个词来源于希腊字“手”(cheir)。 手是手性的 — 右手与左手成镜像。
(R)-thalidomide
(S)-thalidomide
手性与人类健康: “反应停”悲剧
沙利度胺的S-异构体可导致严重的致畸性
1957年～1962年，造成数万名婴儿严重畸形。 进一步研究表明，其致畸作用是由沙利度胺其中的一个异构体（S-异构体）引起的，而R-构型即使大剂量使用，也不会引起致畸作用。
谢谢！
图：沙利度胺的另一个对映体可 导致 严重的致畸性。
对映体的不同生理性质是由于它们的分子的立体结构在生物体内引起不同的分子识别造成的这个现象称为“手性识别”。
手套与左右手的相互关系
手性识别
“苦”
“甜”
有机小分子催化剂类型
二级胺手性催化剂
氮杂环卡宾催化剂
手性二级胺催化合成生物碱
环境友好的手性技术开发及在生物医药中的应用
手性是自然界的基本属性
宇宙是非对称的，如果把构成太阳系的全部物体置于一面跟随着它们的镜子面前，镜子中的影像不能和实体重合。……生命由非对称作用所主宰。我能预见，所有生物物种在其结构上、在其外部形态上，究其本源都是宇宙非对称性的产物。
Louis Pasteur
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非确定论
• 非确定论是指虽然在原始生命出现之前就 已经对生物分子的手性做出了选择，但究 竟选择哪一种手性却是随机的、非确定的。
液-固相界面选择论
• 结晶学、矿物学 • 不对称的五种单形（三方偏方面体、四方偏方面体、
六方偏方面体、五角三四面体和五角三八面体）
晶面吸附，从而导致单一手性（水晶） 结晶选择，致使消旋体分离
极化电子作用
1.β衰变（弱作用）产生的极化电子的辐照下,左 右手分子的化学反应速率发生差异（Garay、
Bonner实验）（量级：10-6）
2.过化学动力学的对称性破缺机制,使这种不 对称性放大 （量级：10-2） 3.极化度10-2的媒质中进行聚合.（量级：1）
萨拉姆假说
• 由于 Z°相互作用，电子与电子耦合形成库 柏对；在某临界低温下玻色凝聚，有可能 引起氨基酸由D型向L型的二级相变
手 性 起 源
关于手性
定义：在三维空间中实体与其镜象或经 轴旋转后的镜象不重叠的分子 手性与不对称性
分子的旋光性也许是生命的唯一判据， 因为天然有机物分子的不对称性，是至 今在死的化学和活的化学之间唯一的分界线。
Pasteur
手性与生命
组成生命蛋白质的氨基酸都是 L 型，组成 核酸的核糖和脱氧核糖分子都是 D 型。 糖元、淀粉、纤维素、磷脂等都有右手螺 旋结构 区分生物与非生物的显著标准（陨石成分 分析）
中性流弱作用
宇称不守恒的中性玻色子Z0传递的弱力 弱力的左右不对称性,使得对映体的原子能 级不再相等（量级：10-17） 放大机制: 1）一种手性对映体的存在,有利于这种手性 而禁戒相反手性的产生.
思考。。。
• 有对称性的存在，就必然存在对称性的破 缺 • 对称性与不对称性的对称（对称的完美并 未被破坏） • D-Ala与L-Ala真的互为镜像吗？ • 手性为什么要有起源？
聚合反应选择性
• 消旋体氨基酸在聚合成肽链核蛋白过程中 会倾向于优先选择L-氨基酸
手性起源基本理论
• 关键词：弱电统一理论、费米子、玻色子、 费米能与库伯对、玻色凝聚、二级相变
化学动力学对称性自发破缺说 极化电子作用（带电流W±） 中性流弱作用（中性流Z0）
化学动力学 自发性对称破缺说
• 对称性破缺：明显的对称破缺、自发对称 破缺
统计起源论
• 这种观点认为手性的产生是统计波动的结 果 • 随机扰动（掷硬币）
耗散结构理论
• 在宏观世界中，除通常的处于平衡条件下 的稳定有序结构外，还有一种远离平衡条 件下的稳定有序的结构—耗散结构。
确定论
• 与非确定论相对应的确定论，顾名思义， 就是在原始生命出现之前生物分子的就已 经选择了现有手性形式（如L-氨基酸或D-核 糖），而不涉及究竟是L型还是D型的问题。
圆偏振光论
圆偏振光：振动面将以光的传播方向为轴 旋转，电矢量的绝对值不变。 圆偏振光可以选择性分解生物分子某一手 性，或是在生物分子的合成过程中抑制某 一手性的产生（双向选择） 来源：太阳光和磁场的作用、超新星或脉 冲星爆发
磁场诱导效应
• Faraday效应：线偏振光在介质中传播时， 若在平行于光的传播方向上加一强磁场， 则光振动方向将发生偏转。 • 在特定方向的光和磁场的控制下也会出现 手性选择性
宇称不守恒论
• 弱作用下宇称不守恒 • β衰变的带电流宇称不守恒（ChargedCurrent PNC）会产生左旋极化电子（偏振 电子），其进入物质内部将发生圆偏振韧 致辐射，诱导圆偏振光子
不对称自催化
• 外消旋体中首先存在一定的统计不对称性 或外界因素导致的轻微不对称性 • 某一手性的对映体分子会发生类似于催化 剂的作用，使反应只生成与其手性一致的 产物
各种假说
生命说 确定论 非生命说
液-固相界面选择论 统计起源论
耗散结构理论
圆偏振光论 磁场诱导效应 宇称不守恒论 不对称自催化 e Wald 核心：生命选择手性 论点：密码子和手性协同起源 D-氨基酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶
非生命说