关于手性

1、 什么叫手性？什么是手性分子？

一个分子，如果无论怎样将其分割成两半,它的一半与另一半都不会重叠,也就是这两半不能互成镜像关系，我们就说它有手性，具有这种性质的分子就叫手性分子.这种分子中不存在任何对称中心，对称轴和对称面。

2、 什么是手性碳原子? 　　

        我们在高中时就学过有机化学，我们知道甲烷是一个碳原子与四氢原子相连，它是一个四面体结构，碳原子在四面的中间，四个氢原子则分别处于四面体的四个顶点。

        甲烷是没有手性的，因为它有一个对称中心，并有若干个对称轴和对称面，因此，甲烷中的碳原子是非手性碳原子。

　　如果甲烷中的三个或四个氢原子分别被不同的原子或基团取代，则分子中就不存在对称中心，对称轴和对称面，那么这个分子就是手新分子，这个与四个不同的原子或基团相连的碳原子就是手性碳原子。

        美国科学家诺尔斯、日本科学家野依良治和美国科学家夏普雷斯，因为在手性催化氢化反应和手性催化氧化反应研究方面做出的卓越贡献，获本年度诺贝尔化学奖。 手性异构体的差别关乎人的生死手性是自然界普遍存在的现象。有许多自然界存在的或经合成的方法获得的化合物的分子，虽然原子组成相同，但是在立体结构上互为镜像，可以比喻为人的左手和右手，故称之为“手性分子”或“手征性分子”。显然，互为镜像的两个手性分子是不能重叠的，因此，这两个分子又称为“手性异构体”。手性异构体的物理和化学性质相同，但是，在生理、药理活性，以及与生物分子的相互作用方面可能有很大的差别。许多药物分子是手性分子，两个手性异构体在药理活性上的差别甚至关系到人的生与死。一个典型的例子是，20世纪60年代在欧洲发生因服用酞胺哌啶酮（俗称反应停，一种缓解孕妇妊娠反应的药）导致1.2万个海豹畸形儿出生的惨剧。这是因为，服用的反应停是两个手性异构体的混合物，其中一个异构体有缓解孕妇妊娠反应的药理作用，而另一个异构体却会导致海豹畸形儿的出生。

        手性异构又叫光学异购或旋光异构，是立体异构一种。具体说来，如左右手。虽结构非常相象，但不能重合(此重合是要完全重合，即当手心向下时，左右手不能重合，只有别人左手才与你左手重合，由此，左右手称为镜象)化学分子也一样，骨架相同，但不能重合，只成镜象的一对分子，称为手性分子,即成手性异构.表现在旋光上，一为左旋，另一为右旋；有时在结晶形状上也可分辨，如巴斯德用显微镜，镊子分开了左右旋酒石酸钠。

3、 什么是手性液晶?

　　分子中含有手性碳原子的液晶就叫手性液晶，它们有一个专门的名称，叫作胆甾(音宰)相液晶。不同于向列相和近晶相液晶，胆甾相液晶本身是呈螺旋状排列的，有的呈右手螺旋，如S-811(螺距约为0.1um)，C-15(螺距约为1.5um)等；有的呈左手螺旋,如CB-15(螺距约为0.2um)等。为了使盒中的向列相液晶按我们设定的方向呈螺旋状扭曲排列，我们常要加入少量的螺旋方向与摩擦方向相匹配的胆甾相液晶，目的是诱使相列液晶从盒底到盒顶进行扭曲排列。这加入的少量胆甾相液晶，我们就称之为手性剂，或叫添加剂，其英文名字叫作dopant。

4、生物分子手性原则是什么?

　　生物分子都有手性，即分子形式的右撇子和左撇子（或左旋、右旋）。在法国生物学家巴斯德发现酒石酸晶体的镜像后就更激起了科学家的兴趣。然而，手性分子是如何形成的却一直让人迷惑不解。过去，生物化学领域趋向于认为，单一手性形式的分子合成通常从一开始就要利用手性本体，也就是说生物分子自身在催化着手性形式的形成。而且在一些化学反应中手性产物的形成进一步扩大了。

　　2006年6月16日出版的英国《自然》刊发文章称，最近，美国研究人员发现，物质的固（体）-液（体）相平衡可能参与了生物分子手性的形成。比如，氨基酸固（体）-液（体）相的平衡，可以由刚开始时的小小的不平衡导致严重偏向一种手性形式，即左旋或右旋。而这种现象出现在水溶液中，因而也可以解释生命起源以前的左手性和右手性，即为何左右手性数量相当的分子为何会转变成生物分子偏爱一种手性。而物质世界中有活性作用的分子常常是左旋，如左旋糖苷。

5、手性技术与手性药物

        首先让我和大家一起来回忆一下药物给人类带来空前灾难的反应停事件。1953年，联邦德国Chemie制药公司研究了一种名为“沙利度胺”的新药，该药对孕妇的妊娠呕吐疗效极佳，Chemie公司在1957年将该药以商品名“反应停”正式推向市场。

        两年以后，欧洲的医生开始发现，本地区畸形婴儿的出生率明显上升，此后又陆续发现12000多名因母亲服用反应停而导致的海豹婴儿！这一事件成为医学史上的一大悲剧。

        后来研究发现，反应停是一种手性药物，是由分子组成完全相同仅立体结构不同的左旋体和右旋体混合组成的，其中右旋体是很好的镇静剂，而左旋体则有强烈的致畸作用。

        到底什么是手性药物？用什么技术或方法能够分别获得左旋体和右旋体来进行研究和安全有效地使用呢？

        要阐明这一主题，首先我们要认识什么是手性药物。手性药物分子有一个共同的特点就是存在着互为实物和镜像关系两个立体异构体，一个叫左旋体，另一个叫右旋体。就好比人的左手和右手，相似而不相同，不能叠合。

        目前临床上常用的1850多种药物中有1045多种是手性药物，高达62%。像大家所熟知的紫杉醇、青蒿素、沙丁胺醇和萘普生都是手性药物。 手性是宇宙的普遍特征。

        早在一百多年前，著名的微生物学家和化学家巴斯德就英明地预见“宇宙是非对称的……，所有生物体在其结构和外部形态上，究其本源都是宇宙非对称性的产物”。

        因此，科学家推断，由于长期宇宙作用力的不对称性，使生物体中蕴藏着大量手性分子，如氨基酸、糖、DNA和蛋白质等。绝大多数的昆虫信息素都是手性分子，人们利用它来诱杀害虫。很多农药也是手性分子，比如除草剂Metolachlor，其左旋体具有非常高的除草性能，而右旋体不仅没有除草作用，而且具有致突变作用，每年有2000多万吨投放市场，其中1000多万吨是环境污染物。   

         Metolachlor自1997年起以单旋体上市，10年间少向环境投放约1亿吨化学废物。研究还发现，单旋体手性材料可以作为隐形材料用于军事领域。

        左旋体和右旋体在生物体内的作用为什么有这么大的差别呢？由于生物体内的酶和受体都是手性的，它们对药物具有精确的手性识别能力，只有匹配时才能发挥药效，误配就不能产生预期药效。正如 “一把钥匙开一把锁！”因此，1992年美国 FDA规定，新的手性药物上市之前必须分别对左旋体和右旋体进行药效和毒性试验，否则不允许上市。2006年1月，我国SFDA也出台了相应的政策法规。

        怎样才能将非手性原料转变成手性单旋体呢？从化学角度而言，有手性拆分和手性合成两种方法。经典化学反应只能得到等量左旋体和右旋体的混合物，手性拆分是用手性拆分试剂将混旋体拆分成左旋体和右旋体，其中只有一半是目标产物，另一半是副产物，而且需要消耗大量昂贵的手性拆分试剂。化学家一直在探索，是否有更经济的方法，将非手性原料直接转化为手性单旋体呢？

        上世纪60年代初，科学家们开始研究在极少量的手性催化剂作用下获得大量的单旋体，这就是手性合成技术。最初只获得了3%的收率，经过近三十年的努力终于获得了成功。目前最高的产率已经接近100%，特别需要指出的是这种技术可以使人们随心所欲地合成自然界中不存在的左旋体或右旋体。 手性药物的研究近20年来发展很快，各大制药公司正在研发的药物中，单旋体所占比例逐年上升。在已上市的药物中，1986年混旋体药物占到32%，单旋体药物只有25%，可是到了2005年，混旋体药物就只占8%，而单旋体药物则上升到58%。

        近两年来，手性药物已成为世界各国制药公司追求利润的新目标，它的市场份额逐年扩大，1990年手性药物的市场销售额只有180亿，到2005年已经到达了1720亿美元。在2006年全球十大畅销药物排行榜中，前四名均为单旋体手性药物。仅利普妥一种药物的年销售额就高达136 亿美元。

        我们瞄准国际前沿，专业进行手性技术和手性药物方面的研究，先后开发生产了几百个手性化合物。长期为世界新的手性药物开发服务。

        在科学技术高速发展的今天，人类面临各种机遇和挑战。我们只有勇敢地迎接挑战，快马加鞭。我们正在广泛开展科研合作，联合进行科技攻关，愿我们多加交流，以手性技术为研究平台，以手性分子为研究目标，携手获得更丰硕的成果。