手性广泛的存在于自然界中,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)。
光学活性一词用来解释手性物质与
偏振光的相互作用,一个
手性分子的溶液能使偏振光振动平面旋转。这一现象由
让·巴蒂斯特·毕奥于1815年发现,并在
制糖工业、
分析化学、制药领域中显示出了重要性。
路易斯·巴斯德在1848年推测出手性现象是源于分子。1961年反应停(
沙利度胺)因为强烈
致畸作用而被全面召回,进一步研究显示,反应停的R构型分子具有疗效,而S构型分子具有强烈致畸作用。
反应停事件让药物的手性受到制药界的广泛重视。2001年
威廉·斯坦迪什·诺尔斯、
野依良治、
巴里·夏普莱斯因在手性催化方面的贡献共享
诺贝尔化学奖。
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。
因此,医药公司急切地寻找一种方法来解决这个问题,比如,他想要左旋分子,那么他就得想办法把另一半右旋分子转化成左旋分子。如今,这个令人
头痛的问题已经得到了解决。科学家用一种叫做“不对称催化合成”的方法解决了这一问题。这个方法可以广泛地应用于制药、香精和
甜味剂等化学行业,给
工业生产一下子带来了巨大的好处,这项研究也获得了2001年度的
诺贝尔化学奖。毫无疑问,这个成果具有重要意义。
对手性的研究,在造就工业奇迹的同时,也启发了我们对地球生命,甚至
宇宙起源的重新认识。我们知道,在自然界的各个方面,尤其是物理和化学中,都广泛地存在着许多对称的概念:带
负电的电子与带
正电的
反电子,磁场的
南极和北极,以及化学中的分解和
化合反应。就连遥远的
河外星系也存在着正旋和逆旋的
旋涡结构。科学家们不禁感到疑惑:这是否在提示我们在宇宙中存在着一种奇特的
普适性的
对称规律?
地球上没有右旋
氨基酸生命,但是,按照手性的原则,它们确实是可能存在的,甚至,有智慧的右旋氨基酸生命也是存在的。