隨處可見的手性，它的水很深哦……
近日，被譽為中國“諾獎”的未來科學大獎塵埃落定，物質科學獎花落三位化學大家。在化學大師的研究方向上，數次出現“手性”的字眼，這倒讓我們感到既熟悉又陌生。
未來科學大獎官網截圖
熟悉的是，我們都有靈巧的雙手，是它賦予了我們非凡的創造能力。然而。讓我們感到陌生的是，在化學科學的前沿怎麼也會有“手性”呢？
難道，化學也分左右手？
手性是咋回事？
不知你注意沒有，我們的左手和右手看上去差別不大，但是它們怎麼都不會重合在一起。
在化學領域，人們把在化學結構上鏡像對映而又不能完全重合的分子叫作手性分子。把這種互為實物和鏡像關係的兩個手性分子叫作對映異構體，簡稱對映體。
氨基酸作為一種手性分子，存在左旋和右旋的區別。但地球生物體內的氨基酸幾乎都是左旋的，只有極少數生物體內存在右旋氨基酸。揭示氨基酸左旋之謎，有助於揭示地球生命的起源。
其實，在生物體內還存在許多的手性分子。例如，我們都十分熟悉的乳酸就屬於手性分子。其右旋體和左旋體就是一對對映體，肌肉運動產生的乳酸為右旋體，而糖類發酵產生的乳酸為左旋體。
互為對映體的兩種手性分子就像我們的左手和右手一樣，不管它們怎樣旋轉都不會重合。凡是手性分子都具有旋光性，並且互為 對映體的旋光能力是一樣的，只不過二者的旋光方向相反罷了。
（網絡圖）
因此，看一個分子是不是手性分子，以及是左旋還是右旋，可以用一個“道具”來檢驗。這個“道具”就是旋光儀，能使平面偏振光旋轉的為手性物質，否則就為非手性物質。
對於手性分子，按順時針方向旋轉的為右旋體，記作（+）或者D；按逆時針方向旋轉的為左旋體，記作（-）或者L。
為何左右有別？
一種手性藥物的藥理作用往往與其立體構型密切相關，因此互為對映體的左旋體和右旋體通常存在很大的差異。
我們熟悉的維生素C就是一種手性分子，只有L-抗壞血酸效價最高，而D-抗壞血酸沒有活性。我們通常所說的維生素C係指L-抗壞血酸。
長期以來，人們使用的手性化合物主要是從自然界中獲取的。氯黴素是第一個用合成方法大規模生產的抗生素。天然來源的氯黴素為左旋體，是由氯鏈絲菌產生的一種具有抑制細菌生長作用的廣譜抗菌素。
而合成品被稱為合黴素，即是氯黴素左旋體與右旋體的混合物。由於左旋體具有抗菌活性，而右旋體則沒有抗菌活性，所以合黴素的療效只有天然品的一半。
D-型與L-型氨基酸對人來說具有不同的味覺，如D-纈氨酸呈甜味,而L-纈氨酸呈苦味。
居家必備的味精，是一種以穀氨酸鈉為主要成分的鮮味劑。你知道嗎？我們使用的L-穀氨酸鈉，具有非常鮮美的味道。而D-穀氨酸鈉就沒有那麼幸運了，其味道不是苦就是索然無味。
為什麼互為對映體的手性分子在生理活性上具有如此大的差別呢？這是因為生物體提供的手性環境，能夠精準識別對映體的旋光性，有選擇地進行某些反應。
一種藥物必須與受體的立體結構相匹配時，才能表現出應有的生理活性。這樣一來，含有手性因素的對映體就會在體內表現出不同的藥理活性、代謝過程以及毒性。
“海豹兒”，誰之罪？
互為鏡像的兩個手性分子看上去沒什麼區別，兩種分子的物理性質也是相同的，然而它們的生物活性卻可能存在天壤之別。
每個人都或多或少接觸過藥，藥物中的許多品種就屬於手性藥物。手性藥物的兩個鏡像對映體在藥力和毒性等方面往往存在很大的差別，這一點必須引起我們的高度重視。
在這方面，我們有過深刻的教訓。1957年，聯邦德國藥廠生產的一種叫做沙利度胺的藥物正式投放歐洲市場。研究發現，該藥物具有一定的鎮靜催眠作用，並能顯著抑制孕婦的妊娠反應，因此又被稱為“反應停”。
一時間，反應停被冠以“沒有任何副作用的抗妊娠反應藥物”，因此成為了“孕婦的理想選擇”。此後，反應停迅速風靡歐洲、北美、非洲、澳洲等地，相繼在51個國家獲准銷售。
然而，好景不長。隨即而來的嬰兒“海豹肢畸形”報告，集中地劍指“反應停”。大量的流行病學調查和動物實驗也證明，沙利度胺是引起“海豹肢畸形”患兒的罪魁禍首。
震驚世界的“反應停”事件，導致了一萬兩千多名畸形兒的誕生，因此成為了20世紀最大的藥物導致先天畸形的災難性事件。
格蘭泰公司首席執行官為曾經的錯誤公開道歉，並製作了名為“生病的孩子”銅像（圖片：百度百科）
“反應停”之所以造成了如此嚴重的悲劇，源於它是一種典型的手性藥物。並且，上市的“反應停”是由互為對映體的兩種異構體組成的，其右旋體確實具有很好的鎮靜作用，然而人們並不知道其左旋體卻具有強烈的致畸作用。
“反應停事件”的教訓是慘痛的，它讓人們懂得了手性對於生命和健康的重要意義。
有為者，請留下！
用化學方法合成的手性化合物，往往得到的是對映體的等量混和物。而互為對映體的兩種手性分子在人體內的生物活性又存在顯著的差異。
把其中不作為或亂作為的對映體剔除出去，無疑可以提高藥物的有效性和安全性。而一對對映體往往具有相同的物理性質，分離對映體談何容易！並且，即便能分離出來也會造成資源的浪費，從而增加藥物的成本。
那麼，能不能按照我們的預期有選擇地合成我們所需要的手性化合物呢？也就是說，我們只要有作為的左旋體或者右旋體，來作為藥品的主要成分。
2001年諾貝爾化學獎就授予了在這方面做出傑出貢獻的三位科學家。他們的貢獻就在於開發出來了一種特殊的手性催化劑，能夠獲得人們所期待的對映體之一。
L-多巴被認為是治療帕金森氏症的有效藥物，它是根據諾貝爾獎得主的研究成果生產出來的。此前的化學合成法產生的是 L-型和 D-型的混合物，往往由於對映體的代謝不同而導致副作用。
一位諾獎得主曾提出“完美合成化學”的概念，其含義就是以100%的選擇性和100%的收率，只生成需要的產物而沒有廢物產生。
手性催化合成無疑就是實現“完美合成化學”的重要途徑之一，目前已經成為了化學合成領域最為活躍的研究領域之一。
我國科學家在這方面的研究已經取得了重要成果，發展了一系列新型、高效和有應用前景的手性催化劑體系。
比如，利用手性催化劑成功合成了抗癌藥物紫杉醇和多烯紫杉醇，這種方法比從珍稀植物紅豆杉中提取以及化學全合成方法成本更低廉，產品純度也更高。隨之，我國在抗腫瘤新藥吉西他濱、抗組胺藥西替利嗪和苯磺酸左旋氨氯地平等專利的轉化方面，取得了顯著的經濟和社會效益。
值得一提的是，手性化學不僅可以讓老百姓吃上放心、便宜的藥物，而且也可以讓我們用上用綠色工藝生產出來的精細化工和新型材料產品。未來，相信它一定還會有更廣闊的發展和應用前景。
參考文獻
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