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4.6 : 具有多个手性中心的分子

具有多个手性中心的分子可以提供大量的立体异构体。 例如,虽然一些分子(如 2-丁醇)具有一个手性中心(定义为连接有四个不同取代基的四面体碳原子),但一些分子(如 2,3-丁二醇)具有多个手性中心。 预测具有 n 个手性中心的分子可能存在的立体异构体数量的简单公式是 2n。 然而,如果一些立体异构体是彼此的可叠加镜像,并且因此代表相同的分子,则可以存在较低的数量。 例如,具有两个手性中心的2,3-丁二醇可以有22种,即四种可能的构型。 虽然 RRSS 互为镜像,但它们不可叠加,因此是手性的。 然而,RSSR也是彼此的镜像,但是是重叠的并且是相同的分子。 因此,2,3-丁二醇仅具有潜在的四种立体异构体中的三种不同的立体异构体。

在这种情况下,了解手性中心与手性分子至关重要。 这从根本上取决于分子对称性——无论是平面对称或中心对称,还是瑕旋转对称。 具有对称平面或对称中心的分子具有可叠加的镜像,因此是非手性的。 然而,当两者都不存在时,如果物体绕轴的旋转在垂直于轴的平面中产生分子的镜像,则分子仍然是非手性的。 这种轴线被称为不适当的旋转轴线。

单个手性中心排除了分子中任何对称性的可能性,因此只有一个手性中心的分子总是手性的。 只有在评估分子结构的对称性后才能断言具有多个手性中心的分子的手性。 具有多个手性中心和非手性构型的分子被称为消旋化合物。 一个著名的例子是内消旋酒石酸,如图 1(c) 所示。

Figure1

图 1:酒石酸对映体的费歇尔投影骨架结构 - (a) ʟ-酒石酸、(b) ᴅ-酒石酸和 (c) 消旋酒石酸

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Multiple Chiral CentersStereoisomersTetrahedral Carbon AtomSubstituentsSuperposable Mirror ImagesConfigurationsDistinct StereoisomersChiral CenterChiral MoleculeMolecular SymmetryPlane Of SymmetryCenter Of SymmetryImproper Axis Of Rotational SymmetryAchiral

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