消旋混合物(Racemic Mixture)


在化学领域中,消旋混合物又称消旋物(racemate),是由掌性分子的左旋与右旋镜像异构物等量混合而成。最早被发现的消旋混合物是「消旋酸」,巴斯德(Louis Pasteur)发现它是酒石酸的两种镜像异构物之混合物。

性质
消旋物不具旋光性,也就是说,它不会使平面偏极光偏转。这是由于两种异构物使平面偏极光往两个相反方向旋转,结果互相抵消了。
两种镜像异构物通常有相同的物理性质,但消旋物的性质往往与每一种纯镜像异构物都不相同。通常熔点和溶解度都不相同,沸点也可能不同。
无论是消旋物或纯的单一镜像异构物都可能製成药物,而两者可能有不同药效。

结晶
消旋物结晶的方式有四种,其中三种在1899年由鲁斯本(H. W. B. Roozeboom)区别出来。

‧晶团(Conglomerate,有时称为消旋混合物消旋晶团
由一对镜像异构物形成的混合物,晶体中相同镜像异构物分子间有较大的亲和力,相异镜像异构物分子间亲和力较小。消旋晶团的熔点,总是比纯的镜像异构物的熔点低。取其中一种镜像异构物少许,添加在晶团中,会提高熔点。

‧消旋化合物(有时称为真消旋
相同镜像异构物分子间亲和力小,相异镜像异构物分子间亲和力较大,形成单一晶相,在晶胞(elementary cell)中两种镜像异构物以1:1整齐排列。取其中一种镜像异构物少许,添加在消旋化合物中,会降低熔点。但是纯的镜像异构物的熔点可能比消旋化合物高,也可能比较低。

‧假消旋物(有时称为消旋固态溶液)相同与相异镜像异构物分子间亲和力没有太大不同,这点与消旋化合物或晶团不同。整体而言,两种镜像异构物在晶体中等量存在,但它们在晶格中以不整齐的方式共存。取其中一种镜像异构物少许,添加在假消旋物中,其熔点改变很小,甚至不改变。

‧似消旋物
似消旋物是两种相似但不同的化合物,其中一种左旋,另一种右旋。虽然二者化学性质不同,但立体结构相似,仍然能形成消旋晶相。巴斯德在1853年首次研究此类消旋物,那是由(+)-酒石酸二铵盐与(-)-苹果酸二铵盐,以1:2比例溶于水中形成的混合物。到了2008年,经重新研究,发现此一晶体呈哑铃形,中心部分含有(+)-酒石酸氢铵,外围部分是(+)-酒石酸氢铵与(-)-苹果酸氢铵形成的似消旋物。

分离
把消旋物的各成分分离,得到纯的镜像异构物,称为掌性分离。分离的方法很多,包括结晶、层析与使用酶。第一个成功分离消旋物的人是巴斯德,他用手把晶团里的两种晶体分开。

合成
如果没有受到掌性物质(如掌性催化剂、掌性溶剂或掌性起始物)影响,化学反应产生的掌性产物总是消旋物。因为合成消旋物不需要特别的条件,比合成纯的镜像异构物便宜又容易。这引发了一个疑问:原始地球应该是消旋性的,为什幺生物会演化出同掌性分子(homochirality,大多数生物体内的胺基酸分子为L-型)?
消旋混合物作为试剂,或产生消旋混合物的反应,称为「无立体特异性」或无立体选择性」的反应,因为它们对特定的立体异构物无偏好。

消旋药物
某些药物是掌性分子,而且各个镜像异构物对生物体有不同效应。它们可能以消旋混合物或单一镜像异构物出售。这些药物包含沙利窦迈(Thalidomide,可减少怀孕妇女噁心呕吐,但另一镜像异构物会产生畸形胎)、伊普膜衣锭(ibuprofen,一种退烧镇痛药)和瘦肉精(Salbutamol,为治疗人类气喘的药物,被误用为猪肉及鹅肉的瘦肉精)。Adderall(治疗过动儿的药物)是许多种不同镜像异构物的混合物,包含了右旋安非他命的中性硫酸盐、安非他命、葡萄糖右旋安非他命、天门冬胺酸D/L-安非他命一水化合物。处方止痛药特拉吗窦(tramadol)也是消旋物。
某些药物(如伊普膜衣锭和沙利窦迈),两种镜像异构物在体内会互相转换。这表示,为了医疗而製备纯的镜像异构物意义不大。
像瘦肉精及沙利迈窦的情况,则是不具疗效的异构物反而有害。
甲基安非他命以商品名称Desoxyn的处方药销售,Desoxyn中有效的成分是右旋安非他命氯化氢,安非他命的左旋镜像异构物,少中枢作用,而多末稍作用。
如果某物质的化学名称之前加了D/L-,表示左旋和右旋两种异构物都包含在产物中,不过未指明其比例;如果某物质的化学名称之前加了DL-,中间没有斜线,表示左旋和右旋两种异构物以1:1存在,各占50%。

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