外消旋化

一个纯的光活性物质在体系中的一半量发生构型转化的过程

外消旋化是指一个纯的光活性物质在体系中的一半量发生构型转化的过程。

定义

这种由纯的光活性物质转变为外消旋体的过程称为外消旋化。如果构型转化未达到半量，就叫部分外消旋化。

相关概念

外消旋体

外消旋体是一种具有旋光性（见旋光异构）的手性分子（见手征性）与其对映体的等摩尔混合物。它由旋光方向相反、旋光能力相同的分子等量混合而成，其旋光性因这些分子间的作用而相互抵消，因而是不旋光的。并且，虽然对映体的物理性质一般相同，但外消旋体的物理性质如熔点、溶解度等与对应的对映体性质常常是不相同的。外消旋体常用D，L-标记，如图1所组成外消旋体的两种分子除旋光方向相反外，其他物理、化学性质相同，外消旋体是由一个具有潜手性中心的分子在生成一个手性中心时的必然产物。

内消旋体

分子内含有不对称性的原子，但因具有对称因素而形成的不旋光性化合物。例如内消旋酒石酸分子内虽然含有两个不对称碳原子C，但由于它们具有对称因素，一半分子的右旋作用被另一半分子的左旋作用在内部所抵消，因此是一个不旋光性化合物。内消旋体和对映体的纯左旋体或右旋体互为非对映体。

过程

有些旋光性化合物在适当条件下，可发生50%些的构型转化，即转变成外消旋体。在此过程中，有一部分右旋分子转变成左旋分子，或部分左旋分子变成右旋分子。这种转变是同时相互进行的，直到原旋光性化合物的半数分子变成其对映体，并建立平衡而成为外消旋体。

举例

旋光性化合物外消旋化的难易差别很大，有些必须在高温下处理几十小时才能发生外消旋化；有些在室温不用加热或催化剂，就能自行外消旋化。例如，手性碳原子上连有一个H和C=O的化合物很容易外消旋化，是因为酮型可能变成烯醇型。当酮型变成烯醇型时，分子就失去了手性，变成非手性分子，并且同在一个平面上。这个烯醇型（不稳定）再变成酮型，就有两种可能性：可以变成原来的构型，也可以变成另外一种构型。这两种变化的机会是相等的。因此，这种变化经过一定时间后，混合物就变成外消旋体。例如，α-甲基丁酸加热时，它的旋光性逐渐消失，最后变成外消旋体：

这个平衡体系包括R-和S-异构体以及它们所通过的一个共平面的烯醇型中间体。这个烯醇型中间体是由手性碳原子上的氢转移到羰基的氧原子上形成的。当氢从氧原子回到碳原子上时，它可以从烯醇型中间体所在平面（纸面）的后面加到双键碳上得到原来的R-异构体。氢也可以从平面的前面加到双键碳上得到S-异构体。氢原子回到原来碳原子上的这两种途径的机会是相等的，所以最后得到两个等量的对映体，即外消旋体。如果手性碳上的氢原子被其他基团取代后，就很难发生外消旋化了。

从中药（莨菪、曼陀罗等）中提制阿托品时，就要利用外消旋化。现将提制流程简单说明如下：

2，3-二氯丁酸有两个手性碳原子，其中只有一个能通过烯醇型发生构型的转变，而另外一个的构型不变。在这种情况下所得到的就不是外消旋体，而是两个非对映体的混合物。这两个非对映体是互为C-2差向异构体，这种转化过程叫做“差向异构化”（epimerization）。

外消旋体拆分

如果要从外消旋体的一对对映体中分离出其中之一，必须经过拆分的步骤。

1、通过化学反应：拆分剂，如常用的光活性碱包括奎宁、马钱子碱等，光活性酸则包括酒石酸、樟脑磺酸等。

2、酶解

3、晶种结晶

4、柱色谱

用物理、化学或生物的方法将一外消旋体拆分为纯的左旋体和右旋体的过程。拆分的方法有：

① 手工或机械法,如果对映体为呈明显的物体与镜像关系的半面体结晶时，可用手工方法将这两种晶体分开，例如外消旋酒石酸钠铵。

② 播种法，在外消旋体的过饱和溶液中,播入其中一个纯的对映体晶种，会导致这一对映体结晶析出，而在母液中留下另一对映体。在工业生产上，这一方法具有工艺简便、成本低廉的特点。

③生物法,某些微生物能有选择地将一对对映体中的一个加以破坏或消化掉，从而剩下另一异构体。这也是工业生产中常用的方法，产物的旋光纯度很高。

④ 选择吸附法，利用某些光学活性物质作吸附剂，有选择地吸附外消旋体中的一个对映体，达到拆分的目的，例如各种色谱法，其中包括离子色谱法，特别是配位离子交换法等。

⑤ 某些物理方法，例如,用一定波长的圆偏振光照射某些外消旋体时，能将其中一个对映体破坏而得到另一对映异构体。

⑥ 消旋归还拆分法,一些外消旋化合物在某些手性试剂的作用下，能使对映体之间经中间平衡而发生转化，将不需要的一个异构体转变为需要的对映体。

⑦ 化学法,这是最重要、最常用的拆分法。它是将一对对映体转变为非对映异构体，即在一对对映体分子中引入同一的手征性基团，从而生成一对非对映异构体，再根据一对非对映异构体在物理性质上存在的差异而将二者拆分，分开后再把所引入的手征性因素除去，即可得到纯的左旋或右旋体。

如一外消旋酸(±)-A与旋光性碱(-) -B生成一对非对映异构体的(+)-A·(-)-B和(-)-A·(-)-B盐，将二者分开后再除去碱(-)-B,即得到纯的(+)-A和(-)-A。

其他的拆分法有光学活性膜拆分法、膜电极拆分法、大环多聚醚拆分法，以及利用光学活性溶剂进行萃取或重结晶方法等。此外还有某些特殊的方法，如螺[3.3]-1, 5-庚二烯与氯化铂和光学活性的α-甲基苄胺形成的非对映异构体络合物，能在二氯甲烷中被拆分。尿素与外消旋2-氯辛烷能形成两种不同的笼状半面晶非对映异构体而被拆分。

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