（二）光学异构

把不对称碳原子当作四面体的理论证明是极其有效的，而将它扩大到包括一般的镜象结构也是很有用的。不对称碳原子不仅可以用作旋光性的根据，而且任何可形成镜象的构型都可与这种旋光性联系起来。范特霍夫的理论包含了围绕单键可自由旋转的概念。他指出：旋转受阻碍的地方，有可能形成对映体。

这一推断在 1909 年由小珀金、波普和瓦拉赫通过化合物Ⅰ（外消旋混合物）的拆分而得以证实。一年后，W·H·米尔斯和 A·M·贝恩拆分了化合物Ⅱ。

这些拆分解释了当分子中存在处于两个垂直面上而无旋转机会的原子时，会产生不对称性。其它许多由于阻碍旋转而引起的光学异构的例子已经遇到，如在丙二烯中遇到的那样。

范特霍夫推测，当四个不同基团占据丙二烯基两端位置如Ⅲ时，预期这

些丙二烯就会出现旋光性。

稍后不久，人们认识到，旋光性也可能会出现在更简单的丙二烯结构Ⅳ中。只是到了 1935 年，米尔斯和 P·梅特兰使用旋光性樟脑磺酸作为催化剂进行了如下的不对称脱水反应，生成一种旋光性丙二烯时，才得到了实验证据。

当使用非旋光性催化剂时，就生成外消旋混合物。大约与此同时，E·P·科勒及他的学生进一步证实了范特霍夫推测的正确性。1909 年，波普、珀金和瓦拉赫拆分了一个具有类似立体结构的化合物，该物中存在一个具有刚性双键的环（Ⅴ）。

O·阿山预计一种相关类型的化合物螺烷是具有旋光性的。这样一种化合物（Ⅵ）的第一次拆分是在 1932 年由 S·E·詹森和波普完成的。其它这种化合物的拆分是由米尔斯、勒克斯、波塞肯和其他人进行的。

范特霍夫理论没有预见到 20 年代初谢菲尔德的 J·肯纳及其同事所做的发现，当时他们拆分了每个邻位各有一个羧基和一个硝基的联苯。

在这儿，镜象显然是由于环的邻位上的大基团无法相错移动引起的。肯纳、H·A·特纳以及其他人拆分了许多类似化合物，这些化合物表明：阻碍自由旋转的位阻可能是形成对应体的原因。人们认识到，只要存在有阻碍旋转或分子内拥挤的地方就会产生这种异构现象。

有关旋光性的进一步研究证实，应把化合物分子的旋光性看作是各个不对称中心产生的总效果。美国国家卫生研究院的 C·S·赫德森（1881—1952） 使这一类型的理论研究在糖化学领域取得了重大进展。海德贝格的 K·弗劳登贝格（生于 1886 年）表明：结构的类似变化会带来旋光性的类似变化。

绝对构型的问题仍是一个难题。相对构型则已直接或间接地与 D—（+）

—甘油醛的构型联系了起来。

这种构型直到 1951 年 J·M·比沃埃、A·F·皮尔德曼和 A.J.范·包麦尔根据酒石酸钕钠晶体的 X 射线分析而证实该构型是正确的时，才确定了下来。化学相关性常常有可能把所研究的化合物的绝对构型直接或间接地与甘油醛联系起来，假若不对称中心没发生翻转的话。对于像类萜和甾族化合物那样的复杂分子，甚至在发生翻转时，有时仍有可能考虑构型，并通过各种方式得到绝对构型。

发生瓦尔登翻转的机理多年来一直是个难题。J·凯尼恩及其同事证明： 对于某些简单分子，翻转发生在反应进程中的某一步骤中。英戈尔德证实： 翻转总是发生在两步完成的亲核取代反应中（SN2），只有在结构上不允许时例外。这就使得人们对这种反应有了更好的了解，并能更好地加以控制。

在光学异构研究的早期，人们观察到：在自然界人们发现的只是其中的一种异构体，另一种通常发现不了。然而，在实验室合成含不对称碳原子的化合物时，得到的却是外消旋混合物。1894 年，艾米尔·费歇尔讨论了合成单个异构体的问题。几年后，W·马克沃德详细检验了旋光性化合物的合成。他认为，“非对称合成”是通过加入活性介质而由非对称分子生成旋光性化合物的一种合成不采用任何拆分方法。马克沃德通过使用活性二甲马钱子碱，由甲基乙基丙二酸制备出了甲基乙基乙酸，得到了一种含左旋酸 55％的混合物。

A·麦肯齐（Mc Kenzie，1869—1951）通过使用 1—薄荷醇，由 X—酮苯乙酸制备出了 1—扁桃酸。接着，麦肯齐通过用 1—薄荷醇、1—茨醇和 1— 戊醇等酯化、还原和水解，由丙酮酸合成了旋光性的乳酸。这些例子中的产物总是含有两种异构体，但其中一种异构体总是多一些。麦肯齐及其协作者在随后的四分之一世纪中研究了大量的不对称合成反应。

在非对称合成中，借助酶的作用已获得很大成功。这当然只适用于酶控制的反应中，由生物有机体进行的那种合成。L·罗森塔勒（Rosenthaler） 将苦杏仁酶用于由苯甲醛和氰化氢制备 1—扁桃酸。H·达金（Dakin）使用富马酸酶由富马酸制备了 1—苹果酸。住术使用来自酵母的天冬酶由富马酸和氨制备了 1—天冬氨酸。G·艾姆登（Embden）使用银由丙酮酸制备了 a—精氨酸，C.纽伯格（Neuberg）借助还原酶将甲基、苯基、甲酮转变成相应的左旋醇。人们发现：酶的非对称合成与纯化学非对称合成相比，前者会引起一种光学异构体的数量大大超过另一种异构体的数量，有时会接近 100％，而后一种合成中，一种异构体比另一种异构体多出的量一般只有百分之几。旋光色散。1817 年，比奥认识到，一种旋光性物质的旋光能力是随所用

光的波长而改变的。以后 40 年的测量利用了各种光源，但在引进本生灯后， 测量才固定以用钠光的 D 线进行。1860 年以后，只有对比旋光随波长变化的别个研究。这些所做的少量工作主要来自物理化学实验室，特别是剑桥大学的 T·M·洛里实验室和巴塞尔的 W·库恩实验室。这些研究者对物理性质和化学结构之间的联系很感兴趣。1940 年以前仅有的几位广泛应用旋光色散的有机化学家是 L·丘加也夫、P·A·莱文、K·弗劳登贝格和 H·鲁普。

当 1952 年，O·C·鲁道夫父子公司将光电分光偏振仪投放市场以后，光学旋光色散原理具有了重大意义。用这种仪器，有可能象进行日常工作一样，

测量包括紫外区在内的很大范围波长的旋光度。韦恩大学的 C·狄厄拉西在研究有机化学旋光度测量结果方面一直特别活跃。旋光度随波长而变，可能与化合物的结构特点有关，因此它在研究构型和构象时具有特殊价值。