立体化学与手性

对称面

在脑海里把一只蝴蝶倒过来,让一片想象的玻璃从它正中竖直切下。左翅是右翅的镜像——玻璃把蝴蝶分成互为反射的两半。这片想象的分隔镜就是对称面,而在分子内部找到(或找不到)一个对称面,是判断分子是否手性最可靠的办法。

对称面是一个想象的平面,它把物体切成两半,每一半都恰好是另一半的镜像反射。拥有这种内部平面的分子是非手性的:这个平面本身就保证了分子能与自己的镜像重叠,因为两半本来就互为镜像。要找它,就设法把分子一分为二,使一侧的每个原子在平面正对面都有一个匹配的原子。若能做到,分子就是非手性的;若不存在这样的平面(也没有任何其他非真对称元素),分子就是手性的。

这一个概念是立体化学的主力判据。它解释了为什么一个有两个立体中心的分子仍可能没有旋光性——著名的 meso 化合物之所以非手性,正是因为内部的对称镜面让一半的手性抵消了另一半。当你拿不准一个复杂分子是否手性时,画出最对称的构象并寻找对称面,几乎总比数立体中心更快也更可靠。

meso-2,3-二溴丁烷 CH3-CHBr-CHBr-CH3,一个 Br 朝上、一个朝下,在两个中心碳之间有一个对称镜面:上半部分恰好反射成下半部分。这个平面使它尽管有两个立体中心却仍是非手性的。

内部对称镜面迫使分子成为非手性的,即便存在立体中心。

对称面足以证明分子非手性,但它的缺失并非全部故事:严格地说,手性要求不存在任何非真旋转轴(其中镜面和反演中心是特例)。不过对于你遇到的几乎所有分子,对称面判据就足以定论。

又称
mirror planeinternal mirror planesigma plane镜面对称镜面