分享
| 作者： | 邱文純 | 臺南第二高級中學 |
 |
| 德國化學家費雪（左）與費雪投影（右）。 |
物質的旋光性
光具有波動性，從能量的角度來看，光在振動平面內任何方向上都有相同的能量，這種振動方向漫無規律的光波就是自然光。有些晶體內部對光振動方式有一個特殊選擇性，這個特殊方向稱為主軸或光軸，當自然光射到厚度足夠的這種晶片上時，與光軸方向垂直振動的光會被完全吸收，只剩下沿光軸方向振動的光可通過，這樣就得到了線偏振光。因此稱這種晶片為偏振片，稱光軸方向為偏振片的偏振化方向或主方向。 偏振片可用來製造偏振光及檢驗偏振光的方向，偏光濾鏡就是根據這個原理做成的。簡而言之，偏光濾鏡就像一片柵欄，只允許與柵欄平行的光波通過。 當線偏振光沿主軸方向在某些物質中傳播時，若偏振光的偏振面產生旋轉，這種現象叫做旋光活性，具有旋光活性的物質叫做旋光物質。面對光線射來的方向觀察時，使振動面沿順時針方向旋轉的旋光物質叫做右旋（dextrorotatory 或 right-handed）旋光物質，用「＋」表示；使振動面沿逆時針方向旋轉的旋光物質叫做左旋（levorotatory 或 left-handed）旋光物質，用「－」表示。 蔗糖、果糖及葡萄糖都具有旋光活性，能夠使通過它們的偏振光的偏振面旋轉一定的角度，這角度就稱為旋光度，通常以「α」符號表示。一般利用偏光儀量測物質的旋光度。 溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質的旋光能力、溶劑性質、旋光物質濃度、樣品管長度、光源波長和溫度等因素有關，其關係式是 α = [α]tλ × L × C，其中 α 是溶液的旋光度；[α]tλ 是表現物質旋光能力的比旋光度，定義是濃度 1 g/ml 的溶液放在長 1 dm 的樣品管中測出的旋光度；λ 是所用光源的波長，一般用鈉燈光的Ｄ線，它的波長是 5.89 × 10−7 m；t 是測定溫度（℃）；L 是樣品管長度；C 是旋光物質的濃度（g/ml）。 根據文獻，在常溫下蔗糖是右旋物質（比旋光度 [α]20D = +66.5°），葡萄糖也是右旋物質（[α]20D = +52.3°），果糖則是左旋物質（[α]20D = −92.3°）。 有機化合物的光學活性 組成元素的種類和個數相同，但原子排列方式不同的有機化合物稱為同分異構物。若化合物原子的排列順序相同，但僅在空間上的相對位置不同，這類型的異構物稱為立體異構物。而立體異構物中能使平面偏振光旋轉方向相反的稱為光學異構物，例如當碳原子所接的原子或原子團相對位置不同，可形成互為鏡像且不能重疊的光學異構物，因此光學異構物也可稱為鏡像異構物。鏡像異構物結構的特性有如人類的左右手，因此也稱為對掌異構物。 碳原子與四個不同原子或原子團結合時，這個碳原子是非對稱中心，稱為掌性碳原子。若這分子與它的鏡像不能重疊時，則這分子是掌性分子，具有旋光活性。若一個分子本身具有對稱中心，例如 1,2−二溴−1,2−二氯乙烷雖然含有掌性碳原子，但它的旋光度被互為鏡面對稱的兩個掌性碳原子抵銷，因此不具旋光活性，稱為內消旋化合物。 醣類分子如葡萄糖、果糖、麥芽糖等，大多數具有掌性碳，且具有旋光活性，那麼常見的維生素Ｃ的結構和旋光活性是如何呢？ 認識維生素Ｃ 維生素Ｃ是第一個被發現的維生素（1928 年），早在 1907 年就發現具有預防及治療壞血病的功效，因此在藥學上稱為抗壞血酸。雖然它的化學結構直到 1932 年才被鑑定確認，但隨即在 1933 年於實驗室以人工合成出來。攝取大量的維生素Ｃ被認為可以預防感冒、胃癌及子宮癌，最近幾年在歐洲經由統計資料證實，維生素Ｃ對於胃癌確實有抑制作用。 植物中的 D−葡萄糖可經由轉化酵素轉變為維生素Ｃ，動物中除了靈長類（人類、猿猴）、大白鼠與一種印度水果蝙蝠等因缺乏轉化酵素而無法合成維生素Ｃ，其他都可自行合成維生素Ｃ，不需自食物中攝取。維生素Ｃ具水溶性，無法在人體內儲存，一般超過其飽和濃度（每毫升血液中含 1.02 毫克），便會從尿液中排出體外。維生素Ｃ是一種強還原劑，具有抗氧化作用。人體若長期缺乏維生素Ｃ會引起壞血病。 由於維生素Ｃ是具有旋光活性的分子，經由旋光儀測定的結果，它的比旋光值是 [α]18<>D<> = +19.2°（94 年臺南區科展數據）。既然旋光度是「+」，為何一般常說「左旋（L）」維生素Ｃ呢？這種不盡正確的說法，是誤解了維生素Ｃ的費雪投影表示式所造成的！ 費雪投影 德國化學家費雪（Hermann Emil Fischer, 1852-1919，1902 年諾貝爾化學獎得主） 提出一種在平面上描繪有機化合物立體結構的方法：以具不對稱性的碳原子為平面中心，四個原子團置於水平（A、B）和垂直（C、D）兩方向，使水平方向的原子團（A、B）突出平面上，而垂直方向（C、D）的原子團則指向平面後方，把這結構投影在平面上，就是費雪投影。 D、L 的定義是從甘油醛的費雪投影來的。把高氧化態的碳原子（CHO）置於結構上方，則一級醇（CH2OH）會在結構下方，接在中央碳上的羥基（OH）在左，這樣的組態以大寫Ｌ表示。反之，中央碳上的羥基（OH）在右的組態以大寫Ｄ表示。其他物質可以依此類推，例如 L－絲胺酸（L−serine），胺基（NH2）在左是 L，在右是 D；而 D－葡萄糖（D−glucose）中五號碳相當於 L－甘油醛的中央碳，接在五號碳上的羥基在右邊，因此以Ｄ表示。 費雪在定義 D、L 時，純就結構表達方式來看，而不是根據旋光活性來定義的。後來有旋光儀之後，又以小寫字母表示旋光度（d 是右旋，l 是左旋），因此 D、L 和右旋、左旋之間其實並無相關性！ 維生素Ｃ的正確名稱 物質之所以被稱為「左旋」或「右旋」是從它的旋光度來區別的，因此旋光度是「＋」，稱為右旋，以小寫字母 d 接在其名稱之前，如旋光度是「－」，稱為左旋，以小寫字母 l 表示。「d」與「l」分別是 dextro 和 levo ，意思就是右和左。旋光度須用旋光儀測量，是實驗得到的數值。 「左旋Ｃ」這個常見的錯誤名詞是從它的英文 L−ascorbic acid 來的，這裡的 L 是大寫，並不是代表左旋的 l，實際應是左式的意思。左旋與左式 L 混淆的結果，L−ascorbic acid 被誤成「左旋維生素Ｃ」，再簡化成「左旋Ｃ」，所以L−(＋)−ascorbic acid 的正確名稱應是「左式－右旋－維生素Ｃ」。為了修正這一迷思，下回你應把市面上的維生素Ｃ稱為「右旋Ｃ」或「左式Ｃ」才恰當！ 附錄 有機化合物的結構和旋光活性的關係 物質的費雪投影和旋光度 | |
| 資料來源： | |
沒有留言:
張貼留言