5.4　含兩個(gè)手性碳原子的化合物

分子中含有兩個(gè)手性碳原子時(shí)，它們可以是兩個(gè)相同的手性碳原子，也可以是不相同的兩個(gè)手性碳原子。

5.4.1　含有兩個(gè)不相同手性碳原子的化合物

丁醛糖（2，3，4-三羥基丁醛）含有兩個(gè)不相同的手性碳原子，它的每個(gè)手性碳原子所連的四個(gè)原子或原子團(tuán)是不完全相同的，有四個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體，這四個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體的費(fèi)歇爾投影式如下：

這四個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體中，（Ⅰ）和（Ⅱ）、（Ⅲ）和（Ⅳ）是對(duì)映體，一對(duì)中的任一個(gè)與另一對(duì)中的任一個(gè)，例如，（Ⅰ）和（Ⅲ）、（Ⅳ），（Ⅱ）和（Ⅲ）、（Ⅳ），不是物體與鏡像關(guān)系，稱非對(duì)映異構(gòu)體。

所謂差向異構(gòu)體，是指含有兩個(gè)以上手性碳原子的異構(gòu)體中，只有一個(gè)手性碳原子的構(gòu)型不同，而其他的手性碳原子的構(gòu)型都相同時(shí)，這樣的異構(gòu)體稱為差向異構(gòu)體。等量的（Ⅰ）和（Ⅱ）或等量的（Ⅲ）和（Ⅳ）可分別組成外消旋體。

如前所述，當(dāng)一個(gè)化合物含有一個(gè)手性碳原子時(shí)，有兩個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體；含有兩個(gè)不相同的手性碳原子時(shí)，有四個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體；含有三個(gè)不相同的手性碳原子時(shí)，應(yīng)有八個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體；含有n個(gè)不相同的手性碳原子時(shí)，應(yīng)有2ⁿ個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體，并有2^n－1個(gè)外消旋體。

由于赤蘚糖和蘇阿糖是含有兩個(gè)手性碳原子的簡單的典型化合物，類似的化合物，都可以用赤蘚糖與蘇阿糖做比較。

在費(fèi)歇爾投影式中，兩個(gè)相同基團(tuán)（—a，—a）在同一邊的，與赤蘚糖的構(gòu)型相似，稱為赤型；兩個(gè)相同基團(tuán)（—a，—a）不在同一邊的與蘇阿糖的構(gòu)型相似，稱為蘇型。

5.4.2　含有兩個(gè)相同手性碳原子的化合物

如酒石酸（2，3-二羥基丁二酸），分子中每個(gè)手性碳原子所連的四個(gè)不同原子或原子團(tuán)是一樣的。有如下三種構(gòu)型：

（Ⅰ）和（Ⅱ）互為對(duì)映體，（Ⅲ）和（Ⅳ）似乎也是對(duì)映體，但若將（Ⅳ）沿紙面旋轉(zhuǎn)180°，即可與（Ⅲ）重合。所以（Ⅲ）和（Ⅳ）實(shí)際上是同一化合物。不難看出，在（Ⅳ）中有一個(gè)對(duì)稱面，它將分子分成兩半，是互為實(shí)物與鏡像的關(guān)系，故（Ⅲ）是非手性分子，因而沒有旋光性。這種分子雖然含有手性碳原子，但由于分子內(nèi)部存在對(duì)稱因素，使互為鏡像的兩半分別所產(chǎn)生的旋光性相互抵消，故稱為內(nèi)消旋體，常用m（meso）表示。這樣，酒石酸分子只有三個(gè)旋光異構(gòu)體，即一個(gè)右旋體、一個(gè)左旋體和一個(gè)內(nèi)消旋體。它們的某些物理常數(shù)見表5-1。

大量事實(shí)說明，凡具有相同手性碳原子的化合物都有內(nèi)消旋體。內(nèi)消旋體和外消旋體一樣，都無旋光性，但本質(zhì)不同，前者是一種化合物，后者是一種可被化學(xué)方法拆分的混合物。