4.2 對(duì)映異構(gòu)與手性 
連有4個(gè)不同取代基的sp3雜化的碳原子稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)碳原子(asymmetric carbon atom)，取代基有兩種不同的空間排列方式，存在不能疊合(superimpose，或稱(chēng)重合)的呈物體與鏡像關(guān)系的兩個(gè)分子。這兩個(gè)稱(chēng)對(duì)映體(enantiomer)的分子互相對(duì)映(enatiotopic)，稱(chēng)對(duì)映異構(gòu)(enantiomerism)，如圖4-1所示。兩個(gè)對(duì)映體恰如左、右手的關(guān)系，故稱(chēng)手性(handedness，chirality)，其特殊之處在于其有光學(xué)活性(optically activity)。兩個(gè)對(duì)映異構(gòu)體分別使偏振光右旋(dextrorotatory)或左旋(levorotatory)，旋光度相等。手性是描述分子結(jié)構(gòu)的幾何特征和現(xiàn)代立體化學(xué)的一個(gè)核心概念，也是分子可存在對(duì)映異構(gòu)的必要和充分條件。雙鍵Z/E異構(gòu)和某些順/反取代的環(huán)異構(gòu)則是非手性的構(gòu)型異構(gòu)。 
圖4-1 對(duì)映異構(gòu)體Cabcd及鍵的立體位向表示(a、b、c和d代表不同的取代基) 
4.3 手性與分子的對(duì)稱(chēng)面 
分子中的原子都處于一個(gè)平面(如，烯烴雙鍵的兩個(gè)碳原子及它們所連的4個(gè)原子)，或有一個(gè)穿過(guò)分子并能把它分成互為物體和鏡像兩部分的平面都稱(chēng)該分子的對(duì)稱(chēng)面(plane of symmetry，σ)或鏡面。二氯甲烷(1)分子中的對(duì)稱(chēng)面通過(guò)碳原子和兩個(gè)氫原子或通過(guò)碳原子和兩個(gè)氯原子；2-氯丙烷(2)分子中有一個(gè)對(duì)稱(chēng)面穿過(guò)中心碳原子和氯原子及中心碳原子上的氫原子；苯(3)是一個(gè)有7個(gè)對(duì)稱(chēng)面的平面型分子，包括環(huán)平面和6個(gè)垂直于苯環(huán)平面的對(duì)稱(chēng)面。如果在所有穿過(guò)分子中心的直線上離中心等距離處都有相同的原子(團(tuán))，此中心稱(chēng)對(duì)稱(chēng)中心(center of symmetry，i)。反-1,3-二甲基-2,4-二氯環(huán)丁烷(4)就有一個(gè)對(duì)稱(chēng)中心。有對(duì)稱(chēng)中心的分子不多。 
分子是否有手性取決于其具備的對(duì)稱(chēng)因素。對(duì)絕大多數(shù)分子而言，有對(duì)稱(chēng)面或?qū)ΨQ(chēng)中心的分子與其鏡像可重合，是沒(méi)有手性的。Caaaa型、Caaab型和Caabc型分子中都有一個(gè)對(duì)稱(chēng)面而無(wú)手性。沒(méi)有對(duì)稱(chēng)面的Cabcd型分子有手性和對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象，稱(chēng)手性分子(chiral moleculer)。 
4.4 手性分子的類(lèi)型 
分子具有手性的充要條件是與其鏡像不能重疊。存在一個(gè)構(gòu)型確定的手性中心是分子具有手性的充分條件而非必要條件，無(wú)手性中心的分子也可有手性(參見(jiàn)6.11.1)。 
4.4.1 帶手性碳中心 
常見(jiàn)的手性分子是有一個(gè)手性碳原子(Cabcd)的分子。因同位素原子也可產(chǎn)生手性分子，如1。四個(gè)橋頭不同取代的金剛烷2也是手性分子，其手性中心是相當(dāng)于手性碳原子的一個(gè)高度對(duì)稱(chēng)的金剛烷骨架。 
4.4.2 手性的環(huán)狀分子 
如圖4-2所示，以取代基相同的二取代環(huán)己烷為例，環(huán)上的順/反異構(gòu)形成構(gòu)型異構(gòu)。1,2-或1,3-二取代環(huán)己烷都有3種：一種是有穿過(guò)C(1)-C(2)鍵和C(4)-C(5)鍵中心或穿過(guò)C(2)-C(5)原子的對(duì)稱(chēng)面而無(wú)手性的順式異構(gòu)體(3或5)；它們的反式異構(gòu)體(4、4'或6、6')是有手性的，有兩個(gè)互為鏡像但不能疊合的對(duì)映異構(gòu)體；1,4-二取代環(huán)己烷有順式或反式兩種異構(gòu)體(7或8)，它們都有一個(gè)穿過(guò)C(1)-C(4)原子的對(duì)稱(chēng)面而無(wú)手性。 


圖4-2 兩個(gè)碳上有相同取代基的二取代環(huán)己烷的立體異構(gòu)現(xiàn)象 
兩個(gè)不同的環(huán)并聯(lián)時(shí)，如由五元和六元環(huán)并聯(lián)而成的全氫化茚的順式異構(gòu)體(9) 有對(duì)稱(chēng)面，只有一種；反式異構(gòu)體則有對(duì)映異構(gòu)的兩種分子10和10'。 
4.4.3 雙鍵產(chǎn)生的手性分子 
雙鍵的順/反異構(gòu)也是構(gòu)型異構(gòu)，只是雙鍵平面就是對(duì)稱(chēng)面，故沒(méi)有對(duì)映異構(gòu)。但反式環(huán)辛烯(11a或11a')中雙鍵兩端所連的六碳鏈太短而不能處于雙鍵平面，不存在如11b所示的平面構(gòu)象，反式環(huán)辛烯是一個(gè)有手性的分子。丙二烯分子中兩個(gè)雙鍵是正交的，若兩端碳原子分別都有不同的取代基團(tuán)，即Cab═C═Cab(12)或Cab═C═Ccd時(shí)，整個(gè)分子就因缺少對(duì)稱(chēng)平面而成為無(wú)手性原子的手性分子。 
4.4.4 非碳手性中心 
季銨鹽中的氮原子鍵連有4個(gè)不同的基團(tuán)時(shí)也是有手性的原子。若把胺中氮原子上的孤對(duì)電子當(dāng)“虛”原子處理，則連有三個(gè)不同基團(tuán)的叔胺(RR'R"N)就是一個(gè)手性分子。但一般叔胺中的氮原子構(gòu)型會(huì)迅速翻轉(zhuǎn)變化，翻轉(zhuǎn)能量?jī)H需很少的25 kJ/mol，兩個(gè)對(duì)映異構(gòu)體(13a和13b)是無(wú)法分離的，就像乙烷的構(gòu)象異構(gòu)那樣，簡(jiǎn)單的分子碰撞和熱運(yùn)動(dòng)就能迅速地實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。若能把這3個(gè)不同的基團(tuán)固定起來(lái)使其不能來(lái)回翻轉(zhuǎn)，如圖4-3所示的Troger堿(14)就有兩個(gè)可分離的對(duì)映異構(gòu)體。 
圖4-3 三價(jià)胺分子(13)的翻轉(zhuǎn)和Troger堿(14) 
與碳原子同族的Si、Ge和S、P等許多原子也都可形成手性分子。硫、磷原子上的對(duì)映構(gòu)型互變需較高能量，約為100～160 kJ/mol。三配位的手性硫化物和膦化物，如RS(O)R'、RS(O)OR'、RR'R''S＋ X－、(RO)S(O)OR'、RR'R''P和RR'R''P(O)等都是常見(jiàn)的手性分子。 
4.4.5 構(gòu)象的手性與分子的手性 
手性是分子的一個(gè)永久存在且可檢測(cè)的特性。手性分子的每個(gè)構(gòu)象都是手性的，有非手性構(gòu)象存在的分子必定是非手性的。非手性的分子也可能存在某個(gè)手性構(gòu)象及與其快速互變的另一個(gè)對(duì)映體，就象無(wú)手性的乙烷也有許多手性的構(gòu)象那樣。取代基相同的順-1,2-二取代環(huán)己烷從平面構(gòu)象(15a)看是非手性的，從椅式構(gòu)象(15b)看是有手性的，但15b經(jīng)瞬間完成的環(huán)翻轉(zhuǎn)即可成為其構(gòu)象對(duì)映體(15c)，15b和15c不可能各自以單一異構(gòu)體存在。故考察一個(gè)分子有無(wú)手性只要分析一個(gè)立體分布較簡(jiǎn)單的構(gòu)象即可，討論環(huán)己烷衍生物的立體化學(xué)也只要用一個(gè)平面構(gòu)象來(lái)分析，如此也很容易找出各個(gè)取代基相互之間的順?lè)搓P(guān)系。取代基相同的反-1,2-二取代環(huán)己烷(16)是一個(gè)手性分子，其任何一個(gè)構(gòu)象都是手性的。 


4.5 手性中心和立體源中心 
不對(duì)稱(chēng)碳原子這一術(shù)語(yǔ)于1960年代中期開(kāi)始為手性碳原子(chiral carbon atom)所取代，常用*C 表示，又常稱(chēng)手性中心(chiral center)。只含有一個(gè)手性碳原子的分子必定是手性分子，但含有多個(gè)手性碳原子的分子不一定是手性分子。如，非手性的內(nèi)消旋酒石酸分子中有兩個(gè)手性碳原子(參見(jiàn)4.10.2)。也有些手性分子，如，取代丙二烯中并無(wú)手性原子(參見(jiàn)4.4.3)。故手性分子和手性原子是兩個(gè)概念，一個(gè)分子是否有手性只能根據(jù)其是否存在對(duì)稱(chēng)面而不是有無(wú)手性碳原子來(lái)作判斷。如圖4-4所示，涵義更廣的立體源中心(stereocenter)一詞也用于描述手性中心，交換兩個(gè)立體源中心上的原子(團(tuán))即生成另一個(gè)對(duì)映的或非對(duì)映的立體異構(gòu)體。 
圖4-4 手性中心和立體源中心 
4.6 旋光性、比旋光度和對(duì)映體過(guò)量 
光波是一種電磁波，振動(dòng)方向與其前進(jìn)傳播方向垂直。如圖4-5所示，普通光在前進(jìn)傳播方向上有無(wú)數(shù)個(gè)與其垂直的振動(dòng)平面，其中能通過(guò)Nicol棱晶(起偏鏡)的光是僅在某個(gè)平面上振動(dòng)的，稱(chēng)平面偏振光(plane-polarized light)或簡(jiǎn)稱(chēng)偏振光、偏光。手性分子極化率的各向異性可使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)而表現(xiàn)出旋光性(optical activity)，在旋光儀上要旋轉(zhuǎn)第二個(gè)Nicol棱晶(檢偏鏡)才能觀察到通過(guò)的偏振光，即顯示光學(xué)活性。非手性分子也可使偏振光平面旋轉(zhuǎn)，但往左或往右旋轉(zhuǎn)的能力相等而抵消，故無(wú)光學(xué)活性。 
圖4-5 旋光儀和旋光度的測(cè)量 
利用旋光儀可以測(cè)出手性樣品的旋光方向和旋光度數(shù)。右旋或左旋的旋光方向用“+”或 “–”表示(以前也曾用拉丁字母d或l表示右旋或左旋)，故兩個(gè)對(duì)映異構(gòu)體又分別稱(chēng)右旋體或左旋體。很遺憾的是，從分子的右旋或左旋活性并不能直接得出分子中4個(gè)基團(tuán)在手性碳原子上的空間排列關(guān)系。如，某未知(+)-仲醇若無(wú)其他手段，單憑其有右旋或左旋的特性是無(wú)法得知它究竟是1還是1'的。 
手性分子的旋光能力用比旋光度(specific rotation，[?])表示，它與旋光儀上得出的表觀旋光度(observed rotation degrees，?)有如式(4-1)所示的關(guān)系： 
(4-1) 
式(4-1)中的l是用分米dm表示的盛液管長(zhǎng)度， c是溶液用g/ mL表示的濃度(有的文獻(xiàn)給出的濃度是g/100 mL，樣品為純液體時(shí)用相對(duì)密度替代濃度)。表觀旋光度是樣品、濃(密)度、光通過(guò)路徑的長(zhǎng)度(l)、溫度(t)、溶劑及波長(zhǎng)(λ)等各種因素的綜合結(jié)果。故比旋光度而不是表觀旋光度被用來(lái)表示物質(zhì)的旋光特性，相當(dāng)于盛液管長(zhǎng)度為1 dm、濃度為1 g/100mL時(shí)測(cè)得的表觀旋光度。如[?]20D = +52.5°(H2O，1)，表示100 mL水中有1g該物質(zhì)的溶液在20℃用穿過(guò)1 dm長(zhǎng)度的 D線(指常用的光源鈉光燈的D線，λ = 589.6 nm)測(cè)得的比旋光度為右旋52.5°。[?]的量綱本為deg·cm2/g，單位為10–1deg·cm2/g(l=1)，為方便記載和表達(dá)，通常僅用度(°)表示。旋光儀中讀到的表觀旋光度實(shí)際上代表一系列?±n180的數(shù)值，故未知樣品需做兩次不同濃度的測(cè)試以確定真正的數(shù)值。與化合物的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、相對(duì)密度、折光率等物理常數(shù)一樣，比旋光度是一個(gè)手性分子固有的物理性質(zhì)，符號(hào)和大小在測(cè)試條件相同的情況下是一個(gè)定值。 
對(duì)映體過(guò)量(enantiomeric excess，e.e)是常見(jiàn)的一個(gè)反映樣品中對(duì)映異構(gòu)體純度的單位，表示樣品中含量高的對(duì)映體過(guò)另一個(gè)含量低的對(duì)映體的百分?jǐn)?shù)，如式(4-2)所示。 
e.e ＝ 主要對(duì)映體%－次要對(duì)映體% (4-2) 
只有單一對(duì)映體成分的樣品稱(chēng)對(duì)映純(enantiomerically pure，enatiopure)。文獻(xiàn)中也有以旋光純度(optical purity，o.p)反映樣品對(duì)映異構(gòu)體純度的，它以實(shí)測(cè)得的比旋光度和已知的大比旋光度的比值表示，如式(4-3)所示。 
o.p ＝ (? obs / [?])% (4-3) 
如，(S)-丁-2-醇的比旋光度為+13.52°，若一個(gè)丁-2-醇樣品的比旋光度為–6.76°，其旋光純度為6.76/13.52 = 50%，樣品中(+)-和(–)-對(duì)映體分別占75%和25%，e.e值為50%。對(duì)絕大多數(shù)化合物而言，比旋光度和濃度之間呈線性關(guān)系，故o.p和e.e值是一樣的。當(dāng)樣品能形成較強(qiáng)的分子間氫鍵時(shí)，溶質(zhì)與溶劑的相互締合和溶劑化等作用均可造成旋光度與濃度的關(guān)系有可能偏離線性。如，純的(+)-?-甲基-?-乙基丁二酸的比旋光度為+4.4°，實(shí)驗(yàn)測(cè)得由75%的右旋體和25%的左旋體組成的混合物的比旋光度只有+1.6°而非理論值+2.2°，此時(shí)算得的o.p值只有36.7%而非理論值50%，e.e值仍為50%。此外，當(dāng)樣品的旋光度極小或難以得知純對(duì)映體的旋光度時(shí)，o.p值的誤差會(huì)很大或難以算出；新化合物的比旋光度又無(wú)法查閱，這都使o.p值的運(yùn)用受到限制。而通過(guò)帶手性固定相的色譜分析洗脫峰的相對(duì)面積大小是可以很方便地算出e.e值的。故e.e值是目前通用的確定對(duì)映體純度的數(shù)值。 
無(wú)手性的分子對(duì)偏振光沒(méi)有響應(yīng)，但也有個(gè)別手性分子不顯示或某些環(huán)境下不顯示光學(xué)活性。外消旋體(參見(jiàn)4.9)中的每個(gè)分子都有手性，但樣品無(wú)旋光活性。隨著其它測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，一個(gè)分子有無(wú)光學(xué)活性已不成為判別其是否有手性的必要方法了。早期文獻(xiàn)中采用的旋光異構(gòu)或光學(xué)異構(gòu)等名詞也已逐漸改用對(duì)映異構(gòu)來(lái)稱(chēng)呼了。 
4.7 手性分子的表示方法 
分子結(jié)構(gòu)是三維立體的，手性原子上鍵的立體位向用實(shí)線、楔形實(shí)線和楔形虛線表示(參見(jiàn)4.2)；位向均用實(shí)線或波紋線表示的意味著其構(gòu)型不定或是外消旋體混合物。以(R)-?-羥基丙酸(1)為例，在一個(gè)二維紙平面上表示一個(gè)三維分子可采用鋸架式(1a，眼睛沿C―C軸成45°角看到的形象。兩個(gè)鍵連碳原子之間用一斜線連接，左手較低端碳原子接近觀察者，右手較高端碳原子遠(yuǎn)離觀察者。)、楔形式(又稱(chēng)傘形式，眼睛垂直于C―C軸方向看得到的形象，1b)、透視式(1c)、鋸齒式(1d)、Fischer投影式(projection，1e)和Newman投影式(參見(jiàn)2.2)等幾種方式。它們都能較形象地表達(dá)出分子中的各個(gè)原子在空間的相互關(guān)系。畫(huà)立體結(jié)構(gòu)時(shí)要注意勿在紙平面兩根鍵的中間給出楔形線，如1f那樣的給出的結(jié)構(gòu)式是不妥的。 
三維的分子從不同的方向會(huì)得到不同的投影式。Fischer投影式又稱(chēng)十字交叉式，正交的橫豎線交叉點(diǎn)有一個(gè)碳原子；主碳鏈上下放，氧化態(tài)或優(yōu)先度高的基團(tuán)置于上面。Fischer投影式是平面的，但已約定了上下兩個(gè)基團(tuán)等程度向紙平面后方傾斜而遠(yuǎn)離觀察者；橫放的另兩個(gè)基團(tuán)也等程度向前方傾斜而朝向觀察者。故Fischer投影式(2)中偶數(shù)次交換取代基，如，紙面上旋轉(zhuǎn)180°(相當(dāng)于兩次交換了取代基)仍得到原物；奇數(shù)次交換取代基，如，紙面上旋轉(zhuǎn)90°(相當(dāng)于三次交換了取代基)將得到其對(duì)映體(2')的Fischer投影式。2'的Fischer投影式再交換任意兩個(gè)取代基又得到原物(2)，如圖4-6所示。 
圖4-6 Fischer投影式的立體關(guān)系 
Newman投影式能方便地表達(dá)出兩個(gè)直接相連碳原子上的取代基在空間所處的位向和構(gòu)象關(guān)系。Fischer投影式所描述的立體結(jié)構(gòu)是重疊式構(gòu)象，故旋轉(zhuǎn)Newman投影式上的原子(團(tuán))使其成重疊式再加以平板化處理即可得到Fischer投影式，如圖4-7所示： 
圖4-7 Fischer投影式和Newman投影式的轉(zhuǎn)換 
4.8 構(gòu)型命名 
通過(guò)X-射線單晶衍射實(shí)驗(yàn)才能測(cè)得的對(duì)映異構(gòu)體的右手型或左手型構(gòu)型可不必依靠圖像而用兩個(gè)立體詞頭(stereodescriptor)命名來(lái)予以區(qū)別。由命名也可得知手性中心上原子的空間指向。 
4.8.1 構(gòu)型和R/S命名 
命名雙鍵E/Z的次序規(guī)則(參見(jiàn)3.2.2)也用于命名手性中心的構(gòu)型。若sp3構(gòu)型的手性原子上的鍵不到四個(gè)，可補(bǔ)加原子序數(shù)為零的假想原子使之達(dá)到四個(gè)。如氮原子上的孤電子對(duì)可視為次序小的假想原子。定義手性碳原子的構(gòu)型時(shí)，依次使眼睛、手性碳原子和優(yōu)先次序小的原子(排在后面)在同一直線上；位于同一平面的另外三個(gè)取代基離眼睛近，按次序規(guī)則由大到小是順時(shí)針的定義為R，逆時(shí)針的定義為S，如圖4-8所示。書(shū)寫(xiě)時(shí)手性原子所在位次標(biāo)示在R/S之前。 
圖4-8 手性碳原子構(gòu)型和判斷（a、b、c、d依次代表優(yōu)先次序從大到小的取代基團(tuán)） 
R/S命名法是根據(jù)手性中心上四個(gè)取代基在空間的排列依次序規(guī)則而給出的，故稱(chēng)構(gòu)型(absolute configuration)。判別R/S時(shí)，關(guān)鍵要樹(shù)立sp3碳的正四面體構(gòu)型來(lái)分析。如化合物1、2、3和4都是(R)-構(gòu)型，各命名為(2R)-羥基丙醛、(1,2R)-二羥基丙醛、4-甲基-(3R)-羥基戊烯和(3R)-羥基壬-2Z,7E-二烯。 
Fisher投影式中若取代基團(tuán)小的d在指向后方遠(yuǎn)離觀察者的豎鍵上，其他三個(gè)基團(tuán)依次序規(guī)則看，順時(shí)針的為(R)-構(gòu)型，反時(shí)針的為(S)-構(gòu)型；若d在指向前方離觀察者近的橫鍵上，其它三個(gè)基團(tuán)依次序規(guī)則屬順時(shí)針排列的是(S)-構(gòu)型，逆時(shí)針排列的是(R)-構(gòu)型，如圖4-9所示。 
圖4-9 Fischer投影式上手性碳原子構(gòu)型的判斷(a、b、c、d依次代表優(yōu)先性從高到低的取代基團(tuán)) 
構(gòu)型的命名僅取決于手性中心上所連四個(gè)原子(團(tuán))的優(yōu)先次序，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后即使手性中心上的鍵沒(méi)有變化，產(chǎn)物的構(gòu)型命名與底物的構(gòu)型命名可能相同或不同，這也是構(gòu)型命名法的一個(gè)不足或應(yīng)用不方便所在。如，(R)-5分別經(jīng)過(guò)未涉及鍵連手性碳原子的反應(yīng)可生成6 或7，6的構(gòu)型命名是(R)-，7的構(gòu)型命名是(S)-。 
4.8.2 相對(duì)構(gòu)型和D/L命名 
兩個(gè)不同的手性中心Cabcd和Cabce中，若d和e在abc平面的同側(cè)或兩側(cè)，它們的相對(duì)構(gòu)型(relative configuration)被認(rèn)為是相同的或相反的，該概念也被用于構(gòu)型的命名。一個(gè)手性化合物反應(yīng)時(shí)，只要手性中心的鍵不斷裂或其反應(yīng)前后的構(gòu)型變化能夠確知，即只要知道了底物的構(gòu)型、產(chǎn)物的構(gòu)型和反應(yīng)過(guò)程的立體化學(xué)這三者中的兩個(gè)條件就可以判斷產(chǎn)物或底物的相對(duì)構(gòu)型。 
右旋的(+)-甘油醛(2)早被選為相對(duì)構(gòu)型的標(biāo)準(zhǔn)：Fischer假設(shè)其碳鏈中氧化態(tài)較高的官能團(tuán)CHO在上，CH2OH在下；H在左，OH在右，并以D-命名；上下碳鏈不變，OH在左，H在右的以L-命名(2')。許多手性分子的相對(duì)構(gòu)型通過(guò)與D-或L-甘油醛相關(guān)的反應(yīng)得以建立。如，(–)-甘油酸(8)從2氧化所得，反應(yīng)在醛官能團(tuán)上發(fā)生，未涉及手性碳原子上的四根鍵，其構(gòu)型在反應(yīng)前后并無(wú)變化，都是D-型。(–)-乳酸(9)可由8而來(lái)，也為D-型。相對(duì)構(gòu)型D/L的命名與化學(xué)轉(zhuǎn)變相關(guān)聯(lián)，但許多手性化合物是難以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的，故D/L的命名規(guī)則有相當(dāng)大的局限性，目前主要應(yīng)用于糖和?-氨基酸的體系中(參見(jiàn)13.1和14.1)。 
X-射線單晶衍射方法可用來(lái)直接地確定原子在分子中的位置，是測(cè)定分子立體結(jié)構(gòu)強(qiáng)有力的工具之一。該方法用量少，結(jié)論可靠，還可同時(shí)測(cè)定分子中所有不對(duì)稱(chēng)原子的實(shí)際構(gòu)型，但液體或得不到單晶的化合物就很難應(yīng)用此技術(shù)了。常用的結(jié)構(gòu)解析方法無(wú)法給出分子的實(shí)際三維構(gòu)型，1950年代前雖然成千上萬(wàn)個(gè)有機(jī)化合物的相對(duì)構(gòu)型都已明了，但真正構(gòu)型沒(méi)有一個(gè)能得到確認(rèn)。Fischer對(duì)(+)-甘油醛(2)構(gòu)型的主觀臆斷或是恰如指定的那樣，或正好相反。幸運(yùn)的是， Fischer的任意仲裁是正確的。Bijvoet 于1951年應(yīng)用一種特殊的X-衍射方法成功地測(cè)得了(+)-酒石酸銣鈉分子中各原子在空間分布的實(shí)際排列。該成果也間接證明了如2所示的(+)-甘油醛中四個(gè)取代基的空間關(guān)系確是如此，故許多通過(guò)與甘油醛相關(guān)聯(lián)而給出的手性分子的相對(duì)構(gòu)型也反映了它的真正構(gòu)型。 
4.8.3 構(gòu)型命名與旋光方向 
R/S命名和D/L命名是建立在不同參考點(diǎn)上的兩個(gè)體系。D-或L-構(gòu)型的化合物都有可能是(R)-或(S)-構(gòu)型，反之亦然。如，都是右旋的L-半胱氨酸(11)是(R)-構(gòu)型，但L-絲氨酸(12)是(S)-構(gòu)型。從R還是S或D還是L構(gòu)型都無(wú)法從理論上預(yù)測(cè)其旋光方向是左還是右，從旋光方向也判斷不出其構(gòu)型是R還是S或D還是L。如，左旋的8與2的旋光方向相反，9的旋光方向與8相同，9中和后得到的鈉鹽10又成為右旋的，盡管這三者都是D-型。 
旋光方向肯定取決于分子的立體結(jié)構(gòu)，但兩者之間究竟存在著怎樣一個(gè)內(nèi)在聯(lián)系和控制因素是一個(gè)至今尚未能解決的問(wèn)題。這雖有點(diǎn)遺憾，卻也是非常令人感興趣的一個(gè)難題。 
4.9 外消旋體、外消旋化和拆分 
兩個(gè)等量對(duì)映異構(gòu)體的混合物形成無(wú)光學(xué)活性的外消旋體(racemate)。外消旋體用(±)-表示，其晶體結(jié)構(gòu)、溶解度、熔點(diǎn)、密度等物理性質(zhì)與純的對(duì)映體均不相同。純對(duì)映體在物理或化學(xué)作用下失去旋光性成為對(duì)映異構(gòu)體的平衡混合物的過(guò)程稱(chēng)外消旋化(racemization)。熱、光和酸、堿等條件都可能引發(fā)必定伴隨著鍵的斷裂和再形成的外消旋化。外消旋化后手性碳原子上的兩個(gè)取代基互換位置，由(R)-構(gòu)型變?yōu)?S)-構(gòu)型或與之相反，終形成各一半的(R)-和(S)-構(gòu)型的化合物，即外消旋體混合物。外消旋體被分離成兩個(gè)純對(duì)映體的過(guò)程稱(chēng)拆分(resolution，參見(jiàn)4.12)。