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外消旋体的有关性质

作者:未知  来源:精细化工 

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通常认为,对于一对对映异构体来讲,除了各自的旋光方向相反、强度相等外,其他物理性质应该相同,这也就造成了所构成的外消旋体的物理性质完全相同。但是实际情况并不完全一样,对映异构体之间存在着相互作用的影响,而这种影响在稀溶液和气相的情况下可以忽略不计,但在固态、纯溶液、浓溶液的情况下,这种影响还是比较大的。特别是在固态条件下,由于晶态外消旋体分子之间亲和力的影响,造成了以下一些特殊的情况。
    (1)外消旋混合物  外消旋混合物(racemic mixture)又称为聚集体(conglomerate),指两个相反构型纯异构体晶体的混合物,在结晶过程中外消旋物的两个异构体分别各自聚结、自发地从溶液中以纯结晶的形式析出。产生的主要原因是由于两个不同构型对映异构分子之间的亲和力小于同构型分子之间的亲和力,结晶时只要其中一个构型的分子析出结晶,在它的上面就会有与之相同构型的结晶增长上去,分别长成各自构型的晶体。形成等量的、两种相反构型晶体的混合物。这种聚集体也具有不对称的习性,各自的结晶体都呈现互为镜像关系。外消旋混合物的性质和一般混合物的性质相似,其熔点低于单一纯对映异构体,溶解度大于单一纯对映异构体(图6-1)。  

    (2)外消旋化合物  外消旋化合物(racemic compound)指两种对映异构体以等量的形式共同存在于晶格中,形成均一的结晶。产生的主要原因是由于两个不同构型对映异构分子之间的亲和力大于同构型分子之间的亲和力,结晶时两个不同构型对映异构分子等量析出,共存于同一晶格中。由于分子间的相互作用增强,其熔点常比纯的对映体高,有尖锐的熔点。外消旋化合物的其他物理性质也与组成它的纯对映体的物理性质不同,其熔点处于熔点曲线的最高点,当向外消旋化合物中加入——些纯的对映体时,会引起熔点的下降(图6-2)。固态的红外光谱也显示差异。

    (3)假外消旋体  假外消旋体(pseudoracemate)是外消旋化合物的一种特殊情况,在假消旋体中两种对映异构体以非等量的形式存在晶格中,形成的是—种固体溶液,也称为外消旋固体溶液。产生的主要原因是由于同构型分子之间与相反构型分子之间的亲和力差别不大,结晶时两种构型的分子以任意比例相互混杂析出。其熔点曲线是凸形或凹形的,理想的情况下是—条直线(图6.3)。假外消旋体的物理性质与纯对映异构体基本相同。但在实际应用过程中,假外消旋体的情况是比较少见的。

      区分外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体的常用方法有:①红外光谱法(IR);②粉末X射线衍射法(XRD);③差热分析法(DSC)。由于外消旋化合物是两种对映异构体以等量的形式共同存在晶格中,因此其红外光谱、XRD谱、DSC谱与纯对映异构体相比都有较大的差别;而外消旋混合物的晶格中只含有一个构型的分子,其红外光谱、XRD谱、DSC谱与纯对映异构体无显著差异。特别是外消旋化合物的DSC谱中,熔化潜热几乎是单—对映异构体的1倍。

    利用溶解度曲线和熔点也可以区分外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体。当将外消旋体和任一纯对映异构体混合时,由于外消旋混合物具有混合物的性质,混合后的熔点会升高;而外消旋化合物混合后的熔点会降低;假外消旋体的混合熔点则没有显著变化。这是由于外消旋混合物具有混合物的特点,而假外消旋体属于外消旋固体溶液的缘故。

   在外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体各自的饱和溶液中,加入任一纯对映异构体结晶后,对外消旋混合物和假外消旋体溶液,结晶不溶解;而外消旋化合物的饱和溶液中结晶会溶解,并产生旋光。这是由于外消旋混合物和    通常认为,对于一对对映异构体来讲,除了各自的旋光方向相反、强度相等外,其他物理性质应该相同,这也就造成了所构成的外消旋体的物理性质完全相同。但是实际情况并不完全一样,对映异构体之间存在着相互作用的影响,而这种影响在稀溶液和气相的情况下可以忽略不计,但在固态、纯溶液、浓溶液的情况下,这种影响还是比较大的。特别是在固态条件下,由于晶态外消旋体分子之间亲和力的影响,造成了以下一些特殊的情况。
    (1)外消旋混合物  外消旋混合物(racemic mixture)又称为聚集体(conglomerate),指两个相反构型纯异构体晶体的混合物,在结晶过程中外消旋物的两个异构体分别各自聚结、自发地从溶液中以纯结晶的形式析出。产生的主要原因是由于两个不同构型对映异构分子之间的亲和力小于同构型分子之间的亲和力,结晶时只要其中一个构型的分子析出结晶,在它的上面就会有与之相同构型的结晶增长上去,分别长成各自构型的晶体。形成等量的、两种相反构型晶体的混合物。这种聚集体也具有不对称的习性,各自的结晶体都呈现互为镜像关系。外消旋混合物的性质和一般混合物的性质相似,其熔点低于单一纯对映异构体,溶解度大于单一纯对映异构体(图6-1)。  

    (2)外消旋化合物  外消旋化合物(racemic compound)指两种对映异构体以等量的形式共同存在于晶格中,形成均一的结晶。产生的主要原因是由于两个不同构型对映异构分子之间的亲和力大于同构型分子之间的亲和力,结晶时两个不同构型对映异构分子等量析出,共存于同一晶格中。由于分子间的相互作用增强,其熔点常比纯的对映体高,有尖锐的熔点。外消旋化合物的其他物理性质也与组成它的纯对映体的物理性质不同,其熔点处于熔点曲线的最高点,当向外消旋化合物中加入——些纯的对映体时,会引起熔点的下降(图6-2)。固态的红外光谱也显示差异。

    (3)假外消旋体  假外消旋体(pseudoracemate)是外消旋化合物的一种特殊情况,在假消旋体中两种对映异构体以非等量的形式存在晶格中,形成的是—种固体溶液,也称为外消旋固体溶液。产生的主要原因是由于同构型分子之间与相反构型分子之间的亲和力差别不大,结晶时两种构型的分子以任意比例相互混杂析出。其熔点曲线是凸形或凹形的,理想的情况下是—条直线(图6.3)。假外消旋体的物理性质与纯对映异构体基本相同。但在实际应用过程中,假外消旋体的情况是比较少见的。

    外消旋体的结晶形式如图6-4。   

    区分外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体的常用方法有:①红外光谱法(IR);②粉末X射线衍射法(XRD);③差热分析法(DSC)。由于外消旋化合物是两种对映异构体以等量的形式共同存在晶格中,因此其红外光谱、XRD谱、DSC谱与纯对映异构体相比都有较大的差别;而外消旋混合物的晶格中只含有一个构型的分子,其红外光谱、XRD谱、DSC谱与纯对映异构体无显著差异。特别是外消旋化合物的DSC谱中,熔化潜热几乎是单—对映异构体的1倍。

    利用溶解度曲线和熔点也可以区分外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体。当将外消旋体和任一纯对映异构体混合时,由于外消旋混合物具有混合物的性质,混合后的熔点会升高;而外消旋化合物混合后的熔点会降低;假外消旋体的混合熔点则没有显著变化。这是由于外消旋混合物具有混合物的特点,而假外消旋体属于外消旋固体溶液的缘故。

   在外消旋化合物、外消旋混合物和假外消旋体各自的饱和溶液中,加入任一纯对映异构体结晶后,对外消旋混合物和假外消旋体溶液,结晶不溶解;而外消旋化合物的饱和溶液中结晶会溶解,并产生旋光。这是由于外消旋混合物和假外消旋体的饱和溶液中,任一种纯对映体都已经处于饱和状态,故结晶不再溶解。

假外消旋体的饱和溶液中,任一种纯对映体都已经处于饱和状态,故结晶不再溶解。

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