分子对称性和手性分子

手性分子

什么是手性分子

英文名：chiral molecules

我们知道，生命是由碳元素组成的，碳原子在形成有机分子的时候，4个原子或基团可以通过4根共价键形成三维的空间结构。由于相连的原子或基团不同，它会形成两种分子结构。这两种分子拥有完全一样的物理、化学性质。比如它们的沸点一样，溶解度和光谱也一样。但是从分子的组成形状来看，它们依然是两种分子。这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对应。由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，就像我们的左手和右手那样，所以又叫手性分子。

对于非碳原子手性中心的分子，只要没有对称面和对称中心即为手性分子。

手性分子的基本标志

一个化合物的分子与其镜像不能互相叠合，则必然存在一个与镜像相应的化合物，这两个化合物之间的关系，相当于左手和右手的关系，即互相对映。这种互相对应的两个化合物成为对映异构体（enantiomers）。这类化合物分子成为手性分子（chiral molecule）。不具有对称面和对称中心的分子有一个重要的特点，就是实体和镜象不能重叠，镜面不对称性是识别手性分子与非手性分子的基本标志。

生物分子手性原则是什么

生物分子都有手性，即分子形式的右撇子和左撇子（或左旋、右旋）。在法国生物学家巴斯德发现酒石酸晶体的镜像后就更激起了科学家的兴趣。然而，手性分子是如何形成的却一直让人迷惑不解。过去，生物化学领域趋向于认为，单一手性形式的分子合成通常从一开始就要利用手性本体，也就是说生物分子自身在催化着手性形式的形成。而且在一些化学反应中手性产物的形成进一步扩大了。

2006年6月16日出版的英国《自然》刊发文章称，最近，美国研究人员发现，物质的固（体）-液（体）相平衡可能参与了生物分子手性的形成。比如，氨基酸固（体）-液（体）相的平衡，可以由刚开始时的小小的不平衡导致严重偏向一种手性形式，即左旋或右旋。而这种现象出现在水溶液中，因而也可以解释生命起源以前的左手性和右手性，即为何左右手性数量相当的分子为何会转变成生物分子偏爱一种手性。而物质世界中有活性作用的分子常常是左旋，如左旋糖苷。

1 普化无机试卷（分子结构和对称性）

一、填空题

1. (1801)

ClO2F的结构是 ，其点群是 。

2. (1802)

用VSEPR理论判断H2Se和H3O+的结构和点群分别是H2Se

和H3O+ 。

3. (1804)

如果金属三羰基化合物分别具有C3v、D3h和Cs对称性，其中每一种在IR光谱中的CO伸缩振动谱带数各有 ， 和 个。

4. (1806)

PF5分子和SO32离子的对称群（若有必要，可利用VSEPR理论确定几何形状）分别是

和 。

5. (1807)

NH4中的C3轴有 个，各沿 方向。

6. (1808)

二茂钌分子是五角棱柱形，Ru原子夹在两个C5H5环之间。该分子属 点群，

极性（有、无）。

7. (1809)

CH3CH3具有S6轴的构象是 。

8. (1813)

(H3Si)3N和(H3C)3N的结构分别是 和 ，原因是

。

9. (1814)

下列分子（或离子）具有反演中心的是 ，具有S4轴的是 。

(1) CO2，(2) C2H2，(3) BF3，(4) SO42

浅谈分子对称性

摘要：在分子中，原子固定在其平衡位置上，其空间排列是个对称的图像，利用对称性原理探讨分子的结构和性质，是人们认识分子的重要途径，是了解分子结构和性质的重要方法。分子对称性是联系分子结构和分子性质的重要桥梁之一。它能简明地表达分子的构型，指导化学合成工作，帮助正确地了解分子的性质，可简化分子构型的测定二作。

关键词：分子对称性 对称元素 对称操作 对称点群 群论

对称性描述分子的对称性表现并根据分子的对称性对分子作分类。分子对称性在化学中是一项基础概念，因为它可以预测或解释许多分子的化学性质，例如分子振动、分子的偶极矩和它的光谱学数据（以拉波特规则之类的选择定则为基础）。在大学程度的物理化学、量子化学与无机化学教科书中，都有关于对称性的章节。

分子对称性的研究是取自于数学上的群论。

一、对称元素

分子对称性可分成5种对称元素。

旋转轴：分子绕轴旋转度角后与原分子重合，此轴也称为n重旋转轴，简写为Cn。例如水分子是C2而氨是C3。一个分子可以拥有多个旋转轴；有最大n值的称为主轴，为直角坐标系的z轴，较小的则称为副轴。n≥3的轴称高次轴。对称面：一个平面反映分子后和原分子一样时，此平面称为对称面。对称面也称为镜面，记为σ。水分子有两个对称面：一个是分子本身的平面，另一个是垂直于分子中心的平面。包含主轴，与分子平面垂直的对称面称为垂直镜面，记为σv；而垂直于主轴的对称面则称为水平镜面，记为σh。等分两个相邻副轴夹角的镜面称等分镜面，记作σd。一个对称面可以笛卡尔坐标系识别，例如（xz）或（yz）。对称中心：从分子中任一原子到分子中心连直线，若延长至中心另一侧相等距离处有一个相同原子，且对所有原子都成立，则该中心称为对称中心，用i表示。对称中心可以有原子，也可以是假想的空间位置。

二、对称操作

这5种对称元素都有其对称操作。对称操作为了与对称元素作区别，通常但不绝对的，会加上脱字符号（caret）。所以？n是一个分子绕轴旋转，而Ê；为其恒等元素操作。一个对称元素可以有一个以上与它相关的对称操作。因为

第四章 分子的对称性

§4.1 对称性操作和对称元素§

<1>分子对称性概念

原子组成分子构成有限的图形，具有对称性。与晶体的对称性不同。晶体的主要对称性是点阵结构，而分子的对称性主要是指分子骨架在空间的对称性以及分子轨道（波函数）的对称性。

○1分子对称性：指分子的几何图形（原子骨架和原子、分子轨道空间形状）中有相互等同的部分，而这些等同部分互相交换以后，与原来的状态相比，不发生可辨别的变化，即交换前后图形复原。

○2对称操作：不改变物体内部任何两点间的距离，使图形完全复原的一次或连续几次的操作。（借助于一定几何实体）

○3对称元素：对图形进行对称操作，所依赖的几何要素，如：点，线，面及其组合。

<2>对称元素及相应的对称操作

○1恒等元素和恒等操作，（E）  所有分子图形都具有。

○2旋转轴（对称轴）和旋转操作，nnCC,；对称轴是一条特定的直线。绕该线按一定方向（逆时针方向为正方面）进行一个角度θ旋转，n2如：H2O：

21n。

分子中可能有 n 个对称轴，其中n最大的称为主轴，其它称为非主轴，如：BF3 ，主轴C3 ，三个C2垂直于C3 与分子平面平行。

nC将产生n个旋转操作：

nnnnnnCCCC,,,,12

逆时旋转为正操作，knC；顺时旋转为逆操作，knC。

)(knnknCC

分子图形完全复原的最少次数称操作周期，旋转操作的周期为 n ；分子中，nC的轴次不受限制，n 为任意整数。 如： 332333,,CCCC

○3对称和反映操作。, ：对称面是一个特定的镜面，把分子图形分成两个完全相等的对称部分，两部分之间互为镜中映像，对称操作是镜面的一个反映。图形中相等的部分互相交换位置，其反映的周期为2。 2。