刘秋华 周再春

(湖南科技大学化学化工学院化学系 湖南湘潭 411201)

1992年5月，美国食品和药品管理局(FDA)就手性药物颁发了指导原则，认为手性药物以单一对映体的形式能更好地控制病情，可以作为新药提出申请，消旋体药物的单一对映体为新的化学实体(NCE)。这个信息告诉人们，化学物质的任何一个“微小的”差异都可能导致其性质的明显差异。同种元素的同位素之间尽管只是中子数不一样，但对物质结构和性质的影响却不容忽视。

中学教材在描述纯净物时[1]，认为同种物质组成的是纯净物(pure substance)，包括单质和化合物，如氢气、氧气、氯酸钾等，由此还推断：纯净物具有固定的组成和性质，包括具有固定的结构参数、熔点、沸点、密度和反应性能等。但在科学昌盛的今天，对同位素之间在结构和性质上的差异进行研究的技术和手段层出不穷，将单质或化合物笼统地作为纯净物来对待有很多不足。本文将从不同角度阐述同位素效应的重要性。

1 同位素对物质结构的影响

同位素对物质的结构会产生一定的影响，对于体积较大的原子，同位素差异对结构的影响不明显；但对于体积较小的原子，这种影响就不能忽视了。以氢元素为例，氢有3种同位素，包括氕(H)、氘(D)和氚(T)。单质氢气主要含有H2，也包含D2、T2、HD、HT和DT等构成形式。20世纪50年代，科学家测定了诸如 DO的键长、键角等微观结构数据，结果显示它们确有差异[2]。通过Gaussian计算可获得氢同位素形成的H2、D2和HDO的键长数据，结果显示键长lH—H比lD—D长0.012Å，而水分子中的lO—H比lO—D短0.026Å。……