5.6 手性分子的形成
5.6.1 手性分子的形成过程
（1）生物体中的手性分子
在生物体内存在着许多手性化合物，而且几乎都是以单一的对映体存在。其中为人们熟知的是由活细胞产生的生物催化剂——酶。生物体内所有的酶分子都具有许多手性中心，如糜蛋白酶含有251个手性中心，理论上应有2251个立体异构体，但实际上，只有其中的一种对映异构体存在于相应的机体中。生命细胞中几乎每种反应都需要酶催化，被酶催化而反应的化合物称为底物，大多数底物也都是手性化合物，并且也是以单一的对映体形式存在。
（2）非手性分子转化成手性分子
手性分子可以由非手性分子通过化学反应转化而成。如正丁烷在控制反应条件下发生氯化反应，可以得到一种主要的取代产物——2-氯丁烷，其分子中包含一个手性碳原子，为手性化合物。
2-氯丁烷是手性化合物，但实际上却不具有旋光性。这是由于这种氯代产物包含着两个等量的对映体，每一个单一的对映体具有旋光性，但整体产物是没有旋光性的，这就是前面所说的外消旋体。
5.6.2 外消旋体的拆分
对映异构体之间的化学性质在非手性环境中几乎没有差别，一对对映体之间的主要物理性质，如熔点、沸点、溶解度等都相同，旋光度也相同，只是旋光方向相反，其不同点主要表现在手性环境下的反应不同及生物活性、毒性等方面。但非对映体之间主要的物理性质则不同，沸点、溶解度等常有差别，可以根据这种差别将其分离。外消旋体虽然是混合物，但它不同于任意两种物质的混合物，常有固定的熔点。
人们从自然界的生物体内分离而获得的大多数光学活性物质是单一的左旋体或右旋体。如右旋酒石酸是从葡萄酒酿制过程中产生的沉淀物中发现的；右旋葡萄糖是从各种不同的糖类物质中得到的，甜菜、甘蔗和蜂蜜等物质中都含有右旋葡萄糖。而以非手性化合物为原料经普通化学方法合成的手性化合物，一般为外消旋体，如以邻苯二酚为原料合成肾上腺素时，得到的是无旋光性的外消旋体。
因为一对对映体往往具有不同的生理活性，所以我们需要通过采用适当的方法将外消旋体中的左旋体和右旋体进行分离，以得到单一的左旋体或右旋体，称为外消旋体的拆分。由于对映体之间的理化性质基本上是相同的，用一般的物理分离法不能达到拆分的目的，拆分外消旋体常用的方法有化学拆分法和诱导结晶拆分法、色谱分离法、酶拆分法等。
（1）化学拆分法
化学拆分法是先将外消旋体与某种具有旋光性的物质反应，转化为非对映体，由于非对映体之间具有不同的理化性质，可以用重结晶、蒸馏等方法将非对映体分离开，最后再将分离开的非对映体分别恢复成单一的左旋体或右旋体，从而达到拆分的目的。用来拆分对映体的旋光性物质称为拆分剂，如可以用碱性拆分剂来拆分酸性外消旋体。
（2）诱导结晶拆分法
诱导结晶拆分法是先将需要拆分的外消旋体制成过饱和溶液，再加入一定量的纯左旋体或右旋体的晶种，与晶种构型相同的异构体便立即析出结晶而拆分。这种拆分方法的优点是成本比较低，效果比较好；缺点是应用范围有限，要求外消旋体的溶解度要比纯对映体大。目前生产左旋氯霉素的中间体左旋氨基醇就是采用诱导结晶拆分法进行拆分的。
（3）色谱分离法
色谱分离法是利用手性柱进行拆分的方法。将某些光学活性物质填充在色谱柱上充当固定相。由于固定相与被拆分的对映体有不同的相互作用，因此在洗脱剂洗脱下，对映体各自能以不同的速度被洗脱出来，从而达到拆分的目的。这种方法在有机合成和药物合成的研究中广泛使用，手性柱的成本较高是这种方法的一个缺点。
（4）酶拆分法
酶催化的反应对底物是高度立体专一的，因此酶能高选择性地催化单一对映体的化学转化，而另一个对映体不发生化学转化，然后通过一些常规的方法可将衍生物分离开来，最终实现对映体的分离。
5.6.3 不对称合成
拆分的方法都会造成原料的浪费，不对称合成是生产手性药物的更好的途径。不对称合成，也称手性合成、立体选择性合成或对映选择性合成。不对称合成作为一种有机反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。或者说不对称合成是这样一个过程，它将潜在手性单元转化为手性单元，使得产生不等量的立体异构产物。这里，促使发生转化的因素可以是化学试剂、催化剂、溶剂或物理因素。
催化剂控制法是使用手性催化剂诱导非手性底物与非手性试剂，直接向手性产物转化的方法。这种方法在工业上应用价值很高，这个领域中的研究是目前科学界的热门。
瑞典皇家科学院于2001年将诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金的另一半授予美国科学家巴里·夏普莱斯，以表彰他在“手性催化氧化反应”领域所取得的成就。
威廉·诺尔斯的贡献是，他发现可以使用过渡金属来对手性分子进行氢化反应，他的研究成果很快便转化成工业产品，如治疗帕金森症的药L-DOPA就是根据诺尔斯的研究成果制造出来的。野依良治在威廉·诺尔斯的基础上进行了深入而广泛的研究，开发出了性能更为优异的手性催化剂。野依良治的科研成果在日本被大规模采用，用于生产香料和香味薄荷脑。左手性（左旋）的薄荷脑有宜人的气味，右手性的则没有这种香气。巴里·夏普莱斯的成就是开发出了用于氧化反应的手性催化剂。
不对称合成中常用对映体过量百分率（%ee）的概念来表示合成产品的对映体组成。ee即enantiomeric excess的缩写。它表示一个对映体对另一个对映体的过量，通常用百分数表示，定义为在对映体混合物中一个异构体比另一个异构体多出来的量占总量的百分数。