光学异构性：包括光学活性、对映异构体、非对映异构体以及中性化合物（meso compounds）。

光学异构现象

立体异构性，最简单来说，就是光学异构现象。异构体和立体异构体是两种不同类型的分子。在了解光学异构性之前，我们先快速回顾一下什么是异构体。同一个分子可以有多种异构体，但每种异构体在原子之间的键合方式都是不同的。尽管原子键合方式不同，立体异构体仍然具有相同的分子式。它们的区别在于原子的三维排列方式。由于整个分子会作为一个整体进行旋转，因此通过分子围绕特定键的旋转，这些不同的排列方式就被消除了。

当两种异构体具有相同的分子量、化学组成和物理性质时，就会发生光学异构现象。这两种异构体对偏振光的旋转方式不同。光学等效的物质无法重叠，因此表现出光学异构性。在很多方面，它们看起来非常相似。不对称碳原子也可能存在于其他物质中。在光学异构现象中，立体异构体会使偏振光平面发生旋转。当偏振光通过对映体溶液时，对映体会以顺时针和逆时针方向存在，分别呈现为(+)-和(-)-形式。
当偏振光的平面顺时针或逆时针旋转时，丙氨酸（一种氨基酸）会分别呈现为“(+)-丙氨酸”和“(-)-丙氨酸”的形态。

平面偏振光在两种对映异构体中会朝相同的方向旋转，但在相反的方向上。当两种对映异构体以相等的比例存在时，就形成了外消旋混合物。该混合物由50%的（+）对映体和50%的（-）对映体组成。由于外消旋混合物中的两种对映体会朝相反的方向旋转，因此偏振光平面的旋转角度为零。因此，外消旋混合物完全没有光学活性（即没有旋光效应）。

光学活性

1811年，法国物理学家弗朗西厄斯·阿雷加（Francious Arega）推测，当偏振平面光穿过某些材料（尤其是像石英这样的晶体）时，出射光平面并不总是与入射光平面相同。在这些晶体中，光会在不同的平面内发生偏振。这种现象被称为“光学旋转”或“旋光性”。

让我们来看看光学活性是如何工作的。假设我们有一个标准光源，它发出的是非偏振光，并且这种光是直线传播的。接下来，我们将这种光通过偏振器（例如尼科尔棱镜）进行偏振处理。
尼科尔棱镜具有双折射特性，当光线穿过时，普通光（ordinary ray）和异常光（extraordinary ray）会被分离。无论是E光（寻常光）还是O光（异常光），都具有平面偏振的特性。偏振器被用来聚焦这种平面偏振的光线。
在普通光束中，振动方向与我们观察纸张平面的方向平行；而在特殊光束中，振动方向则与纸张本身平行。
换句话说，当普通光线完全被尼科尔棱镜内部反射后，非凡的光线才会进入棱镜，并且会朝一个特定的方向振动。
分析仪在通过平面偏振光后无法检测到任何新的偏振光（即“新兴光”）。当偏振器和分析仪被放在一起时，可以在同一实验装置中使用光学活性物质来检测这种新兴光。由于平面偏振的作用，光会发生旋转。

典型的光波是随机振荡的，因为普通光是非偏振的。在偏振仪实验中，使用偏振滤光片或尼科尔棱镜（Nicol prism）将非偏振光转换为偏振光。在偏振仪中，样品（具有光学活性的物质）被放置在让偏振光通过的管子中。尼科尔棱镜分析仪在旋转后能够反射偏振光。
具有光学活性的物质可以分为两类：

右旋物质——也被称为“右旋性物质”，是能够引起光偏振方向旋转的化合物之一。这类物质具有光学活性，能够使平面偏振光顺时针方向或向右侧旋转。

左旋物质：“左旋”一词描述的是能够使光线的偏振平面发生左旋旋转的物质。左旋物质是指那些使偏振光向左旋转的物质；而右旋物质则是使偏振光向逆时针方向（即左旋方向）旋转的物质。

对映异构体

这两种对映异构体在所有其他化学性质上都是相同的。当它们溶解在溶液中时，一对对映异构体会使偏振光发生旋转，旋转方向可以是正向的也可以是负向的，因此它们被称为光学异构体；这种旋转方向被称为“右旋”（dextrorotatory）和“左旋”（laevorotatory）。当这两种对映异构体以相等的比例存在时，它们被称为外消旋混合物（racemic mixture），在这种情况下它们不会使偏振光发生旋转，因为每种对映异构体的光学活性会相互抵消。

对映异构体的性质

普遍认为，对映体具有相同的性质，包括熔点、沸点和红外吸收光谱。
虽然这两种对映异构体的熔点相同，但需要注意的是，它们的混合物的熔点可能会有所不同。
由于R对映体和S对映体在立体化学结构上的差异，这些对映体之间的分子间相互作用可能与相同R或S立体化学结构的分子之间的相互作用不同。
手性技术（其中光学旋转是最常见的方法）是唯一能够区分化合物对映体的物理技术。
分子的手性光学性质不仅仅由键长和键角决定；它们还受到扭转角的方向和大小的影响，对映异构体之间的差异决定了光学性质的符号（正或负）。

非对映异构体

分子结构完全相同的化合物被称为非对映异构体（diastereomers），因为它们虽然具有相同的分子式和元素连接顺序，但无法通过重叠或镜像的方式完全重合。

立体异构体和对映异构体都属于异构现象，它们都涉及到至少两种不同化合物的比较。立体异构体在结构上是相同的，但具有不同的物理性质；而非对映异构体则因为在某些关键原子对之间的距离上存在差异（这些差异可以用标量来表示），从而导致它们具有不同的物理性质。

非对映异构体的特性

非对映异构体之间的物理差异包括熔点、沸点、密度、溶解度、折射率、介电常数和比旋光度。它们的旋光性相反，但其他物理性质几乎完全相同。
除了几何异构体外，其他非对映异构体的光学活性可能是可测定的，也可能无法测定。
它们的化学性质相似，但并不完全相同。只要该试剂的活性不迅速减弱，这两种非对映异构体之间的反应速率应该是相同的。
通过分步结晶等方法，蒸馏通过色谱法等技术，非对映异构体可以因为它们的物理性质差异而被区分开来。然而，这些方法无法区分对映异构体。

中间体化合物

我们周围的物体通常都具有对称性，比如房屋、建筑物，甚至人的脸。这种对称性意味着可以画一条直线将笑脸一分为二。在这种情况下，就存在一个内部的对称平面，这个平面使得笑脸的左右两侧呈现出镜像关系。

有些化学化合物的左右两侧是对称的，就像这个笑脸一样。这类化合物被称为“mesocompounds”（中间化合物）。mesocompounds的左右两侧是彼此的镜像，因为它们具有一个内部的镜面平面。