Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Під оптичною активністю речовини розуміють його здатність відхиляти площину поляризованого променя світла вправо або вліво на певний кут.
Явище оптичної активності було відкрито в 1815 році фізиком ж.б. Біо (Франція).
У 1848 році Луї Пастер, вивчаючи кристали винної кислоти, зауважив, що оптично неактивний Na-амоній тартрат існував у вигляді двох типів кристалів, які були дзеркальними відображеннями один одного. Пастер розділив правоорієнтованого і лівоорієнтованої кристали. Їх водні розчини виявилися оптично активними. Питоме обертання двох розчинів було однаковим за величиною, але різним по знаку. Оскільки різне оптичне обертання спостерігалося для розчинів, Пастер зробив висновок, що це властивість характеризує молекули, а не кристали, і припустив, що молекули цих речовин є дзеркальними відображеннями один одного. Це припущення лягло в основу стереохімії, що вивчає просторову будову молекул і його вплив на хімічні і фізичні властивості речовин.
Перша стереохимическая теорія, що пояснює причини оптичної активності речовин, була створена в 1874 році одночасно двома вченими - голландським хіміком Я.Х. Вант-Гофф і французом Ж. Ле Бель. Основою цієї теорії стало подання про моделі тетраедра атома вуглецю, тобто всі чотири валентності вуглецевого атома лежать не в одній площині, а спрямовані до кутів тетраедра.
Як було встановлено, найчастіше оптична активність обумовлена наявністю в молекулі асиметричного вуглецевого атома. тобто З-атома, все валентності якого, спрямовані до кутів тетраедра, заповнені різними атомами або групами атомів (радикалами або заступниками). Асиметричні С-атоми в хімії позначають *. наприклад:
гліцериновий альдегід яблучна кислота
Явище оптичної активності пов'язано з наявністю оптичних ізомерів - речовин, що мають однаковий порядок зв'язків атомів в молекулі, але різне їх просторове розташування. Оптичні ізомери по просторовому будовою являють собою як дзеркальні відображення один одного, тобто дзеркальні антиподи або енантіомери. Енантіомери ставляться один до одного як права і ліва рука. Всі константи енантіомерів, крім питомої обертання (# 945;) однакові.
Дві форми речовини, що мають дзеркально-протилежні конформації, обертають поляризований промінь світла в протилежні сторони: (+) - вправо, (-) - вліво на один і той же кут, називають оптичними антиподами або енантіомерами.
Яку ж просторову конформацію вважати правовращающей, а яку лівообертальною?
Загальноприйнятий в даний час умовний спосіб позначення був вперше запропонований Е. Фішером (1891р.), Потім кілька видозмінений М.А. Розановим (1906р.) Та детально обговорено Хадсоном (1949р.). Як стандарт використовується гліцериновий альдегід:
D (+) - гліцериновий L (-) - гліцериновий
Однак виявилося, що приналежність до D (d) -або L (l) - типу конфігурації не завжди означає, що напрямок обертання йде (+) вправо або (-) вліво. Можливі ситуації, що Д - конформація, а обертає площину поляризованого променя вліво (-), або L - конформація, а обертає вправо (+). Тому буквені позначення D (d) або L (l) визначають просторову орієнтацію атомів або атомних груп навколо асиметричного С-атома, а знаки (+) - праве обертання, (-) - ліве обертання.
Суміш (+) і (-) форм (а в більшості випадків це суміш Д- і L - форм) в співвідношенні 1: 1 називають рацемат або рацемічну суміш. Вона оптично неактивна (±). Якщо в органічному поєднанні кілька асиметричних С-атомів, кількість оптичних ізомерів визначають за формулою:
де N - кількість оптичних ізомерів;
n - кількість асиметричних С-атомів.
Ізомерія молочної кислоти
D (-) - молочна кислота L (+) -молочне кислота
(Утворюється в м'язах при інтенсивній роботі) (Утворюється при скисанні молока)
Ізомерія винної кислоти
Мезовінная кислота L (-) - винна D (+) - винна кислота
У мезо-форм одна половина молекули має (+) конфігурацію, інша (-) конфігурацію (наприклад, у мезовінной кислоти). В результаті «внутрішньої компенсації» знака обертання мезо-форми оптично неактивні і на відміну від рацематів їх не можна розділити на енантіомери.
Значення оптичної ізомерії
Кожне оптично активна речовина при дослідженні в певних умовах обертає площину поляризації на певний кут, величина якого є постійною і характерною для даної речовини, тобто такий же константою, як температура плавлення, температура кипіння речовини, щільність і т.д. Константа, що характеризує оптичну активність речовини, називається питомою обертанням. Таким чином, визначаючи питоме обертання можна визначити справжність речовини.
Оптична ізомерія має дуже велике біологічне значення. Ферменти, що каталізують біохімічні реакції в живих організмах, мають оптичну специфічністю, тобто вони діють тільки на певні оптичні ізомери (наприклад на Д-моносахариди, на L-амінокислоти і т.д.). На оптичні антиподи цих речовин ферменти не діють, тобто не залучаються їх в метаболізм. Накопичуючись в тканинах, такі ізомери можуть викликати патологічні процеси.