Obraz (1110)

36

Nieodróżnialne w achiralnym otoczeniu cząsteczki enancjomerów w istotny sposób różnią się od siebie gdy reagują z innymi cząsteczkami chiralnymi. Dotykamy w tym miejscu bardzo ważnego zagadnienia, niezwykle istotnego nie tyło dla chemii organicznej, ale także dla biochemii i biologii. Chiralnymi związkami są np. białka i dlatego katalizatory białkowe (enzymy) mogą reagować ze swoimi substratami tylko wtedy, gdy substraty te mają odpowiednią konfigurację. Enancjomery o nieodpowiedniej konfiguracji nie są substratami reakcji enzymatycznych bo nie mogą połączyć się z cząsteczkami enzymów, podobnie jak prawy but nie może ,j>ołączyć" się z lewą nogą.

Bardzo dobtym przykładem rozróżniania enancjomerów w układach biologicznych jest dziabnie komórkowych receptorów, dzięki którym rozpoznajemy smak substancji. Receptory te są chiralne. a więc rozróżniają chiralne związki chemiczne. Jednym z przykładów jest walina, aminokwas występujący w białkach. Jeden z enancjomerów tego aminokwasu jest słodki a drugi gorzki.

COOH

h₂n

H

H-.

COOH

I

NH,

I

CH(CH₃)2

cnancjomer gorzki

CH(CH₃)2

cnancjomer słodki

enancjomery waliny

1.8, Czynność optyczna

Cgmnością optyczną nazywamy zjawisko skręcana płaszczyzny kwiatb spolaryzowanego przechodzącego przez próbkę substancji. Związki chemiczne skręcające płaszczyznę spolaryzowanego światła nazywamy optycznie czynnymi. Są to zawsze związki chiralne. Związki achiraine nie są optycznie czynne.

Czynność optyczna wynika stąd, że spolaryzowane światło jest obiektem chiralnym i dlatego inaczej zachowuje się względem jednego z enancjomerów niż względem drugiego. Przyczyny tego zjawiska tkwią głęboko w fizyce promieniowania elektromagnetycznego i nie mogą być omawiane w podręczniku chemii organicznej. Wystarczy wiedzieć, że enancjomery skręcają płaszczyznę polaryzacji światła w przeciwne strony i że zjawisko to służy do odróżniania enancjomerów.

Do pomiarów czynności optycznej służą polarymetry. Są to przyrządy, w których światło padające na próbkę badanej substancji zostaje najpierw spolaryzowane w taki sposób, żeby elektryczne wektory fali świetlnej drgały w jednej płaszczyźnie (w zwykłym świetle wektory drgają we wszystkich kierunkach prostopadłych do kierunku fali świetlnej). Znane są kryształy, które polaryzują światło przez wygaszanie wszystkich drgań oprócz tych, które odbywają się w jednej płaszczyźnie. Kryształy takie są przezroczyste dla światła spolaryzowanego, ale tylko wtedy, gdy są odpowiednio ustawione względem płaszczyzny polaryzacji.

Polarymetr składa się ze źródła światła, rurki z badaną substancją i dwóch kryształów. Światło przechodzi najpierw przez kryształ działający jako polary-zator a następnie przez badaną substancję i przez drugi kryształ, nazywany analizatorem. Gdy polaryzator i analizator są odpowiednio zorientowane względem siebie i nie ma między nimi substancji optycznie czynnej to światło dociera do oka obserwatora. Gdy jednak między analizatorem i polaryzatorem znajduje się substancja optycznie czynna to światło zostaje wygaszone, ponieważ w wyniku oddziaływania z chiralnymi cząsteczkami następuje skręcenie płaszczyzny polaryzacji a kryształ analizatora wygasza wszystkie drgania, nie leżące w pierwotnej płaszczyźnie polaryzacji. Dopiero po odpowiednim ustawieniu analizatora przez obrót o określony kąt, światło znów może dotrzeć do obserwatora. Kąt obrotu jest kątem skręcania płaszczyzny polaryzacji i jest miarą czynności optycznej badanej substancji.

Wielkość kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego zależy nie tylko od rodzaju substancji optycznie czynnej i grubości warstwy, ale także od długości fali światła, temperatury i rozpuszczalnika. Wszystkie te parametry muszą być sprecyzowane, jeśli pomiar czynności optycznej ma służyć do opisu optycznie czynnego związku.

Miarą czynności optycznej związku chemicznego jest skręcałność właściwa [a]: