67758 skanuj0011 (43)

106

płaszczyzny polaryzacji światła we wszystkich trzech stanach skupienia i zachowują ją po rozpuszczeniu. Ogólne kryteria asymetrycznej budowy cząsteczki są następujące:

1)    cząsteczka i jej odbicie zwierciadlane pokrywają się,

2)    cząsteczka nie ma płaszczyzny symetrii.

CHO

I

H — C—OH

I

ch₂oh

CHO

I

OH — C—H

I

ch₂oh

II

Ryc. 36. Wzory strukturalne aldehydu glicerynowego: I - odmiana D (-f), II -odmiana L (—)

Przykładem, który spełnia obydwa te warunki, jest cząsteczka aldehydu glicerynowego (ryc. 36). Modele I i II nie są identyczne - nie pokrywają się, ale stanowią dla siebie nawzajem odbicie zwierciadlane (tak jak dłoń lewa i prawa). Zjawisko występowania związku w takich formach nazywamy izomerią optyczną, a izomery - antypodami optycznymi, enancjostereoizo-merami lub enancjomerami. Przez żaden z modeli przedstawionych na

rycinie 36 nie można przeprowadzić płaszczyzny symetrii. Cząsteczka aldehydu glicerynowego jest więc optycznie czynna, tzn. skręca płaszczyznę polaryzacji światła (model I w prawo, model II w lewo). Przyczyną aktywności optycznej aldehydu glicerynowego jest obecność atomu węgla, którego wszystkie wartościowości podstawione są różnymi podstawnikami. Atom taki nazywamy asymetrycznym. Antypody optyczne, których modele przedstawiono na rycinie 36, różnią się wyłącznie kolejnością ułożenia podstawników przy asymetrycznym atomie węgla (czyli konfiguracją) i kierunkiem skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła. Pozostałe cechy struktury (liczba i rodzaj atomów i podstawników, ich odległości i kąty między wiązaniami) oraz własności fizyczne (temperatura wrzenia, temperatura topnienia, rozpuszczalność) są takie same.

Zjawisko występowania związku chemicznego w odmianach różniących się wyłącznie kierunkiem skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła oraz konfiguracją podstawników nazywamy izomerią optyczną.

W nazewnictwie związków optycznie czynnych uwzględniamy dwie cechy: kierunek skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła i konfigurację przestrzenną. Kierunek skręcenia płaszczyzny polaryzacji oznaczamy symbolem + lub —. Konfigurację oznaczamy symbolem D lub L, przyjmując jako kryterium ułożenie podstawników wokół węgla asymetrycznego w cząsteczce aldehydu glicerynowego - wszystkie związki, które przy ostatnim asymetrycznym atomie węgla mają układ podstawników H i OH taki, jak w pra-woskrętnym aldehydzie glicerynowym, oznaczamy symbolem Z), niezależnie od kierunku skręcalności, a związki o odwrotnym układzie podstawników oznaczamy symbolem L. W przypadku cząsteczek o liczbie asymetrycznych atomów węgla większej od 1, skręcalność optyczna jest wypadkową działania wszystkich tych elementów asymetrii cząsteczki. W szczególnym przypadku może nastąpić kompensacja asymetrii budowy cząsteczki, np. przy parzystej liczbie asymetrycznych atomów węgla w cząsteczce kwasu winowego (ryc. 37). Odmianę izomeryczną związku zawierającego atomy asymetryczne, która nie wykazuje czynności optycznej, nazywamy odmianą mezo.

COOH |	COOH |	COOH |	%
C-OH 1	OH—C—H	H-C-OH
C-H	H- C-OH i	H-C-OH	o
| COOH	COOH	COOH
a)	b)	c)

Ryc. 37. Wzory strukturalne kwasu winowego: a) odmiana D (+), b) odmiana L ( —), c) odmiana optycznie nieczynna (mezo)

Aktywność optyczna może być również kompensowana w układach wieloskładnikowych, zawierających równoważne liczby izomerów lewo- i pra-woskrętnego związku czynnego optycznie. Układy takie, zwane mieszaninami racemicznymi, nie wykazują czynności optycznej. Można jednak z nich wydzielić izomery optycznie czynne metodami biologicznymi i chemicznymi (w przeciwieństwie do odmiany mezo).

Obecność węgla asymetrycznego jest przyczyną aktywności optycznej wielu związków organicznych, m.in. cukrów i aminokwasów. Należy jednak podkreślić, że dla asymetrii struktury molekularnej nie jest to warunek wystarczający (czego dowodem jest istnienie odmiany mezo) ani konieczny. Czynność optyczna może być spowodowana również obecnością atomów asymetrycznych siarki, azotu, ułożeniem pierścieni i innymi czynnikami.

Aktywność optyczna może być modyfikowana przez zmianę struktury cząsteczki w wyniku reakcji chemicznych. Modyfikacja ta może polegać