82885 Obraz5 (41)

166

Z przestrzennych wzorów cząsteczek chiralnych można ściśle odczytać ich konfigurację jako prawą hib lewą, ale nie ma potrzeby bliższego wnikania w te dość trudne sprawy w elementarnym kursie chemii organicznej.

Po zdefiniowaniu enancjomerów trzeba wyraźnie powiedzieć, czym się różnią i w czym są do siebie podobne cząsteczki, które są swoimi enan-cjomerami. Przy powierzchownej obserwacji różnice nie są łatwo dostrzegalne a podobieństwa rzucają się w oczy, tak jak podobieństwo butów należących do jednej pary. Odległości międzyatomowe w cząsteczkach enancjo-merycznych są takie same, a więc cząsteczki te mają takie same własności chemiczne. Na przykład oba enancjomery kwasu mlekowego są kwasami o takiej samej mocy, tak samo rozpuszczają się w wodzie, jednakowo ulegają estryfikacji i wielu innym reakcjom chemicznym. Gdzie zatem szukać różnic? Okazuje się, że trzeba się tu posługiwać takimi kryteriami, jak przy poszukiwaniu różnic między rękawiczkami prawą i lewą lub między prawymi i lewymi butami Buty prawe i lewe jednakowo łatwo można umieścić w achiralnych pudełkach, ale zupełnie inaczej sprawa wygląda, gdy prawy but chcemy włożyć na lewą nogę. Chiralne nogi bardzo wyraźnie dostrzegają różnice między chiratnymi butami. W chemii jest tak samo: do odróżnienia enancjomerów chiralnych cząsteczek trzeba się posłużyć innymi chiralnymi cząsteczkami

Jednym z najbardziej niezawodnych sposobów odróżniania enancjomerów jest ich zachowanie się wobec enzymów. Enzymy są chiralne i bardzo dobrze rozpoznają konfiguracje chiralnych substratów. Dlatego z dwóch enancjomerów tylko jeden jest substratem enzymu a drugi pozostaje nienaruszony. Przykładem może być dehydrogenaza kwasu mlekowego. Enzym ten katalizuje reakcję odwodomienia kwasu mlekowego do kwasu pirogronowego. Jest to bardzo ważna reakcja, bo jest jednym z etapów wytwarzania energii przez utlenianie glukozy w żywych komórkach.

CH3CHCOOH

I

OH

kwas mlekowy

-~-^H- > CH3CCOOH enzym

O

kwas pirogronowy

Tylko jeden z enancjomerów kwasu mlekowego jest substratem tej reakcji Dla enzymu z mięśni substratem jest enancjomer o konfiguracji lewej ale znana jest też bakteryjna dehydrogenaza, która reaguje tylko z kwasem mlekowym o konfiguracji prawej.

Enancjomery zachowują się jednakowo gdy reagują z cząsteczkami achiralnymi, ale różnią się od siebie w reakcjach z cząsteczkami chiralnymi. Najwięcej przykładów dostarcza biochemia. Enzymy są chiralne i dlatego ich substraty muszą mieć odpowiednią konfigurację.

Czynność optyczna

Odmienne zachowanie się enancjomerów w reakcjach z chiralnymi odczynnikami jest typowe dla reakcji biochemicznych. W chemii organicznej dość rzadko stosujemy chiralne odczynniki, ale często zachodzi potrzeba odróżniania enancjomerów bez uciekania się do reakcji chemicznych lub enzymatycznych. Służy do tego zjawisko nazywane czynnością optyczną,

Czynnością optyczną nazywamy zjawisko skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego podczas przejścia światła przez próbkę substancji Związki chemiczne skręcające płaszczyznę polaryzacji światła nazywamy związkami optycznie czynnymi. Enancjomery skręcają płaszczyznę polaryzacji w przeciwne strony. Gdy jeden z enancjomerów skręca płaszczyznę polaryzacji w lewo to drugi skręca o taki sam kąt w prawo.

Wielkość a nawet kierunek skręcania płaszczyzny polaryzacji światła zależą od warunków pomiaru, np. od długości fali światła i od rozpuszczalnika. Nie ma żadnego związku między kierunkiem skręcania i konfiguracją enancjomerów. Szczegóły pomiarów kąta skręcania płaszczyzny spolaryzowanego światła są omawiane w podręcznikach fizyki

Dawniej, gdy jedynym sposobem rozróżniania enancjomerów była ich czynność optyczna, izomerię spowodowaną chirabością cząsteczek nazywano izomerią optyczną. Obecnie już nie używa się terminu „izomeria optyczna”, ale siłą tradycji pozostaje on jeszcze w niezbyt nowoczesnych podręcznikach chemii organicznej.

Nie każda próbka związku chirałnego jest optycznie czynna. Nie może być czynności optycznej gdy próbka jest równomolową mieszaniną obu enancjomerów, bo skoro enancjomery skręcają płaszczyznę spolaryzowanego światła o taki sam kąt ale w przeciwne strony, to znoszą wzajemnie efekty SWOjegO działania.