Оптическая активность

Оптическая активность — это… что такое оптическая активность?

Оптическая активность

— свойствонек-рых веществ вращать плоскость поляризации проходящего через них счета;частное, наиб. заметное и распространённое проявление гиротропии. Впервыеобнаружена в 1811 Д. Ф. Араго (D. F. Arago) в кварце; в 1815 Ж. Б. Био(J. В. Biot) открыл О. а. жидкостей (скипидара), а затем растворов и паровмн. органич. веществ.

Он же установил закон вращения плоскости поляризации(см. Био закон). Вещества, обладающие естественной О. а., наз. оптическиактивными веществами; искусственная О. а. возникает в результате внеш. Фарадея эффект).
Вращение плоскости поляризации обусловленотем, что две волны с круговой поляризацией — правой и левой — распространяютсяс разл.

скоростями. Поэтому плоскость поляризации линейно поляризов. волны, Вращение плоскости поляризации зависит от структуры вещества, длины путисвета в веществе l и не зависит от его интенсивности. За меру О. Тогдаугол поворота плоскости поляризации в веществе где п —, п + — показатели преломлениядля двух круговых волн,- длина волны.

Для жидкостей и растворов вводят соответственно уд. вращат. = (- плотность) и уд. вращение ( С- концентрация). В отличие от кристаллов для жидкостей уд. вращениеобозначается в скобках. Величина связана с тензором гирации gir (см. Гиротропия )изависит от частоты света, т. е. имеется дисперсия оптич.вращения. Для простого случая изотропной среды О.

а. вещества может определятьсякак О. а. составляющих его молекул (молекулярная О. а.), так и структуройсамого вещества (структурная О. а.).
Молекулярная О. а. обнаруживается во всехагрегатных состояниях и растворах. У оптически активных молекул отсутствуютцентр и плоскости симметрии (хиральные молекулы).

Такая молекула можетбыть смоделирована двумя взаимодействующими осцилляторами, расположеннымивзаимно перпендикулярно, расстояние между к-рыми а сравнимо с (т. скорость передачи взаимодействиясравнима со скоростью распространения света в среде. Такая система, очевидно, О. а. вещества определяется суммой вкладовотд.

молекул, к-рая зависит от их расположения и ориентации. При беспорядочномрасположении молекул (напр., в жидкости или в газе) эффект дают толькохираль-ные молекулы; к ним относятся энантиоморфные (зеркальные) группысимметрии С п, Dn, Т, О (см. Энантиоморфизм, В этом случае вращение определяется «силой вращения».

(псевдоскаляром):

где р— электрический, a m -магн. дипольные моменты перехода ik в молекуле, ответственногоза О. а. (суммирование производится по всем состояниям молекулы). Из (1)следует, что О. а. имеется только у хиральных молекул, где эти моментыпараллельны и оба перехода разрешены.

При упорядоченном расположении хиральныхмолекул появляется ещё вклад квадрупольных моментов и векторного произведения[ рт]; суммарная О. а. может быть больше. В частности, онасильно возрастает в хиральных структурах; в этом случае вклад в О. а. могутдавать и молекулы тех групп, где отсутствует лишь центр симметрии(Cs,C2v, D2d, S4). О. а.

может также возникать(индуцироваться) и в симметричных молекулах, к-рые находятся в асимметрич. Структурная (кристаллическая) О. а. Вкристаллах, где существует дальний порядок, вклад в О. а. помимо хиральныхмолекул (если таковые имеются) дают коллективные процессы, в основном процессыпереноса. Эти процессы могут создавать О. а. в веществе, где отд.

частицыне хиральны, при наличии в кристалле необходимых элементов симметрии. Втабл. приведены те классы симметрии кристаллов, в к-рых может возникатьО. а. молекулярного и структурного происхождения.

Оптическая активность кристаллов

Класс симметрииМолекулярнаяСтруктурная
432 (О), 23(Т) 622 (D6),*
422(D4),32(D3) 6 (С 6),4 (С4),**
.( С3)**
42 m(D2d)*
.(S4)*
222 (D2)**
mm2 (С 2v)*
.( С2)**
m (Cs)*
.1)**

Примечание: * — О. а. отлична от нуля, В кристаллах часто происходит деформациятех или иных элементов структуры (молекул, атомных и ионных группировок)внутр. полем кристалла, благодаря чему они становятся хиральными. Для этогодостаточно весьма малых деформаций (смещений) ~(1 — 0,5)10-3 нм. В молекулярных кристаллах могут возникать дополнит. вклады в О. а.

,связанные с бестоковыми переносами возбуждений — э кситонами. В кристаллах, деформация ионных группировок сильным внутр. полем. В полупроводниковыхкристаллах имеется значит. вклад свободных носителей и межзонных переходов. Дисперсия О. а. была замечена ещё Био, Такая (т. н. нормальная) дисперсия наблюдается вдали от области поглощения(напр.

, кварц имеет в видимой области спектра сильную дисперсию вращения, от (т. н. аномальная дисперсия) и О. а. характеризуется «комплексным вращением»:

где — коэф. поглощения волн с правой и левой круговой поляризацией. Т. к.

этикоэффициенты разные, то в области полос поглощения наблюдается круговойдихроизм, а свет, поляризованный линейно, превращается в эллиптическиполяризованный.
В мощных световых полях может возникать нелинейная оптическая активность в результате двухфотон-ного поглощения, Очень слабая О. а.

(~10-8 рад)может возникнуть в атомных и молекулярных системах вследствие несохранениячётности при слабых взаимодействиях. Эти эффекты обнаружены экспериментальнона парах тяжёлых металлов.
О. а.

широко используется в молекулярнойфизике и химии для исследования пространственной структуры молекул, полимерови биополимеров, надмолекулярных структур, кристаллов, внутри- и межмолекулярныхвзаимодействий. Разработаны способы исследования оптически неактивных веществ, О. а.

измеряется с помощью поляриметрови сахариметров для определённой длины волны; обычно это D -линияNа ДисперсияО. а. измеряется спек-трополяриметрами. О. а. можно оценивать по измерениямкругового дихроизма на дихрографах, т. к. этот метод обладает большим разрешением. Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е . М., Электродинамика сплошных сфед, 2 изд., М., 1982; Агранович В. М.,Гинзбург В. Л., Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теорияэкситонов, 2 изд., М., 1979; Кизель В. А., Бурков В. И., Гиротриппя кристаллов, В. А. Кизель.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/1825/%D0%9E%D0%9F%D0%A2%D0%98%D0%A7%D0%95%D0%A1%D0%9A%D0%90%D0%AF

Оптическая активность

Оптическая активность

Под оптической активностью понимают способность растворов, паров веществ, кристаллов вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через данную среду оптического излучения.

Оптически активные вещества делят на правовращающие (вращающие положительно) и левовращающие (вращающие отрицательно) виды. Разновидность зависит от поворота плоскости поляризации (по или против часовой стрелки, если смотреть навстречу ходу лучей света).

Вращающая способность вещества зависит от длины волны излучения и от температуры. При определении оптической активности вещества используют монохроматическое излучение при постоянной температуре.

Величина, зависящая от угла φ, определенного на поляриметре, длины l (в дециметрах) пропускающего слоя вещества, называют удельным вращением [α].

$φ=[α] \cdot l \cdot C,$

где $C$ – концентрация оптически активного вещества.

Удельное вращение представляет собой угол, на который 1 г вещества в 1 мл жидкости отклоняет плоскость поляризации света при длине пропускающего слоя, равной 1 дм.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Часто удельное вращение изменяется с природой растворителя.

Замечание 1

В одном и том же растворителе удельное вращение не всегда меняется пропорционально концентрации в результате явлений сольватации, ассоциации, ионизации.

Принцип свободного вращения

Два атома, связанные между собой простой связью, согласно классической стереохимии, свободно вращаются вместе с заместителями вокруг общей связи.

Принцип свободного вращения подходит не для всех соединений. Известны вещества, в которых свободное вращение относительно общей связи заторможено, что приводит к возникновению оптически активных изомеров.

Существуют соединения, в которых в определенных положениях вращение затруднено, то есть является ограниченным вращением.

Молекулярная асимметрия – условие оптической активности

Еще Пастер установил, что только вещества, обладающие асимметрическим строением, будут оптически активными. Молекула является асимметричной, если при любом вращении она не совпадает со своим зеркальным отражением.

Молекула является асимметричной, если не обладает плоскостью и центром симметрии. Оптические изомеры отличаются расположением атомов и групп атомов в трехмерном пространстве.

В молекуле, содержащей два асимметричных атома углерода, каждый атом сохраняет свою индивидуальность. В таком случае наблюдаемый эффект является суммой действия каждого атома.

Например: В алкалоиде эфедрине оба асимметричных атома могут быть поочередно правовращающими или левовращающими. Следовательно, возможны конфигурации:

В случае 1,2, когда оба симметричных атома правовращающие или левовращающие, их действие суммируется. В первом случае молекула будет правовращающей, во втором – левовращающей. Если же атомы имеют разные направления вращения, то оптичекая активность будет разностью активностей этих двух атомов.

Замечание 2

Следовательно, молекула с двумя асимметричными атомами может обладать четырьмя оптически активными формами. Существуют две рацемические смеси с разными физическими свойствами.

Формы 1 и 2 не будут оптическими антиподамидля форм 3 и 4, они не относятся друг к другу как предметы к своему зеркальному отражению.Изомеры 1 и 2 являются диастереоизомерами форм 3 и 4.

Число оптических изомеров молекул, которые содержат n асимметричных атомов, равно 2n.

Например: Молекула, имеющая три асимметричных атома будет обладать 23=8 изомерами (четыре пары антиподов), молекула с четырьмя асимметричнымиатомами – 16 изомерами или 8 парами антиподов и т.д.

Внутримолекулярная компенсация

Иногда, оба асимметричных атома в молекуле обладают тождественным строением, то есть каждый из асимметричных атомов замещен одинаковыми группами.

Например: Винная кислота $HOOC-CHOH-CHOH-COOH$. Строение обоих атомов одинаково и они обладают одинаковой вращающей способностью. Изомеры (+, +) и (-, -) являются правовращающим и левовращающим соответственно.

В изомерах (+, -) и (-, +) направление вращения противоположно при одинаковом вращении. Поэтому действие этих асимметрических атомов взаимно компенсируется.

Оба изомера являются в действительности одним веществом, поэтому оно неактивно вследствие внутримолекулярной компенсации.

Замечание 3

Таким образом, винная кислота имеет два оптических антипода (+, +) и (-, -), один неактивный изомер – мезовинную кислоту и рацемическую форму – рацемическую (виноградную) кислоту.

Неактивные вследствие внутримолекулярной компенсации изомеры отличаются от неактивных рацемических форм тем, что их нельзя расщепить на оптические антиподы.

Для изображения винных кислот и аналогичных соединений пользуются:

  • перспективными конфигурационными формулами;
  • схематическими конфигурационными формулами;
  • проекционными формулами.

Конфигурационные формулы (+), (-) винных кислот не имеют плоскости симметрии. Так как они в пространстве несовместимы ни при каких вращениях, то представляют собой два оптических антипода.

Молекула мезовинной кислоты обладает плоскостью симметрии, а при определенном положении тетраэдров относительно друг друга, и центром симметрии. Поэтому данное соединение оптически неактивное.

Источник: https://spravochnick.ru/himiya/stereohimiya_soedineniy_ugleroda/opticheskaya_aktivnost/

ОПТИ́ЧЕСКАЯ АКТИ́ВНОСТЬ

Оптическая активность

Авторы: А. Ф. Константинова

ОПТИ́ЧЕСКАЯ АКТИ́ВНОСТЬ, свой­ст­во не­ко­то­рых ве­ществ вра­щать плос­кость по­ля­ри­за­ции про­хо­дя­ще­го че­рез них ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та. О. а. – ча­ст­ное, наи­бо­лее из­вест­ное про­яв­ле­ние ги­ро­тро­пии. Об­на­ру­же­на в 1811 Д. Ф. Ара­го в квар­це, а в 1815 Ж. Б. Био – в ор­га­нич.

ве­ще­ст­вах, он же ус­та­но­вил за­кон вра­ще­ния плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции (Био за­кон). О. а. мо­жет быть ес­те­ст­вен­ной и на­ве­дён­ной. Ве­ще­ст­ва, об­ла­даю­щие ес­те­ст­вен­ной О. а., на­зы­ва­ют­ся оп­ти­че­ски ак­тив­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми. Ис­кус­ст­вен­ная О. а. мо­жет воз­ни­кать при разл. внеш­них воз­дей­ст­ви­ях, напр.

в маг­нит­ном по­ле (Фа­ра­дея эф­фек­ты), при при­ло­же­нии уп­ру­гих на­пря­же­ний, при из­ме­не­нии тем­пе­ра­ту­ры.

Вра­ще­ние плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции об­ус­лов­ле­но тем, что вол­ны с раз­ной кру­го­вой по­ля­ри­за­ци­ей – пра­вой (по ча­со­вой стрел­ке) и ле­вой (про­тив ча­со­вой стрел­ки) – рас­про­стра­ня­ют­ся с разл. ско­ро­стя­ми. Т. к.

ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­ную вол­ну мож­но пред­ста­вить в ви­де сум­мы волн с пра­вой и ле­вой кру­го­вой по­ля­ри­за­цией, то вслед­ст­вие раз­ни­цы их скоро­стей на вы­хо­де из ве­ще­ст­ва плос­кость по­ля­ри­за­ции вол­ны ока­зы­ва­ет­ся по­вёр­ну­той на не­ко­то­рый угол $\phi=\pi d(n_—n_+)/\lambda$.

Здесь $d$ – дли­на пу­ти све­та в ве­ще­ст­ве, $n_-$ и $n_+$ – по­ка­за­те­ли пре­лом­ле­ния для волн с кру­го­вой по­ля­ри­за­ци­ей, $\lambda$  – дли­на вол­ны. За ме­ру О. а. ве­ще­ст­ва (удель­ную вра­ща­тель­ную спо­соб­ность) при­ни­ма­ют угол по­во­ро­та на еди­ни­це пу­ти: $\alpha=\phi/d$.

Для жид­ко­стей и рас­тво­ров, в от­ли­чие от кри­стал­лов, удель­ную вра­щат. спо­соб­ность $[\alpha]=\alpha/\rho$ ($\rho$ – плот­ность) и удель­ное вра­ще­ние $[\alpha]=\alpha/C$ ($C$ – кон­цен­тра­ция) обо­зна­ча­ют в квад­рат­ных скоб­ках. Ве­ли­чи­на $\alpha$ за­ви­сит от дли­ны вол­ны све­та, т. е.

на­блю­да­ет­ся дис­пер­сия оп­ти­че­ско­го вра­ще­ния, по­ве­де­ние ко­то­рой за­ви­сит от свойств и строе­ния ве­ще­ст­ва, а так­же от фи­зич. про­цес­са, ко­то­рый соз­да­ёт вра­ще­ние.

О. а. мо­жет быть свя­за­на с асим­мет­рич­ным строе­ни­ем мо­ле­кул ве­ще­ст­ва, не имею­щих ни цен­тра сим­мет­рии, ни плос­ко­сти сим­мет­рии (т. н. мо­ле­ку­ляр­ная О. а.). Та­кая О. а. об­на­ру­жи­ва­ет­ся во всех аг­ре­гат­ных со­стоя­ни­ях и рас­тво­рах.

Для мн. кри­стал­лов О. а. свя­за­на с их асим­мет­рич­ной струк­ту­рой (т. н. струк­тур­ная О. а.) (см. Энан­тио­мор­физм). Из 32 клас­сов сим­мет­рии струк­тур­ная О. а. на­блю­да­ет­ся в 18 клас­сах сим­мет­рии и от­сут­ст­ву­ет в цен­тро­сим­мет­рич­ных крис­тал­лах.

В боль­шин­ст­ве од­но­ос­ных и дву­ос­ных кри­стал­лов О. а. опре­де­ля­ет­ся не толь­ко свой­ст­ва­ми и рас­по­ло­же­ни­ем мо­ле­кул, но и вкла­дом кол­лек­тив­ных эф­фек­тов, за­ви­ся­щих от зон­ной струк­ту­ры кри­стал­ла. О. а. на­блю­да­ет­ся на ко­ле­бат. и вра­щат. пе­ре­хо­дах в мо­ле­ку­лах, а так­же на оп­тич.

и аку­стич. вет­вях ко­ле­ба­ний кри­стал­лич. ре­шёт­ки.

В кри­стал­лах пла­наль­ных клас­сов $m$ и др. О. а. про­яв­ля­ет­ся по-дру­го­му. Эти кри­стал­лы об­ла­да­ют плос­ко­стя­ми сим­мет­рии или цен­тром ин­вер­сии, ко­то­рые не­до­пус­ти­мы для хи­раль­ных сред. В оп­ти­че­ски ак­тив­ных дву­ос­ных кри­стал­лах О. а. слож­нее, т. к. они име­ют две оп­тич. оси, не сов­па­даю­щие с на­прав­ле­нием сим­мет­рии.

Кро­ме то­го, плос­кость сим­мет­рии в груп­пе $m$ мо­жет пе­ре­се­кать ось вра­ще­ния под раз­ны­ми уг­ла­ми и по­это­му соз­да­вать об­рат­ное вра­ще­ние в на­прав­ле­нии др. оп­тич. оси. Т. о., не­хи­раль­ный кри­сталл об­ла­да­ет О. а. и име­ет оди­на­ко­вые ве­ли­чи­ны вра­ще­ния, но с про­ти­во­по­лож­ны­ми зна­ка­ми в на­прав­ле­ни­ях двух оп­тич. осей (рис.

).

В жид­ких хо­ле­сте­ри­че­ских кри­стал­лах, в ко­то­рых мо­ле­ку­лы каж­до­го по­сле­дую­ще­го слоя по­вёр­ну­ты от­но­си­тель­но пре­ды­ду­ще­го, мо­ле­ку­лы об­ра­зу­ют вин­то­вые струк­ту­ры с ша­гом, за­ви­ся­щим от темп-ры. Эти кри­стал­лы об­ла­да­ют боль­шой О. а., до­сти­гаю­щей 105 °/мм. По­это­му они ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве дат­чи­ков темп-ры.

О. а. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся для ис­сле­до­ва­ния про­стран­ст­вен­ной струк­ту­ры мо­ле­кул и меж­мо­ле­ку­ляр­ных взаи­мо­дей­ст­вий. О. а.

из­ме­ря­ет­ся с по­мо­щью спек­тро­по­ля­ри­мет­ров, са­ха­ри­мет­ров и дих­ро­гра­фов. Из­ме­ре­ния О. а. и кру­го­во­го дих­ро­из­ма час­то бо­лее ин­фор­ма­тив­ны, чем др. ме­то­ды спек­тро­ско­пии, т. к.

она чув­ст­ви­тель­на к меж­мо­ле­ку­ляр­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ям.

В ре­зуль­та­те са­мо­воз­дей­ст­вия ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та очень боль­шой ин­тен­сив­но­сти мо­жет про­ис­хо­дить по­во­рот его плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции – не­ли­ней­ный ана­лог ес­теств. оп­тич. ак­тив­но­сти.

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/2691925

8.2. Оптическая активность и хиральность

Оптическая активность

Понятие о хиральныхобъектах (от греч. - рука) было введено в конце XIX в. Кельвином.Согласно определению, любая геометрическаяфигура или группа точек называетсяхиральной, если отображение в идеальномплоском зеркале не может быть совмещеннымс нею самою.

В химию термин хиральностьпрочно вошел лишь в 1970-х годах в результатетеоретического изучения оптическиактивных веществ. Явление оптическойактивностиизвестно с начала XIX в.; в его изучениеглавный вклад внесли французские ученыеД.Араго, Ж.Био, Л.Пастер, Э.

Коттон,О.Френель.

8.2.1. Оптическая активность

Оптическая активность- это способность среды (кристаллов,растворов, паров вещества) вызыватьвращение плоскости поляризациипроходящего через нее оптическогоизлучения (света).

Впервые оптическаяактивность была обнаружена в 1811 г.Д.Араго в кристаллах кварца. В 1815 г. Ж.Биооткрыл оптическую активность чистыхжидкостей (скипидара), а затем растворови паров многих, главным образоморганических веществ. Ж.

Био установил,что поворот плоскости поляризациипроисходит либо по часовой стрелке,либо против нее, если посмотреть навстречуходу лучей света и в соответствии с этимразделил оптически активные веществана правовращающие(вращающие положительно, т.е. по часовойстрелке) и левовращающие(отрицательно вращающие) разновидности.

Наблюдаемое значение угла поворотаплоскости поляризации в случае растворасвязано с толщиной образца (l) иконцентрацией оптически активноговещества (С) следующей формулой:

 = []. l.С (8.1)

Коэффициент []называется удельной оптическойактивностью или удельнымвращением.

Оптически активнымивеществами называют лишь те вещества,которые проявляют естественную оптическуюактивность. Существует также иискусственная или наведенная оптическаяактивность. Ее проявляют оптическинеактивные вещества при помещении вмагнитное поле (эффект Фарадея).

Различитьестественную или наведенную оптическуюактивность довольно просто: если линейнополяризованный свет (см. раздел 8.2.1.

б),прошедший через слой вещества сестественной оптической активностьюотражается и проходит через веществов обратном направлении, то исходнаяполяризация света восстанавливается(суммарный угол вращения = 0).

В среде же с наведенной оптическойактивностью в аналогичном опыте уголповорота удваивается. В дальнейшем мыбудем рассматривать лишь вещества сестественной оптической активностьюи для краткости будем их называть просто“оптически активными веществами”.

8.2.1.А. Оптически активные вещества

Оптически активныевещества подразделяются на два типа.

К первому типуотносятся вещества, которые оптическиактивны лишь в кристаллической фазе(кварц, киноварь). Ко второму типуотносятся вещества, которые оптическиактивны в любом агрегатном состоянии(например, сахара, камфора, виннаякислота).

У соединений первого типаоптическая активность является свойствомкристалла как целого, но сами молекулыили ионы, составляющие кристалл, оптическинеактивны.

Кристаллы оптически активныхвеществ всегда существуют в двух формах- правой и левой; при этом решетка правогокристалла зеркально симметрична решеткелевого кристалла и никакими поворотамии перемещениями левый и правый кристаллыне могут быть совмещены друг с другом.

Оптическая активность правой и левойформ кристаллов имеет разные знаки иодинакова по абсолютной величине (приодинаковых внешних условиях). Правую илевую форму кристаллов называютоптическимиантиподами.

У соединений второготипа оптическая активность обусловленадиссимметрическим строением самихмолекул. Если зеркальное отображениемолекулы никакими вращениями иперемещениями не может быть наложенона оригинал, молекула оптически активна;если такое наложение осуществитьудается, то молекула оптически неактивна.

(Под зеркалом понимают отражатель,лежащий вне молекулы, и отражение даетотображение всей молекулы). Следуетособо подчеркнуть, что необходимоупотреблять выражение “диcсимметрическоестроение”, а не “асимметрическоестроение”. Асимметрические молекулыне имеют никаких элементов симметрии(кроме операции идентичности; см.раздел8.2.2.

в), тогда как в дисcимметрическихмолекулах некоторые элементы симметрииостаются. Диcсимметрия есть нарушениемаксимальной симметрии объекта.

Мы интуитивночувствуем, что молекула монозамещенногометана СН3Хдолжна выглядеть “менее симметрично”,чем молекула незамещенного метана СН4,молекула дизамещенного метана СН2ХYеще менее симметрично, а молекулатризамещенного метана СНXYZ (XYZ)еще менее симметрично. В этом рядувозрастает степень диcсимметричности,но полностью асимметричным можно назватьлишь тризамещенный метан.

Молекулабромхлофторметана ()асимметрична, а молекулатранс-1,2-дихлорциклопропана ()лишь диcсимметрична, т.к. имеет осьсимметрии второго порядка (С2),но оба вещества оптически активны, т.к.не идентичны своим зеркальным отображениям.

Оптическую активностьпроявляют все асимметрические молекулы,но далеко не все диссимметрическиемолекулы.

Так, диcсимметрическая молекулацис-1,2-дихлорциклопропана (),имеющая плоскость симметрии ,проходящую через атом углерода СН2-группыи середину связи С1-С2перпендикулярно плоскости кольца (ипоэтому не асимметрическая), диссимметрична,но оптически неактивна. Зеркальноеотображение в этом случае совместимос оригиналом:

Следовательно,оптическая активность связана лишь сопределенным видом диcсимметрии(см.раздел 8.2.2), а именно с дисcимметрией,обусловливающей несовместимость объектас его зеркальным отображением. Такойже вид диссимметрии, как сказано выше,получил название хиральность.

Хиральныеобъекты относятся друг к другу какправая и левая рука, или винты с правойи левой резьбой, т.е. они несовместимыв пространстве и представляются какзеркальные отображения друг друга.

Оптически активная молекула хиральна,а оптически неактивная ахиральна,однако если молекулу нельзя совместитьс ее зеркальным отображением, тозеркальное отображение соответствуетдругой, отличной молекуле, которую, впринципе, можно синтезировать.

Синтезированное зеркальное отображениехиральной молекулы будет ее реальнымоптическимизомером (нерекомендуется употреблять терминоптический антипод, как в случаекристаллов). Чистое оптически активноесоединение имеет два и только дваоптических изомера (т.к. каждому объектусоответствует лишь одно зеркальноеотображение).

Оптические изомерыназываются энантиомерами(или иногда энантиоморфами). Удельноевращение ([]в формуле (1)) энантиомеров одинаково поабсолютной величине и противоположнопо знаку: один энантиомер левовращающий,а второй правовращающий.

Кроме знакавращения все другие физические ихимические свойства энантиомеров вгазовой фазе, а также в ахиральных жидкихсредах одинаковы. Однако, если жидкаясреда хиральна (например, в раствордобавлен хиральный реагент иликатализатор, или сам растворительхирален) свойства энантиомеров начинаютразличаться.

При взаимодействии сдругими хиральными соединениями,отзывающимися на зеркальную изомериюмолекул, энантиомеры реагируют сразличными скоростями. Особенно ощутиморазличие в физиологическом и биохимическомдействии энантиомеров, что связано сэнантиомерией биологических реагентови катализаторов. Так, природные белкисостоят из левых оптических изомероваминокислот и поэтому искусственносинтезированные правые аминокислотыорганизмом не усваиваются; дрожжисбраживают лишь правые изомеры сахаров,не затрагивая левые и т.д.

Общее правилосостоит в том, что энантиомеры проявляютидентичные свойства в симметричном(ахиральном) окружении, а в несимметричном(хиральном) окружении их свойства могутизменяться, Это свойство используетсяв асимметрическом синтезе и катализе(см. раздел 8.6).

Смесь равныхколичеств энантиомеров, хотя и состоитиз хиральных молекул, оптически неактивна,т.к. одинаковое по величине и противоположноепо знаку вращение взаимно компенсируется.Такие смеси называют рацемическимисмесями или рацематами.

В газообразномсостоянии, жидкой фазе и в растворахсвойства рацематов обычно совпадаютсо свойствами чистых энантиомеров,однако в твердом состоянии такиесвойства, как температура плавления,теплота плавления, растворимость, обычноотличаются. Например, рацемическаявинная кислота плавится при 204-206С,а (+) или (-) -энантиомеры при 170С.

Растворимость рацемической виннойкислоты в воде в 6,7 раз ниже, чемрастворимость чистых энантиомеров.

Источник: https://studfile.net/preview/460252/page:2/

Оптическая активность — Химия

Оптическая активность

Под оптической активностью понимают способность растворов, паров веществ, кристаллов вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через данную среду оптического излучения.

Оптически активные вещества делят на правовращающие (вращающие положительно) и левовращающие (вращающие отрицательно) виды. Разновидность зависит от поворота плоскости поляризации (по или против часовой стрелки, если смотреть навстречу ходу лучей света).

Вращающая способность вещества зависит от длины волны излучения и от температуры. При определении оптической активности вещества используют монохроматическое излучение при постоянной температуре.

Величина, зависящая от угла φ, определенного на поляриметре, длины l (в дециметрах) пропускающего слоя вещества, называют удельным вращением [α].

$φ=[α] cdot l cdot C,$

где $C$ – концентрация оптически активного вещества.

Удельное вращение представляет собой угол, на который 1 г вещества в 1 мл жидкости отклоняет плоскость поляризации света при длине пропускающего слоя, равной 1 дм.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Часто удельное вращение изменяется с природой растворителя.

Замечание 1

В одном и том же растворителе удельное вращение не всегда меняется пропорционально концентрации в результате явлений сольватации, ассоциации, ионизации.

8.2. Оптическая активность и хиральность

Понятие о хиральныхобъектах (от греч. - рука) было введено в конце XIX в. Кельвином.Согласно определению, любая геометрическаяфигура или группа точек называетсяхиральной, если отображение в идеальномплоском зеркале не может быть совмещеннымс нею самою.

В химию термин хиральностьпрочно вошел лишь в 1970-х годах в результатетеоретического изучения оптическиактивных веществ. Явление оптическойактивностиизвестно с начала XIX в.; в его изучениеглавный вклад внесли французские ученыеД.Араго, Ж.Био, Л.Пастер, Э.

Коттон,О.Френель.

Booksm
Добавить комментарий