VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA A kiralitás és optikai aktivitás Készítette: Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA varga.i@neobee.net

A kiralitás fogalma A tetraéderes elmélet szerint az sp3-hibridállapotú szénatom a hozzá kapcsolódó atomokkal és atomcsoportokkal (szubsztituensek) együtt egy tetraéderes alakzatot képez úgy, hogy a szénatom a tetraéder középpontjában van, a szubsztituensei pedig annak csúcsaiban.

Ha a szénatomhoz négy különböző szubsztituens kapcsolódik, két különböző térbeli szerkezet alakulhat ki, amelyek nem hozhatók fedésbe egymással, és úgy viszonyulnak egymáshoz, mint a tárgy és tükörképe.

Azokat az alakzatokat (molekulákat), amelyek nem hozhatók fedésbe a tükörképükkel, királisaknak (aszimmetrikusaknak) nevezzük. A királis kifejezés görög eredetű, a görög kheir = kéz szóból keletkezett. (jobb és bal kezünk is királis).

A királis vegyületek mindegyike optikailag aktív. Néhány királis molekula szerkezeti képlete: A királis vegyületek mindegyike optikailag aktív.

Az optikai aktivitás fogalma Optikailag aktívnak nevezünk egy vegyületet, ha az oldata egy bizonyos szöggel elforgatja a polarizált fény rezgési síkját. A jelenséget optikai aktivitásnak nevezzük. Ha az elforgatás az óramutató járásának irányába történik, azt (+), ha pedig azzal ellentétesen, akkor (–) jellel jelöljük.

A polariméter A vegyületek optikai aktivitásának (az elforgatás szögének) mérésére szolgáló műszert polariméternek nevezzük.

A polariméter elkülöníti a végtelen számú síkban rezgő fény komponenseinek egyikét, ezt a királis vegyület oldatát tartalmazó mintacsövön átengedi és ezen lineárisan polarizált fény síkjának elfordulását méri.

A fajlagos forgatóképesség fogalma Az oldott anyagok forgatóképességét a fajlagos forgatóképességgel jellemzik. Ez azt a szöget α jelenti, amellyel a síkban polarizált λ hullámhosszúságú fény polarizációs síkja elfordul amikor keresztülhalad, a t hőmérsékletű 1 kg/m3 koncentrációjú oldat 1m vastag rétegén.

α - a polarizásiós sík elforgatásának szöge fokban, A fajlagos forgatóképességet a következő képlettel számíthatjuk ki a gyakorlatban is használt mértékegységekkel: α - a polarizásiós sík elforgatásának szöge fokban, l - az oldat rétegvastagsága dm-ben, c - a koncentráció g/100 cm3. A fajlagos forgatóképességet a nátrium D vonalára (λ = 589,3 nm) szokták vonatkoztatni.

A nátrium emissziós színképe D vonal (λ = 589,3 nm)

Néhány optikailag aktív anyag fajlagos forgatóképességét a következő táblázat tartalmazza: oldószer fok t [ ° C ] λ [ nm ] D2 vitamin (kalciferol) aceton +82,6 20 589,3 kámfor etanol +54,4 -D-glükóz víz +52,7 -D-fruktóz 92,4 maltóz +138,5 szacharóz +66,41 L-borkősav +14,1 koleszterin kloroform 39,5 546,1

Ha ismerjük a fajlagos forgatóképességet, és megmérjük az oldat forgatását (α), akkor kiszámíthatjuk az oldat koncentrációját a következő képlet szerint:

A két tükörkép molekulát egymás antipódjának mondjuk. Enantiomerek Az enantiomerek egy királis vegyület két olyan térszerkezetű változatai, amelyek tükörképi viszonyban vannak. A két tükörkép molekulát egymás antipódjának mondjuk.

A két optikai izomer fizikai tulajdonságai azonosak, de az egyik a polarizált fény rezgési síkját jobbra, a másik pedig balra forgatja el ugyanakkora szögben (13,9°).

Az abszolút és relatív konfiguráció A molekulát alkotó atomok és atomcsoportok térbeli elrendeződését konfigurációnak nevezzük. Az abszolút (valódi) konfiguráció a szubsztituenseknek a kiralitáscentrumra vonatkoztatott térbeli elrendeződését írja le.

A relatív konfiguráció fogalma E.Fischertől származik (1891). Az abszolút konfigurációt csupán kémiai módszerekkel lehetetlen megállapítani. A relatív konfiguráció fogalma E.Fischertől származik (1891). Fischer az egy kiralitáscentrummal rendelkező glicerinaldehidhez a D-szerkezetet rendelte hozzá, mert az OH-csoport jobb oldalon van, és a jobb latinul dexter. A másik antipódban, az OH-csoport bal oldalon van, ez az L-szerkezet (mert a bal latinul laevus). Emil Fischer (1852-1919)

A D- és az L- betű a két lehetséges enantiomer térszerkezet konfigurációjának megkülönböztetésére szolgál. Ez csak konvenció !

Fischer önkényes választása abban állt, hogy a (+)- glicerinaldehidhez a D-szerkezetet rendelte hozzá, ma már tudjuk hogy ez megfelel a valóságnak, vagyis az abszolút konfigurációnak.