Опыты Пастера
Пастер при помощи механического разделения в 1848 г. доказал, что винная кислота представляет собой смесь право- и левовращающихся изомеров:
Рисунок 1. Опыты Пастера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если рассматривать рацемическую натрийаммониевую соль винной кислоты, то можно обнаружить, что энантиомеры кристаллизуются раздельно. Это происходит только при температуре ниже 27ºС.
В одном кристалле собираются правовращающие изомеры, в другом – левовращающие. По внешнему виду такие кристаллы будут отличаться, так как каждый кристалл будет не совместим со своим зеркальным отображением. Такие кристаллы можно разделить механически пинцетом.
У некоторых соединений кристаллы антиподов имеют гемиэдрические грани, дающие возможность отличать их друг от друга.
Примерами таких веществ являются:
Рисунок 2. Опыты Пастера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Кристаллизация такого типа характерна ограниченному количеству соединений, поэтому широко практического применения механическое разделение не нашло.
Вырубов и Вант-Гофф установили зависимость расщепляемости рацематов от температуры. Доказано, что существует температура, выше которой из раствора выпадает рацемат, если температура ниже заданной - образуется смесь правой и левой форм, которая поддается механическому разделению.
Кристаллизация одного энантиомера
Разновидностью классического механического метода является посев рацемического раствора вместе с затравкой, которая вызывает кристаллизацию только одного энантиомера.
Например, выделение гептагелицена, представляющего собой смесь спирально сочлененных бензольных колец. Один из энантиомеров этого соединения спонтанно кристаллизуется из бензола и имеет очень высокую величину вращения $( [a]_{D ^ 20}=+6200° ).$
При разделении 1,1' - динафтила
Рисунок 3. Кристаллизация одного энантиомера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
оптически активные кристаллы можно получить при нагревании поликристаллического рацемического образца соединения при 76-150 ºС. Это сопровождается фазовым изменением с переходом одной кристаллической формы в другую.
При подобном расщеплении 5-метил-3,3-диэтил-2,4-пиперидиндиона
Рисунок 4. Кристаллизация одного энантиомера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
использовали 20 кг рацемата, однако после перекристаллизацииполучили только 3 г оптически чистого правовращающего изомера.
Иногда разделение можно осуществить энантиоселективной кристаллизацией в присутствии хиральных добавок.
Кристаллизация одного из антиподов прививкой
В некоторых случаях из пересыщенных растворов рацемических соединений выделяется только один из антиподов, при условии, что в раствор внесли кристаллик (затравку) этого антипода.
Так, раствор рацемата виннокислого натрия и аммония выделяет кристаллы либо правовращающейся, либо левовращающейся формы, в зависимости от того, какую форму вносят в качестве затравки.
Кристаллизация одного из антиподов может быть обусловлена наличием кристаллов изоморфного вещества
Например, раствор ± -виннокислого натрия и аммония выделяет правовращающий тартрат при затравке левовращающим аспарагином.
Ферментативное расщепление
Ферментативный метод определения энантиомерной чистоты основан на использовании высокостереоспецифических ферментов.
Например, оксидаза аминокислот окисляет $L$-аминокислоты в 1000 раз быстрее, чем $D$-аминокислоты. Если необходимо проверить оптическую чистоту $D$-аминокислоты, то отсутствие реакции с оксидазой аминокислот укажет на практически полную оптическую чистоту (не менее 99,9%). Если ферментативное окисление вроде бы «чистой» $D$-аминокислоты идет с заметной скоростью, то это указывает на то, что она содержит примесь $L$-аминокислоты.
В некоторых живых организмах есть хиральные соединения, которые способны реагировать с каждым из энантиомеров с различной скоростью.
Например, существуют бактерии, плесени, дрожжи, усваивающие только один энантиомер из двух. Применимость такого способа ограничена необходимостью подобрать подходящий организм, а также тем, что один из энантиомеров в ходе процесса разрушается.
Так, чернильная плесень при выращивании на растворе, содержащем ± -виннокислый аммоний, не затрагивает (-)-виннокислый аммоний, ассимилируя только (+)-виннокислый аммоний.
Аналогично, чернильная плесень потребляет (-)-глицериновую и (-)-миндальную кислоты, а из аминокислот (+)-аланин, (-)-лейцин и (-)-аспарагиновую кислоту.
По отношению к рацемической смеси высшие животные ведут себя аналогичным образом. Так, при введении в кровь морской свинки соли ± -яблочной кислоты через мочу удаляется только (+)-яблочная кислота.
Фишер образно высказал идею о зависимости между молекулярным строением энзимов и оптически активных веществ, подверженных их воздействию, в том смысле, что «они должны подходить друг к другу как ключ к замку, чтобы оказать друг на друга химическое действие».
Благодаря исключительной стереоспецифичности этот метод гарантирует высокую степень разделения. Биохимический способ разделения применяют только в случае, если можно пренебречь одним из антиподов.
В последние десятилетия интерес к этому методу возрос в связи с проблемой строения белковых блоков и с необходимостью получения составляющих их оптически активных аминокислот.
