Разместить заказ
Вы будете перенаправлены на Автор24

Оптическая активность и хиральность

8-800-775-03-30 support@author24.ru
Статья предоставлена специалистами сервиса Автор24
Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
как работает сервис
Все предметы / Химия / Стереохимия соединений углерода / Оптическая активность и хиральность
Оптическая активность и хиральность

Основные представления об энантиомерии

Оптически активные соединения встречаются среди органических веществ всех классов: алифатических, алициклических, гетероциклических, ароматических.

Энантиомерия (оптическая активность) проявляется в существовании пар оптических антиподов. Оптическую активность всегда связывали с ассиметрией молекулы. Однако существуют вещества, в которых асимметрии нет – оптически активные вещества.

Пример 1

При сравнении молочной и винной кислот видно, что в молочной кислоте есть асимметричный атом углерода и ее молекула лишена элементов симметрии, она асимметрична. В молекуле винной кислоты элементом симметрии является ось второго порядка, которая проходит в центре молекулы. В таком случае винная кислота уже не асимметричная, а хиральная.

Оптическая активность проявляется в результате либо асимметрии, либо хиральности.

Одним из первых связь оптической активности с присутствием асимметричного атома углерода доказал Э.Фишер. Он показал, что активный моноамид замещенной малоновой кислоты будет терять свою активность при превращении в свободную кислоту:

Замечание 1

Доказано, что если вещество обладает единственным асимметричным углеродным атомом, то оно также будет обладать оптической активностью.

Например: иодхлорметансульфокислота и (+)-бромфторхлорметан

Для возникновения значительного вращения необходимо, чтобы заместители у асимметричного центра были изомерными:

Показано, что для возникновения оптической активности достаточно:

  • цис-, транс-изомерии двух заместителей, находящихся у асимметричного атома:

  • наличие изотопного различия заместителей, находящихся у асимметричного центра.

Типы элементов хиральности

  1. Хиральный центр. Хиральный центр может быть образован, например, ассиметричным атомом углерода в молочной кислоте, атомом кремния, фосфора, серы в соединениях метил-α-нафтилфенилсилане (а), о-анизилметилфенилфосфине (б), метил-n-толилсульфоксиде (в).

    Типы элементов хиральности: а,б,в,г. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

    В соединениях (б) и (в) заместители вокруг хирального центра располагаются пирамидально. Все эти структуры можно свести к тетраэдрическому строению, если считать свободную электронную пару четвертым заместителем.

    В энантиомерах ряда адаманта (г) хиральный центр размещен внутри молекулы, где атом вовсе отсутствует.

    Большинство соединений азота в результате инверсии свободной электронной пары не являются хиральными.

  2. Оси хиральности. Наблюдаются в алленах, производных бифенила.

    Например: 1,3-дифенилалланин

    6,6' - динитробифенилдикарбоновая - 2,2' кислота является примером атропоизомерии – пространственной изомерии, при которой отсутствует свободное вращение вокруг простой связи:

  3. Плоскость хиральности. Присутствует в металлоценах и соответственно замещенных производных ферроцена.

    Например: 2-метилферроценкарбоновая кислота

  4. Спиральность. Характерна для соединений, в которых бензольные ядра могут размещаться в одной плоскости. При наличии шести и более ядер, их размещение в одной плоскости становится невозможным и тогда образуется правая или левая спираль. Спиральность присутствует в нуклеиновых кислотах, белках и др. соединениях.

    Например: Гексагелицин, построенный из орто-конденсированных бензольных ядер

Свойства оптических изомеров

Оптические антиподы имеют одинаковое строение. Они состоят из одинаковых атомов или групп атомов, одинаково связанных между собой.

Их химические реакции с неактивными реактивами будут тождественны. С оптически активными реактивами антиподы могут реагировать с различными скоростями.

Оптические антиподы обладают одинаковыми физическими свойствами:

  • температура кипения и плавления;
  • удельный вес;
  • показатели преломления и др.

Оптические антиподы будут отличаться только оптическими свойствами: при прочих равных условиях вращают плоскость поляризации света на одинаковое число градусов, один – вправо, другой – влево.

Кристаллы оптических антиподов могут обладать гемиэдрическими сторонами (натрийаммониевая соль винной кислоты).

Рацемические смеси обладают физическими свойствами, сильно отличающимися от свойств соответствующих оптических антиподов.