Углеводы. Моносахариды. Принципы строения и химического поведения моносахаридов, страница 2

Это свойство – отклонять плоскость поляризации светового луча было названо оптической активностью, а вещества, растворы которых проявляют оптическую активность были названы оптически активными. В дальнейшем выяснилось, что этим свойством обладают вещества, молекулы которых представляют собой хиральные[1] объекты.

Хиральными называются объекты, для которых отсутствует ось и плоскость симметрии; такие объекты оказываются несовместимыми со своим зеркальным изображением. Примером хирального объекта является рука. Левая и правая руки одинаковы, но не идентичны и никто не согласился бы иметь две правые или две левые руки. Каждая из них «стереоспецифична». Термин «хиральность» и возник от греческого «cheir» - «рука» (от этого же корня слова «хирургия» и «хиромантия»). В общем виде хиральный объект может быть представлен как объект с центром, не имеющим ни оси, ни плоскости симметрии, то есть имеющим различное окружение в трехмерном пространстве (как точка в середине ладони).

Таким асимметрическим центром в молекулах биоорганических соединений чаще всего является атом углерода. Асимметрическим[2] атомом называется sp³-гибридизованный атом углерода, имеющий четыре различных заместителя  (обозначается *С). Если молекула имеет хотя бы один такой атом, то она хиральна, а растворы вещества, состоящего из таких молекул, проявляют оптическую активность. Хиральные молекулы имеют своих зеркальных «двойников» - оптических антиподов, по строению являющихся зеркальным отображением, а по свойствам отличающихся только способностью отклонять плоскополяризованный луч света на такой же угол α, но в другую сторону. Такие оптические изомеры (оптические антиподы), относящиеся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению и имеющие одинаковые химические и физические свойства (кроме знака вращения) называют энантиомерами. При этом энантиомер, отклоняющий плоскополяризованный луч по часовой стрелке, называется (+)-вращающим (или правовращающим), а его антипод (-)-вращающим (или левовращающим). Так, например, формула

, соответствующая альдотриозе, принадлежит двум разным стереоизомерам, так как имеет асимметрический атом *С, абсолютная конфигурация которого соответствует двум компонентам:

Для изображения оптических изомеров на плоскости используют проекции Фишера, в которых главная функциональная группа помещается сверху, а асимметрический атом углерода изображается перпендикулярным пересечением связей.

Молекулы оптически активных веществ могут иметь два и более асимметрических атома углерода. Общее число стереомеров, имеющих общую формулу, но отличающихся абсолютной конфигурацией несимметричных атомов, определяется по формуле N=2ⁿ, где n – число асимметричных атомов углерода. Например, для альдотриозы общей формулы

,число оптических стереомеров N = 2² = 4 .

Это совершенно разные вещества. 1 и 4 являются энантиомерами, так же как 2 и 3, так как являются точными зеркальными копиями друг друга. Смесь равных количеств энантиомеров, то есть право- и левовращающих антиподов, называется рацемической смесью.

Рацемическая смесь оптически неактивна, так как (+)вращение одного покрывается (-)вращением плоскости поляризации на тот же угол равным количеством другого энантиомера.

Оптические изомеры, являющиеся частичным зеркальным изображением, как 1 и 2, 3 и 4, называются диастереомерами и обнаруживают различие в физических свойствах (разные t˚ _кип., кристаллизации и т. п.).