ЛЕКЦИЯ 12. Оптическая изомерия

ЛЕКЦИЯ 12

Оптическая изомерия

В 1815 году Био открыл, что некоторые органические вещества, как в растворах, так и в жидком состоянии проявляют следующее свойство: при пропускании через них луча поляризованного света они вращают (отклоняют) плоскость поляризации на некоторый угол. Способность веществ вращать плоскость поляризации луча поляризованного света называют оптической активностью, а вещества, обладающие этим свойством, - оптически активными веществами.

Рис.1 Схема поляризации света:

1-направление распространения света;

2- колебания в обыкновенном луче;

3- призма-поляризатор (кристалл исландского шпата);

4- колебания в поляризованном луче;

5-кювета с оптически активным веществом;

6- колебания луча после прохождения через оптически активное вещество;

7- угол отклонения (α).

Каждое оптически активное вещество при определенных условиях отклоняет плоскость поляризации на некоторый характерный для него угол. При этом оказалось, что всегда существуют два соединения, одинаковые по величине угла вращения, но противоположные по его направлению: одно отклоняет плоскость поляризации вправо (+), второе – на такой же угол влево

(-); такие вещества называют оптическими антиподами.

Способность вращать плоскость поляризации света связывают с асимметрией в пространственном строении органических молекул (Ле-Бель и Вант-Гофф, 1874г.). Если в молекуле вещества имеется хотя бы один атом углерода, находящийся в состоянии гибридизации sp³ и соединенный с четырьмя различными атомами или группами атомов, то такие молекулы асимметричны, т.е. не имеют плоскости симметрии, то такое вещество обладает оптической активностью и может существовать в виде двух оптических изомеров, отличающихся друг от друга пространственным расположением заместителей при асимметрическом атоме углерода С*.

Оптические изомеры обычно изображают в виде плоских проекционных формул, впервые предложенных Фишером.

Проекционные формулы Фишера:

молочная кислота

Известны две молочные кислоты, являющиеся оптическими антиподами: одна вращает плоскость поляризации вправо (+), вторая – влево (-).

Смеси равных количеств двух зеркальных изомеров не вращают плоскости поляризации, поскольку один из них вызывает правое вращение, а второй – на такой же угол левое. Такие оптически неактивные смеси зеркальных изомеров называются рацемическими смесями.

С увеличением числа асимметрических атомов углерода в молекуле возрастает количество оптических изомеров:

N=2ⁿ, где N-количество оптических изомеров,

n- количество асимметрических атомов углерода в молекуле.

Для 2,3-дихлорпентана возможны 4 оптических изомера:

I II III IV

I и II , III и IV – зеркальные антиподы или энантиомеры,

I и III, I и IV, II и III, II и IV –оптические изомеры, не обладающие полным зеркальным подобием или диастереомеры

Cуществуют соединения с двумя или более асимметрическими атомами , одинаковыми по характеру связанными с ними групп. Особенность этих соединений в том, что среди их оптических изомеров имеются такие, построение которых симметрично в целом и поэтому они оптически не активны, не имеют оптических антиподов и, следовательно, общее количество оптических изомеров будет меньше чем 2ⁿ.

Так в молекуле 2,3-дибромбутана имеется 2 асимметрических атома углерода, оптические изомеры будут иметь следующие формы:

I II III IV

Однако, структуры I и II- одинаковы, так как они совпадают при наложении (при повороте одной из них на 180º в плоскости рисунка). Если проекционные формулы совпадают при наложении в плоскости рисунка, то они отвечают одному оптическому изомеру, совершенно идентичны и только по-разному сориентированы. Следовательно, у такого соединения возможны только три оптических изомера, при чем только два из них III и IV будут обладать оптической активностью (вращают плоскость поляризованного света), а форма I – оптически недеятельна, так как в ней существует внутримолекулярная симметрия, то есть одна половина молекулы является оптическим антиподом другой половины, и поэтому они отклоняют плоскость поляризации света на одинаковые углы в противоположных направлениях; в результате вся молекула в целом оптически неактивна. Такие симметрично построенные оптически недеятельные изомеры соединений с несколькими асимметрическими атомами называют мезоформами.

ЛЕКЦИЯ 13

12 3 Следующая ⇒