Хиральность и оптическая активность

Хиральная молекула несовместима со своим зеркальным отображением; такие молекулы вращают плоскополяризованный свет и играют центральную роль в молекулярных основах жизни.

Definition

Хиральность — это геометрическое свойство молекулы, которое делает ее несовместимой со своим зеркальным отображением; оптическая активность — это результирующая способность вращать плоскость поляризованного света.

Scope

Эта тема охватывает условия хиральности, энантиомеры и стереогенный центр, оптическую активность и удельное вращение, рацемические смеси и их разделение, а также формы хиральности, выходящие за рамки одного стереоцентра, такие как аксиальная и планарная хиральность.

Core questions

• Какие структурные особенности делают молекулу хиральной?
• Как измеряется и количественно определяется оптическая активность как удельное вращение?
• Как рацемическая смесь может быть разделена на отдельные энантиомеры?

Key theories

Энантиомерия от молекулярной «рукости»

Молекулы, не имеющие внутренней плоскости симметрии или центра симметрии, существуют в виде двух энантиомеров, которые являются зеркальными отображениями; их физические свойства идентичны, за исключением знака оптического вращения и поведения по отношению к другим хиральным сущностям.

Оптическое разрешение

Рацематы могут быть разделены на энантиомеры путем их превращения в диастереомеры с помощью хирального разделяющего агента, хиральной хроматографии или селективной кристаллизации.

Clinical relevance

Большинство биомолекул — аминокислоты, сахара, нуклеиновые кислоты — являются односторонними, поэтому два энантиомера хирального лекарства могут иметь очень разные фармакологические эффекты. Трагедия с талидомидом подчеркнула, почему чистота одного энантиомера является приоритетом регулирования и безопасности.

History

Ручное разделение полугранных кристаллов тартрата Пастером в 1848 году стало первой демонстрацией молекулярной хиральности. Кельвин позже ввел термин «хиральность», и эта концепция стала основополагающей для понимания асимметрии биологических молекул.

Key figures

• Louis Pasteur
• Jacobus Henricus van't Hoff
• William Thomson (Lord Kelvin)

Seminal works

• pasteur1848
• elielwilen1994

Frequently asked questions

Нужен ли молекуле стереоцентр, чтобы быть хиральной?

Не обязательно; хотя многие хиральные молекулы содержат стереогенный атом углерода, хиральность также может возникать из-за ограниченного вращения (атропизомерия), спиральных форм или других форм аксиальной и планарной диссимметрии.

Почему энантиомеры вращают свет в противоположных направлениях?

Каждый энантиомер немного по-разному взаимодействует с лево- и правоциркулярно поляризованными компонентами света, и поскольку две молекулы являются зеркальными отображениями, их суммарные вращения равны по величине, но противоположны по знаку.