Оптическая активность
Вращение плоскости поляризации
linkОпора
- Урок 55. Хиральность и энантиомеры — находить стереоцентры и рисовать энантиомер
Энантиомеры из урока 55 различаются знаком вращения плоскости поляризации света. Обычный свет колеблется во всех плоскостях; поляризатор пропускает колебания в одной плоскости — это плоскополяризованный свет. Хиральное вещество поворачивает эту плоскость.
Как измеряют оптическую активность
- Свет проходит через поляризатор, затем через трубку с раствором вещества.
- Анализатор поворачивают, пока свет не пройдёт максимально (или погаснет).
- Угол поворота α — наблюдаемое вращение. Вправо (по часовой стрелке для наблюдателя) — (+), влево — (−).
Примеры
1. Глюкоза и фруктоза \(\ce{C6H12O6}\). Природная (+)-глюкоза (декстроза) вращает плоскость поляризации вправо, (−)-фруктоза (левулёза) — влево. Знак ставят в скобках перед названием.
2. (R)- и (S)-бутан-2-ол. (R)-Изомер вращает влево, на −13,5°, (S)-изомер — вправо, на +13,5°: энантиомеры вращают на один и тот же угол в противоположные стороны.
3. Мезо-винная кислота \(\ce{HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH}\). Она оптически неактивна, потому что ахиральна: у неё есть плоскость симметрии (урок 61), и вращение одной половины молекулы гасится вращением другой.
4. Рацемат. Смесь равных количеств (R)- и (S)-изомеров тоже не вращает свет: вклады энантиомеров равны по величине и противоположны по знаку, поэтому суммарный угол равен нулю.
errorБуквы R/S не предсказывают знак вращения
Конфигурация R или S — это геометрия молекулы, которую читают по правилам старшинства, а знак вращения (+) или (−) — результат измерения. Между ними нет простой связи: (R)-молочная кислота вращает влево, а её соль, (R)-лактат натрия, — вправо, хотя конфигурация стереоцентра при переходе от кислоты к соли не менялась. Знак вращения можно узнать только из опыта.
edit_noteПопробуйте сами
Будет ли вращать плоскость поляризации раствор 2-метилбутана?
expand_moreПоказать решение
Нет: у 2-метилбутана нет стереоцентра, он ахирален.
Что влияет на наблюдаемый угол
Угол α из первой части урока зависит не только от вещества, но и от условий опыта: сколько молекул встречает луч.
От чего зависит угол вращения
- От концентрации: больше молекул на пути света — больше угол.
- От длины трубки.
- От длины волны света (обычно берут жёлтую линию натрия, D) и температуры.
- От растворителя.
Примеры
1. Концентрация. Удвоили концентрацию раствора — на пути луча стало вдвое больше хиральных молекул, и угол вращения удвоился: \(\alpha \propto c\).
2. Длина трубки. Взяли трубку 2 дм вместо 1 дм — луч проходит вдвое больший слой раствора, и угол снова удвоился: \(\alpha \propto l\).
3. Смесь энантиомеров 3 : 1. Из четырёх частей смеси одна часть (+)-изомера гасится одной частью (−)-изомера, а вращают только две оставшиеся части (+)-изомера. Поэтому угол вдвое меньше, чем у чистого (+)-вещества той же концентрации.
errorНаблюдаемый угол и удельное вращение — разные величины
Наблюдаемый угол α зависит от условий опыта: от концентрации, длины трубки, растворителя и температуры. Удельное вращение [α] — это угол, пересчитанный на стандартные условия, и оно характеризует само вещество. Как его считают, разберём в уроке 63.
edit_noteПопробуйте сами
Раствор вращает на +4°. Каким будет угол, если раствор разбавить вдвое?
expand_moreПоказать решение
+2°: угол пропорционален концентрации.
push_pinГлавное
Хиральные вещества вращают плоскость поляризации света: вправо (+, d) или влево (−, l). Энантиомеры вращают на одинаковый угол в противоположные стороны. Знак вращения определяют только опытом: он не связан с обозначениями R/S и D/L. Ахиральные вещества, мезо-формы и рацематы оптически неактивны.
Закрепите теорию: 52 задания с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.