Оптическая активность — Органическая химия для олимпиад

Оптическая активность

52 задания

Вращение плоскости поляризации

linkОпора

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

  1. Свет проходит через поляризатор, затем через трубку с раствором вещества.
  2. Анализатор поворачивают, пока свет не пройдёт максимально (или погаснет).
  3. Угол поворота α — наблюдаемое вращение. Вправо (по часовой стрелке для наблюдателя) — (+), влево — (−).
\[\alpha(R) = -\alpha(S),\qquad \alpha(\text{рацемат}) = \tfrac{1}{2}\alpha(R) + \tfrac{1}{2}\alpha(S) = 0\]

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.

(R)-(−)-бутан-2-ол: −13,5°
(R)-(−)-бутан-2-ол: −13,5°
(S)-(+)-бутан-2-ол: +13,5°
(S)-(+)-бутан-2-ол: +13,5°
Энантиомеры: одинаковый угол, противоположный знак

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.

\[\alpha_{\text{рацемата}} = \tfrac{1}{2}\alpha(R) + \tfrac{1}{2}\alpha(S) = 0\]

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

  1. От концентрации: больше молекул на пути света — больше угол.
  2. От длины трубки.
  3. От длины волны света (обычно берут жёлтую линию натрия, D) и температуры.
  4. От растворителя.
\[\alpha \sim l \cdot c\]

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.

\[\frac{3 - 1}{3 + 1} = \frac{1}{2}\]

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 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.