Isomeria ottica

Isomeria ottica

Tra i composti bifunzionali si è incontrato l'acido lattico [229]. Se, modelli alla mano, si costruiscono la configurazione [239 a] e la sua immagine speculare [239 b], è immediato constatare che si hanno tra le mani due oggetti fisicamente diversi, da qualunque parte li si guardi. L'unico modo per farli coincidere è quello di intervenire su uno dei due modelli scambiando di posto due gruppi, presi a caso. Quanto basta per parlare di isomeria, cioè di molecole diverse, pur essendo fatte con gli stessi atomi. La differenza risiede nella diversa disposizione nello spazio (stereoisomeria) dei gruppi legati al carbonio.

A COOH B. COOH

H                          C* OH HO C* H

CH₃ CH₃

Acido lattico

[239]

Già si sono incontrati esempi di stereoisomeria a proposito dell'isomeria geometrica e dell'isomeria conformazionale. Si dice che la coppia di strutture [239 a] e [239 b], costituita da forme assimilabili ad un oggetto ed alla sua immagine speculare non coincidenti tra loro, rappresenta due antipodi ottici o enantiomeri o stereoisomeri ottici. L'origine del termine "ottico" è legata all'osservazione sperimentale del comportamento di una soluzione, contenente come soluto solo molecole dell'antipodo [239 a], quando venga attraversata da un raggio di luce polarizzata, cioè vibrante in un piano ben definito. All'uscita della soluzione, il piano di vibrazione della luce risulta ruotato verso destra di un certo numero di gradi. Si dice per tanto che la molecola [239 a] è dotata di attività ottica, è otticamente attiva e rappresenta l'antipodo ottico DESTROGIRO ( simbolo +). Analogo esperimento su [239 b]: il piano risulta deviato dello stesso numero di gradi, ma nel verso opposto, dall'antipodo LEVOGIRO (simbolo −). Una miscela equimolecolare di due antipodi è otticamente inattiva in quanto il piano di vibrazione riceve impulsi uguali ma di segno opposto; tale miscela è detta MISCELA RACEMICA o RACEMATO.

Quali relazioni vi sono fra struttura e attività ottica ? La risposta è apparentemente molto semplice: sono otticamente attive tutte le molecole asimmetriche.

Come fare a stabilire se una molecola è asimmetrica ? Vi sono vari metodi. In laboratorio è sufficiente fare una soluzione della sostanza ed esaminarla al polarimetro: questo strumento dirà se, di quanto e in quale verso è ruotato il piano di polarizzazione della luce, o se non è ruotato affatto (caso di sostanza inattiva o di racemato). Un altro metodo consiste nel fare il modello della molecola (a patto di conoscerne la struttura), di farne l'immagine speculare e di verificare se i due modelli sono identici o no: nel primo caso si avrà molecola simmetrica ed inattiva, nel secondo caso il contrario. La nostra mano sinistra è tipica struttura asimmetrica. Se la si presenta davanti ad uno specchio e se ne "estrae" l'immagine, che è la mano destra, si constaterà che sono diverse. C'è tuttavia un metodo più semplice per verificare la asimmetria molecolare. Una molecola è asimmetrica ed otticamente attiva quando possiede un atomo di carbonio asimmetrico; è tale un carbonio che risulti legato a quattro atomi o gruppi atomici diversi tra loro. È il caso del C* in [239], legato ad un idrogeno, un ossidrile, un metile ed un carbossile. In una molecola ci può essere più di un atomo di carbonio asimmetrico: in questo caso è quasi scontato che ci sia attività ottica, senza però che questa si riscontri nel 100% delle situazioni. Ad esempio, con due atomi di carbonio asimmetrici equivalenti si può avere ½ molecola che ruota a destra e ½ che ruota a sinistra. In questo caso la molecola risulta otticamente inattiva per compensazione interna.

Schema di funzionamento di un polarimetro:

P C A O

S

L LP LR

Dove: S sorgente di luce

P lente polarizzatrice

C campione da esaminare

A lente analizzatrice

O osservatore

L luce emessa dalla sorgente

LP luce polarizzata

LR luce polarizzata dopo il passaggio in campione otticamente attivo

L'angolo di rotazione del piano di oscillazione della luce polarizzata dipende dalla lunghezza della cella, dal tipo di sostanza e dalla sua concentrazione.