IL FENOMENO DELL’ATTIVITA’ OTTICA DEI COMPOSTI CHIMICI
La stereochimica nasce in FRANCIA nel XIX SEC. con le ricerche del francese Jean
Baptiste Biot sulla natura della luce piano-polarizzata.
Un raggio di luce ordinaria è costituito da onde elettromagnetiche oscillante nel
numero infinito di piani perpendicolari alla direzione di propagazione. Quando il
raggio attraversa un polarizzatore, ne fuoriescono le onde luminose oscillanti su un
unico piano, da cui nome di luce piano-polarizzata. Biot osservo che quando alcuni
composti come lo zucchero e la canfora viene polarizzata il piano di polarizzazione
ne viene ruotato. Le molecole dotate di questa proprietà si dicono otticamente attive e
modo di misurare la polarizzazione si fa attraverso un istrumento chiamato
polarimetro. Una soluzione della sostanza otticamente attiva viene posta in un tubo,
attraversato dalla luce piano-polarizzante dove avviene la rotazione del piano, cosi la
luce emergente viene fatta passare attraverso un secondo polarizzatore detto
analizzatore, dove questo ultimo ruota finche la luce non lo attraversa con la
massima intensità, cosi si troverà il nuovo piano di polarizzazione e determinerà
l’entità e direzione della rotazione. Però tutto questo non poteva succedere se nel
anno 1848 PASTEOR non scopri la enatiomeria cioè che le soluzione dei cristalli
separati erano otticamente attive e che nei composti esisteva una disposizione
asimmetrica esattamente inversa. Da questa teoria 25 anni dopo fu riconosciuto il
fenomeno della enantiomeria e la chiralità delle molecole.
La chiralità in una molecola è correlata all’assenza di determinati elementi di
simmetria nella sua struttura. Ogni molecola nella sua struttura possiede un piano di
simmetria. Se il piano è simmetrico significa che la molecola non è chirale. Il più
comune caso di chiralità abbiamo quando incontriamo l’atomo di carbonio che è
legato a quattro atomi diversi oppure gruppi di atomi asimmetrici. Questo genere di
atomi sono chiamati atomi asimmetrici oppure centri chirali. La chiralità fu
individuata dopo da J.Van HOFF attraverso la teoria di PASTEOR dell’attività
ottica dei composti cioè che ogni enantiomero (atomo) ruota intorno al piano di
polarizzazione di un stesso angolo però con direzioni diverse.
Un esempio comune abbiamo il 2-BUTANOLO che ha come formula
CH3CHOHCH2CH3, vediamo che in questo composto il secondo carbonio viene
legato ai quattro atomi diversi, quindi abbiamo come fenomeno la chiralità. Un altro
composto chirale sono composti derivati dalle fosfine organiche cioè il’atomo fosforo
legato hai sostituenti diversi. ES. CH3PH2, (C6H5).
Nei composti chirali l’enantiomero che ruota il piano di polarizzazione in senso
orario viene chiamato destrogiro e al suo nome viene anteposto il segno (+) mentre
l’altro enantiometro che gira al senso opposto viene chiamato levogiro e si assegna il
segno(-). Questa proprietà di girare nel senso opposto dei composti ha permesso di
incidere e identificare l’attività ottica.
L’attività ottica dei due opposti enantiomeri si compensa tra di loro facendo incidere
un fascio di luce polarizzata. Quando abbiamo un campione di sostanza costituito da
una uguale quantità dei due enantiomeri non si osserverà alcuna rotazione del piano
di polarizzazione.
Invece se abbiamo un solo enantiomero oppure uno dei quattro enantiomeri di
maggiore quantità abbiamo un effetto ottico minore e maggiore della rotazione del
piano di polarizzazione.
Per un enantiomero l’entità e il segno della rotazione del piano di polarizzazione
dipendono dalla lunghezza di onda della radiazione incidente, però non sempre
succede come nel caso delle amine in cui l’atomo centrale di azoto (N) è legato a tre
gruppi diversi di atomi e non mostrano nessuna attività ottica pur essendo
strutturalmente chirali.
Questo fenomeno è dovuto della inversione piramidale cioè un movimento degli
atomi che compongono la molecola che provoca la continua “inversione di
configurazione”.
In tale caso non possiamo più parlare di enantiomeri come entità separabili data la
loro rapidità e continua interconversione.
Attraverso la configurazione e la proprietà dei sostituenti legante al carbonio
principale possiamo stabilire la configurazione e il senso di rotazione del
stereocentro.
Se passiamo ai gruppi di priorità abbiamo una priorità alta, media, e bassa. Quando il
senso di rotazione e il senso orario il stereocentro avrà la configurazione (R).
Quando il senso di rotazione e il senso antiorario il stereocentro avrà la
configurazione (S).
Questi simboli vengono poi anteposti alla denominazione del composto chimico in
questione quando si voglia indicare un particolare enantiometro.
Una procedura simile è usata per atomi asimmetrici trivalenti anziché tetravalenti.
Attraverso la proiezione di FISCHER abbiamo una nomenclatura diversa che fa uso
dei simboli come D e L per centri chirali.
Le proiezioni di FISCHER ci crea una convenzione che si chiama la “convezione di
FISCHER” ché è di una importanza storica e tuttavia diffusa nelle categorie di
composti come carboidrati e proteine.
I simboli RS e DL identifica la configurazione assoluta dei centri chirali e non ha
nessuna correlazione con i segni (+ -) che indicano il verso di rotazione della luce
polarizzata, Così un enantiomero (R) può essere levogiro oppure destrogiro.
Nei tanti composti possono esistere più di un centro chirale.
Quando troviamo più di un centro chirale il numero delle possibili configurazioni
cresce, in quanto ogni centro chirale può presentarsi con diverse configurazioni che ci
indica il verso di rotazione della luce polarizzante.
Nella rappresentazione di Fischer di molecole con due atomi di carbonio chirali si
lascia una sola linea verticale e si tracciano due linee orizzontali. I due punti di
incrocio rappresentano i due carboni chirali.
ESEMPIO DEGLI STEREOISOMERI DEL :
3-CLORO-2- BUTANOLO
In molecole con due atomi di carbonio asimmetrici, il composto meso presenta un
elemento di simmetria (un piano di simmetria che divide la molecola in due parti
speculari). Le molecole in cui i due atomi di carbonio asimmetrici condividono gli
stessi sostituenti presentano tre stereoisomeri invece di quattro.
ESEMPIO; ACIDO TARTARICO
Ha due carboni asimmetrici ma 3 stereoisomeri: un composto meso e una coppia di
enantiomeri. Nella rappresentazione di Fischer il composto meso è sempre quello
con i sostituenti identici dallo stesso lato.
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03/01/2015 16:55:00
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Data ultimo salvataggio:03/01/2015 16:55:00
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