Attività ottica dei composti chirali
Una molecola è detta “chirale” quando non si può sovrapporre alla propria
immagine speculare nelle tre dimensioni. La “chiralità”di una molecola è quindi
legata alla simmetria di questa.
I composti chirali possiedono attività ottica, ovvero la capacità di deviare il piano
della luce piano-polarizzata di un determinato angolo, indicato con la lettera
greca “α”. La luce è polarizzata quando le onde elettromagnetiche che la
compongono oscillano su un unico piano. L’attività ottica è definibile come la
rotazione effettuata da parte degli enantiomeri (isomeri con stesse proprietà
chimico-fisiche) che può essere positiva (+) se avviene in senso orario, oppure
negativa (-) se avviene in senso antiorario. Inoltre in caso di rotazione positiva un
composto è detto destrogiro (d) , invece in caso di rotazione negativa è detto
levogiro (l).
Gli enantiomeri che sono puri sono molto importanti, poiché grazie alla propria
rotazione uguale ma di senso opposto (antipodi ottici + o -) in determinate
condizioni rendono possibile la misurazione della rotazione ottica per identificare
il composto. La miscela che si ha al 50% degli enantiomeri, ovvero la miscela
racemica o racemato con coppie d,l o +/-) possiede un’attività ottica nulla.
L’accesso di un antipodo sull’altro nelle miscele di enantiomeri è detto eccesso
enantiomerico (ee). Inoltre si differenziano per la diversa reattività o interazione
con reagenti asimmetrici, oppure per diversa interazione con la luce polarizzata.
Misurare l’attività ottica
La misura dell’attività ottica è effettuata mediante un polarimetro, ottico manuale
o automatico computerizzato.
Luce monocromatica (di una singola lunghezza d'onda), viene quindi polarizzata
da un polarizzatore fisso, prossimo alla sorgente di luce. Una cella contenente il
campione è localizzata in posizione allineata al fascio di luce, seguita da un
polarizzatore mobile (l'analizzatore) e da un oculare attraverso il quale può
essere osservata l'intensità della luce. Nei moderni strumenti, un rivelatore di luce
elettronico prende il posto dell'occhio umano. In assenza di un campione,
l'intensità della luce al rivelatore è massima quando il secondo polarizzatore
(mobile) è regolato parallelamente al primo polarizzatore (α = 0º). Se
l'analizzatore viene ruotato di 90º rispetto al piano di polarizzazione iniziale,
tutta la luce sarà bloccata dal raggiungere il rivelatore.
I chimici utilizzano i polarimetri per studiare l'influenza esercitata dai composti
(nella cella del campione) sul piano di luce polarizzata. I campioni costituiti solo
da molecole achirali (ad es. acqua o esano), non hanno alcun effetto sul fascio di
luce polarizzata.
Però, se si esamina un singolo enantiomero, la direzione del piano di
polarizzazione risulta ruotato in senso orario (positivo) o in senso antiorario
(negativo), e l'analizzatore può essere ruotato di un appropriato angolo, α, tale
che la massima intensità di luce raggiunga il rivelatore. Le rotazioni osservate (α)
degli enantiomeri sono di opposte direzioni. Se si esaminano uguali quantità di
ogni enantiomero, utilizzando la stessa cella per il campione, allora l'ampiezza
delle rotazioni sarà la stessa, di cui una positiva e l'altra negativa. Per essere
assolutamente certi che un rotazione osservata sia positiva o negativa è spesso
necessario effettuare una seconda misurazione utilizzando una diversa quantità o
concentrazione del campione. Nella precedente illustrazione, per esempio, α
potrebbe essere –90º o +270º piuttosto che +90º.
Se la concentrazione del campione viene ridotta del 10%, allora la rotazione
positiva cambierebbe a +81º (or +243º) mentre la rotazione negativa
cambierebbe a –81º, ed il valore corretto di α sarebbe identificato senza
ambiguità.
Dal momento che non è sempre possibile ottenere od utilizzare campioni
esattamente uguali in quantità, la rotazione osservata viene usualmente corretta
per compensare le variazioni di quantità del campione e della lunghezza di cella.
Quindi, è pratica comune convertire la rotazione osservata, α, in rotazione
specifica, [α], con la seguente formula:
Rotazione
specifica =
dove l = lunghezza di cella in dm, c =
concentrazione in g/ml
D è la luce a 589 nm da una lampada al sodio
