D6) Illustrare il fenomeno dell’attività ottica dei composti chirali.
Gli isomeri sono composti che hanno la stessa formula molecolare ma diversa formula strutturale, ne
conseguono quindi diverse proprietà fisiche e chimiche.
L’isomeria può essere classificata in:
COSTITUZIONALE :
di CATENA
di POSIZIONE
di FUNZIONE
ISOMERIA
STEREOISOMERIA
CONFORMAZIONALE
CONFIGURAZIONALE:
GEOMETRICA
OTTICA
L’isomeria costituzionale: presenta una formula molecolare identica ma vi è una diversa disposizione degli
atomi.
L’isomeria conformazionale si ottiene ruotando i legami semplici carbonio-carbonio di una molecola. Ha un
ruolo biologico importante per quanto riguarda gli idrocarburi ciclici.
L’isomeria configurazionale
Geometrica si verifica solitamente quando vi è la presenza di un doppio legame carbonio-carbonio.
Per poter rompere il doppio legame si ha bisogno di una quantità di energia che non è disponibile e
non essendo possibile una diversa disposizione degli atomi, si avrà un diverso orientamento. Per
distinguere i due isomeri geometrici si utilizzano i prefissi –cis (due atomi o gruppi identici sono
dalla stessa parte della molecola) e -trans (due atomi o gruppi identici sono in posizioni
contrapposte nella molecola)
L’isomeria ottica si riferisce a immagini speculari fra loro ma non sovrapponibili. Un esempio può
essere dato da un oggetto che posto davanti ad uno specchio riflette la sua immagine, che è
identica, ma presenta delle differenze. Coppie di molecole con tali caratteristiche sono definite
enantiomeri.
Quando due molecole sono enantiomeri, sono chiamate molecole chirali , solitamente si identificano come
quelle molecole contenenti un atomo di carbonio che si lega a quattro atomi o gruppi molecolari differenti,
di conseguenza tale carbonio viene definito: carbonio chirale.
Le molecole chirali non presentano piani di simmetria che le dividono in due parti uguali.
La chiralità di una molecola non è prerogativa del solo atomo di carbonio.
Un esempio di oggetti chirali possono essere le nostre mani, le quali sono immagini speculari fra loro, ma
non è possibile sovrapporle.
Le molecole chirali oltre ad essere definite come enantiomeri sono anche dette antipodi ottici. Le proprietà
fisiche possedute da queste molecole sono tutte uguali tranne, la capacità di ruotare verso sinistra o verso
destra il piano caratteristico di un fascio di luce polarizzata e si definiscono otticamente attive.
Anche le proprietà chimiche sono identiche, eccetto che, le interazioni avvengono fra molecole otticamente
attive.
La luce è costituita da onde elettromagnetiche, che vibrano su tutti i possibili piani perpendicolari alla
direzione di propagazione del raggio.
A differenza della luce naturale, la luce polarizzata vibra solo su uno degli infiniti piani possibili. Può essere
ottenuta facendo passare la luce normale attraverso particolari sostanze definite polarizzatori, uno di
questi è il prisma di Nicol (cristalli di calcite).
Il prisma di Nicol è in grado di far passare solo le onde che oscillano su un piano ben preciso e la luce che ne
emerge è polarizzata linearmente.
L’interazione tra la luce polarizzata e un mezzo chirale determina una variazione sul piano di orientazione
rispetto alla direzione di propagazione.
L’attività ottica è la capacità di una sostanza otticamente attiva di far ruotare il piano della luce polarizzata,
la distorsione generata è definita rotazione ottica o osservata.
Lo strumento utilizzato per misurare la rotazione ottica è chiamato polarimetro e le sue componenti
principali sono: due filtri polarizzatori i quali, con una determinata orientazione permettono di polarizzare
la luce che li attraversa; un tubo con la soluzione in esame; un terzo filtro polarizzatore chiamato
analizzatore, costituito da una sezione rotabile ed infine un goniometro che permette di misurare l’angolo
di rotazione dell’analizzatore.
L’angolo di rotazione dipende da diversi fattori chimici e fisici come: la concentrazione, la struttura della
sostanza, il pH, la natura del solvente, la temperatura, la lunghezza d’onda luminosa e la lunghezza del tubo
contenente la sostanza.
Questi fattori sono stati standardizzati con un valore numerico definito come rotazione specifica (α),
determinato dalla formula:
[𝛼]20°𝐶
=
𝐷
rotazione ottica osservata
Lunghezza del porta campioni x concentrazione del campione
lunghezza = 1dm
concentrazione= g/mL
temperatura= 20°C
lunghezza d’onda= tipo di solvente usato (D=sodio)
La rotazione specifica è considerata una proprietà fisica delle sostanze.
Un enantiomero in base al tipo di rotazione che determina sul piano della luce polarizzata viene definito:
destrogiro se ruota il piano in senso orario e si indica con (+) e levogiro se ruota il piano in senso antiorario
e si indica con (-).
Nonostante si possa conoscere la configurazione D e L di un enantiomero, non esiste alcuna correlazione
tra questa e il senso in cui gli enantiomeri ruotano il piano della luce polarizzata. È possibile conoscere il
grado di rotazione solo con un esperimento per mezzo di un polarimetro, per questo il potere rotatorio
specifico rappresenta un dato sperimentale.
