Оптически активные вещества

Основной измеряемой характеристикой поляриметрических измерений является угол вращения плоскости поляризации, обычно обозначаемый как  (альфа). Эта величина зависит главным образом от строения исследуемого вещества, температуры, при которой производится измерение, длины волны света источника, используемого для осуществления измерений, а также от толщины слоя исследуемого вещества (длины измерительной кюветы). Значение угла вращения плоскости поляризации для растворов также зависит от концентрации растворяемого вещества и от природы растворителя.

Угол вращения  плоскости поляризации измеряют в градусах и их долях в лабораторных условиях: обычно при температуре 20,0 °C и стандартной длине волны 589,3 нм (D-линия натрия). Несмотря на то, что долями угловой градусной меры в системе единиц СИ являются минуты и секунды, в автоматических моделях поляриметров чаще используют десятичную систему счисления.

Данный метод измерений применим только к веществам, обладающим свойством вращать плоскость поляризации. Эти вещества принято называть «оптически активными» (ОАВ). 

Особенностью оптически активных веществ является то, что их молекулы не имеют центра и плоскости симметрии. Молекулы таких веществ могут существовать в виде двух зеркально симметричных изомерных форм – оптических изомеров. Один из оптических изомеров вращает плоскость поляризации вправо, другой – влево. Вещество в целом будет вращать плоскость поляризации света, в том случае, если концентрации оптических изомеров различны. Оптически активные кристаллы также существуют в виде двух модификаций: право- и левовращающей. Обе модификации отличаются друг от друга внешней формой и внутренней кристаллической структурой.

Вещества, которые поворачивают плоскость поляризации вправо (т.е. по часовой стрелке, если смотреть против направления распространения света), называются правовращающими, а вещества, поворачивающие плоскость поляризации в противоположном направлении, называются левовращающими.

Так как угол вращения зависит от температуры исследуемого образца, для точных измерений образцы обычно термостатируют. При повышении температуры с 20°С до 40°С увеличивается оптическая активность, но в некоторых веществах (сахароза) она, наоборот, понижается. 

Оптическая активность – это явление, возникающее из-за различия фаз световой волны в разных точках молекулы при электронных взаимодействий в ней. Оптическая активность чрезвычайно чувствительна к любым изменениям строения вещества и к межмолекулярному взаимодействию, поэтому она может дать ценную информацию о природе заместителей в молекулах (как органических, так и комплексных неорганических соединений), об их конформациях[1], внутреннем вращении и т.д. Трудности теоретических оценок оптической активности химических соединений определяются неаддитивностью[2] явления, не позволяющей вести расчёты на основе простой схемы, как, например, в случае молекулярной рефракции. При этом перспективными являются методы поляриметрии, основанные на измерении поляризационных свойств на различных длинах волн оптического излучения. 

Значение оптической активности в фармацевтике

Важность определения оптической активности для лекарственных средств связано с особенностью оптических изомеров оказывать на организм человека различное физиологическое действие: биологическая активность левовращающих часто сильнее правовращающих изомеров. Например, некоторые лекарственные средства, получаемые синтетически, существуют в виде оптических изомеров, но при этом биологической активностью обладают только в виде левовращающего изомера. Например, лекарственное средство «левометицин» биологически активно только в левовращающей форме.

Примеры некоторых оптически активных веществ приведены в списке ниже.

[1] Конформа́ция молекулы (от лат. conformatio «форма, построение, расположение») — пространственное расположение атомов в молекуле определённой конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей.

[2] Аддитивность — свойство математических или физических величин, состоящее в том, что значение величины, соответствующее целому объекту, равно сумме значений величин, соответствующих его частям.

[3] и другие кислоты, содержащие тартарат – например, гидротартарат калия