Оптические изомеры или энантиомеры представляют собой стереоизомеры, структуры которых несовместимы с их зеркальными отражениями.

• Такие молекулы называются хиральными.

• Как и в общей проблеме определения структуры изомеров, возможность обнаружения хиральности зависит от характеристического времени соответствующего физического метода.

• При простом изменении температуры одна и та же структура может вести себя в одном случае как хиральная, а в другом – как ахиральная.

• При данных условиях наблюдения молекула является хиральной, если существует её мгновенная геометрия, которая не может быть совмещена со своим зеркальным отражением при вращении и поступательном движении молекулы как целого, а также при внутримолекулярных движениях, которые допустимы в указанных условиях.

Признаки хиральностии

Асимметрический атом углерода часто встречается в хиральных молекулах.

Очень важным признаком является также то, что хиральные молекулы не содержат плоскости симметрии

Энантиомерные молекулы проявляют оптическую активность, т.е. их поляризуемость зависит от направления вращения поляризованного по кругу света (оптическое вращение), и показатели преломления лево- и правополяризованного света будут различными в данном веществе.

Кроме этого, такие молекулы отличаются и коэффициентами поглощения лево- и правополяризованного света. Это явление называется круговым дихроизмом (КД). Хирооптические методы применяются для исследования структуры молекул, особенно макромолекул, и позволяют получать информацию, недостижимую никакими другими методами (кинетическое обнаружение тончайших изменений, происходящих в структуре молекул при связывании их с субстратом).

Поворот плоскости поляризации, в отличие от КД сигнала, довольно значителен, и поэтому относительно просто распознается, особенно если проводить измерения только на одной, специфической длине волны.

Например, концентрация водного раствора тростникового сахара с относительно большим удельным углом вращения а = 66,4°измеряется путем поворота по часовой стрелке плоскополяризованного света в простом устройстве, называемом сахариметром.

• Молекулы являются оптически активными, если они взаимодействуют с лево- и правополяризованным светом различным образом. Однако только несколько хромофоров являются оптически активными сами по себе.

• В большинстве случаев оптическая активность, т.е. хиральность, генерируется асимметричным микроокружением асимметрично расположенных молекулярных групп. Как следует ожидать, оптическую активность можно индуцировать внешним магнитным полем (магнитный круговой дихроизм МКД).

 

Хиральность, жизнь и проблема.

• На молекулярном уровне живой организм приспособлен к употреблению только одного энантиомера биологических «строительных материалов» - сахаров и аминокислот. Изомеры могут очень сильно отличаться по своей биологической активности.

• На Земле в основе всех биологических организмов находятся левосторонние аминокислоты.

• Очень важна проблема хиральности и для экологической безопасности.

 

Хиральность и экологическая безопасность

• Биосфера со свойственной ей хиральной асимметрией, закрепившейся в ходе биологической эволюции, сталкивается с мощным потоком хиральных соединений техногенного происхождения.

• Положительный эффект, терапевтический или агрохимический, дают препараты, приготовленные на основе одного вида энантиомера, в то время как зеркальный энантиомер может вызвать токсическое и даже мутагенное действие. Пример – история талидомида в 60-е годы прошлого столетия.

 

• Большинство хиральных поллютантов, медленно разлагающихся в окружающей среде, являются гидрофобными соединениями, поэтому при попадании в организм они накапливаются в липидсодержащих структурах.

• В составе водных аэрозолей хиральные поллютанты могут переноситься водными и ветровыми потоками из зон эмиссии на расстояния межконтинентального масштаба.

• На сегодняшний день не существует норм предельного содержания в окружающей среде (ПДК) различных хиральных соединений, нет общей картины путей миграции и превращений хиральных соединений, отсутствует система глобального биосферного мониторинга. Учитывая стремительное развитие фармацевтической, химической промышленности и биотехнологий, можно сделать вывод, что проблема хиральной безопасности становится глобальной экологической проблемой.

 

Ранее геометрический критерий хиральности формулировали так: «у хиральной молекулы не должно быть плоскости симметрии и центра инверсии». В настоящее время пользуются более точным критерием, который предполагает отсутствие у хиральной молекулы также зеркально-поворотных осей

 

Нанохимия. Наночастицы. Свойства наночастиц. Классификация частиц по размерам и числу атомов. Наночастицы и понятие фазы. Размерные эффекты в нанохимии. Методы исследования наночастиц. Наноструктуры. Нанотрубки. Наночастицы на основе углерода.

· Можно сказать, что XVIII век был веком атомов, XIX – веком соединений, XX век – веком реакций, а XXI век уже есть и будет в дальнейшем веком нанонаук и нанотехнологий.

· «Нанотехнологии – это новое название, которое придумали для химии». Р. Хофман (Нобелевский лауреат 1081 г. Совместно с Фукуи)