Proprietà degli antipodi ottici

Il potere rotatorio specifico di una  sostanza [α]At dipende dalla lunghezza d’onda della radiazione monocromatica usata e dalla temperatura e, quindi, per una data sostanza esso è riferito a una temperatura specifica e a una radiazione che è quella, usualmente della riga D del sodio a 5685Å.

Il potere rotatorio dipende, inoltre, dalla lunghezza del cammino d che la radiazione percorre dentro la sostanza e, nel caso di soluzioni, dalla concentrazione c, e dalla natura del solvente:

[α]Dt = 100α / dc

Dove α è l’angolo di rotazione della direzione di polarizzazione misurato sperimentalmente. In generale due antipodi ottici hanno le stesse proprietà nei confronti di quei processi che non sono influenzati dalla dissimmetria molecolare. Per esempio i due enantiomeri hanno lo stesso punto di fusione; se sono acidi o basi hanno lo stesso valore di pKa o pKb riferito a una sostanza non chirale come l’acqua, hanno la stessa solubilità nei solventi non chirali, ma  solubilità diversa in solventi chirali.

Essi reagiscono allo stesso modo nei confronti di sostanze otticamente inattive, ma in modo diverso verso sostanze otticamente attive. Gli enantiomeri sono una coppia di molecole che sono immagini speculari l’una dell’altra e non sovrapponibili: tali molecole sono dette chirali e non hanno né piani di simmetria né centri di inversione.

enantiomeri

Il racemo, invece è costituito da una miscela 1:1 dei due opposti antipodi ottici e non provoca alcuna rotazione del piano della luce polarizzata perché i contributi dei due opposti enantiomeri si annullano a vicenda dal momento che il potere rotatorio dei due enantiomeri è uguale in valore assoluto, ma opposto in segno.
Il racemo ha alcune proprietà differenti da quelle di ambedue gli antipodi: la temperatura di fusione e la solubilità può essere maggiore o minore di quelle degli antipodi mentre le proprietà acide e basiche sono le stesse. A seconda della temperatura a cui si trova, il racemo può esistere come miscela meccanica dei due enantiomeri in quantità equimolecolare e quindi essere costituito da due fasi (i due enantiomeri formano cristalli emiedrici) oppure dar luogo a una soluzione solida e quindi a un sistema monobasico. 

Fu Pasteur che per primo separò le due forme cristalline emiedriche di tartrato di potassio e ammonio le cui soluzioni si presentavano otticamente attive e, a parità di concentrazione, deviavano il piano della luce polarizzata in senso opposto, ma con lo stesso angolo. Pasteur concluse che sia l’attività ottica che l’asimmetria dell’abito cristallino dovevano essere attribuite a una asimmetria dell’acido tartarico.

Le due forme isolate ovvero l’acido L(+) tartarico e l’acido D(-) tartarico avevano proprietà chimiche e fisiche uguali tranne che per il senso di rotazione del piano della luce polarizzata, ma diverse proprietà biologiche. Fu la prima volta che due enantiomeri venivano separati l’uno dall’altro.

Pasteur isolò anche una forma di acido tartarico con abito cristallino simmetrico, la cui soluzione acquosa non mostrava attività ottica e che presentava, a sua volta, proprietà chimiche, fisiche e biologiche diverse da quelle delle due forme emidiedriche. Successivamente la configurazione assoluta dell’acido tartarico che fa ruotare la direzione di polarizzazione a destra (+) è stata determinata ai raggi X.

acido tartarico

L’acido tartarico esiste quindi nelle due forme enantiomere non sovrapponibili e, quindi, l’insieme di ciascuna delle forme molecolari è otticamente attiva in senso opposto. La miscela equimolecolare delle due forme è il racemo inattivo.

La molecola isolata da Pasteur con abito cristallino simmetrico, otticamente inattiva, è chiamata meso ed è costituita da una sola specie molecolare.

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Author: Chimicamo

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