Большая энциклопедия нефти и газа. Оптически активные вещества

ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА - вещества, вращающие плоскость поляризации проходящего через них света. О. а. в. делятся на две группы. В первой из них оптич. активность (ОА) связана с асимметричным строением молекулы, не имеющей ни центра, ни плоскостей , т. е. хиральной. В этом случае ОА вещества проявляется во всех агрегатных состояниях и растворах. Ко второй группе относятся вещества, ОА к-рых связана с асимметричной структурой самого вещества.
Примером О. а. в. первой группы является гексагелицен, молекула к-рого состоит из цепочки бензольных колец, расположенных по спирали (рис. 1). Процессы, приводящие к возникновению ОА, в этом случае охватывают всю молекулу в целом, рассеяние фотонов происходит в асимметричном облаке полностью делокализов. электронов. В др. случаях ОА может быть связана с наличием в молекуле асимметричного центра (хирофора). Пример - известный в стереохимии асимметричный атом углерода, окружённый четырьмя разными заместителями; такова асиарагиновая к-та (рис. 2). Хирофоров в молекуле может быть несколько, тогда сказывается их взаимное влияние. Известен ряд функциональных групп (напр., карбонильная), в свободном состоянии симметричных и не имеющих ОА, но легко деформируемых асимметричными возмущениями со стороны др. частей молекулы.

О. а. в. могут быть положительными (правовращающими при наблюдении навстречу волне) и отрицательными (левовращающими). При этом знак оптич. вращения в общем случае не совпадает со знаком структуры молекулы. Хиральные молекулы, обладающие энантиоморфизмом, могут существовать в двух зеркально симметричных формах - правой и левой (см. Изомерия молекул) . Эти две изомерные формы молекул наз. эпантиомерами или антиподами: они могут переходить одна в другую, будучи разделены , высота к-рого определяется внутримолекулярными взаимодействиями и может быть очень различной (время перехода от 10 -3 с до неск. лет). Физ. и хим. свойства антиподов одинаковы. Смесь антиподов в равных количествах наз. рацематом, она не обладает оптич. активностью. антиподы обозначаются в соответствии со знаком их структуры буквами D и L (лат. Dextro, Laevo - правый и левый); примером могут служить аминокислоты аланин и серин (рис. 3 и 4, "+" означает правое вращение, " - " - левое).

О. а. в. могут обладать и неактивными - мезоформами; такова винная к-та (рис. 5).

К О. а. в. первой группы относится большое количество органич. соединений (ряд к-т и эфиров, сахара, стероидные соединения, сульфиды, селениды и др.). Оптич. активностью обладают мн. комплексные соединения металлов (в особенности переходных Ni, Co), металлоорганические соединения, а также хиральные и холестерические . Особо важна роль О. а. в. в биосфере. Оказывается, что все наиб. важные для живых систем вещества хиральны, причём с определённым для каждого знаком во всей биосфере. Таковы L -аминокислоты, D -caxapa и т. д. Различны и усвояемость и физиологич. действие антиподов: напр., L -caxapa не усваиваются, L -фепилаланин вызывает психич. заболевания в отличие от безвредного D . Оптич. активностью обладают белки, нуклеиновые к-ты ДНК и РНК, хлорофилл, гемоглобин и т. д. Поэтому проблемы изучения О. а. в. играют огромную роль в биофизике, биохимии, медицине и фармакологии.
Во второй группе О. а. в. оптич. активность возникает лишь в кристаллич. состоянии и обусловливается хиральной структурой самого кристалла в целом. Примером О. а. в. с активностью экситонного происхождения является валентный кристалл кварца. Оптически активным ионным кристаллом является NiS0 4 *6H 2 О, где структурный октаэдрич. элемент |Ni(H 2 O) 6 ] 2+ испытывает асимметричное возмущение со стороны ионов SO 4 и кристалла RbNO 3 , где оптич. активность связана с деформиров. группой NO 3 . При этом ОА наблюдается и на полосах ионов металлов. Примером оптически активного кристалла может быть кристалл Те, где атомы Те расположены по спирали и вклад в ОА дают как асимметричные движения свободных носителей, так и асимметрия экситонных зон. Примером возникновения ОА на вакансиях является кристалл силленита Bi 12 SiО 40 (вакансии по Si).
Получение О. а. в. в "оптически чистом виде", т. е. в виде одного из антиподов, вообще говоря, нетривиально. Синтезирование О. а. в. первой группы в хим. реакциях из простых исходных неактивных обычно сложно, т. к. с равной вероятностью образуются оба изомера и получающийся продукт является рацематом. Для выделения одного из антиподов необходим т. н. асимметрический синтез с применением к--л. хирального реактива или агента (катализатора, примеси, растворителя, "затравки" одного из антиподов), благодаря чему образуется преим. один из антиподов. Известны вещества первой группы, кристаллизующиеся в энантиомерных формах (см. Энантиомеры). - винная к-та, бензил, комплексы никеля; однако многие из них образуют рацемич. кристаллы, конгломераты правых и левых кристаллитов, смешанные твёрдые растворы и эвтектики.
О. а. в. второй группы, как правило, - кристаллы (кварц, киноварь, теллур); однако и здесь часто нужны спец. приёмы для получения одного из энантиоморфов.
О. а. в. имеют своеобразные спектры комбинац. рассеяния, рэлеевского рассеяния, дают циркулярно поляризов. , что позволяет исследовать и возбуждённые состояния. О. а. в. в виде кристаллов применяют в оптич. приборах и устройствах для поворота плоскости , в качестве фазосдвигающих пластинок, в полутеневых устройствах, модулирующих устройствах. В геологии О. а. в. позволяют определить минералы, компоненты нефтей.

В 1811 году французский ученый Доминик Франсуа Араго (1786-1853) обнаружил, что при прохождении линейно поляризованного света через кристалл кварца параллельно его оптической оси, плоскость поляризации меняет свою ориентацию. Это изменение не сопровождалось уменьшением интенсивности света. Плоскость поляризации поворачивалась вокруг оси, совпадающей с лучом. Дальнейшие исследования показали, что такое же явление наблюдается и в других веществах, названных оптически активными . Оптически активны не только двояко преломляющие, но и оптически изотропные кристаллы. Явление поворота плоскости поляризации наблюдается так же в растворах и чистых жидкостях. Все вещества, обладающие оптической активностью в жидком состоянии, в том числе и в растворах, обладают тем же свойством и в кристаллическом состоянии. Однако не все кристаллы, способные к повороту плоскости поляризации, остаются таковыми в жидком состоянии. Это означает, что оптическая активность определяется не только строением молекул, но и их расположением в кристаллической решетке.

Вращение плоскости поляризации возможно в двух направлениях. Условно принято считать вещество правовращающим , если вращение плоскости поляризации происходит по часовой стрелке для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу. В противном случае говорят, что вещество левовращающее .

Угол поворота плоскости поляризации, как нетрудно догадаться, пропорционален толщине слоя вещества d . Для кристаллов и чистых жидкостей он равен

где – коэффициент численно равен углу поворота при прохождении слоя вещества толщиной . Его называют удельным вращением .

Для раствора угол поворота зависит также от его объемно-массовой концентрации

где коэффициент [a] называют удельным вращением раствора. Формула (5.5.2) лежит в основе метода оперативного определения концентрации оптически активного вещества в растворе. Применяемые для этого приборы называют поляриметрами . Основными частями поляриметров являются поляризатор, анализатор и трубка с раствором.

Френель предложил следующее качественное объяснение данного явления. На входе в оптически активный раствор линейно поляризованная волна разлагается на две поляризованные по кругу. Вращение светового вектора и в этих волнах происходит в противоположных направлениях. Полный вектор связан с ними соотношением

Если скорость распространения волн происходит с одинаковой скоростью, то, пройдя в растворе некоторое расстояние, оба вектора повернутся на одинаковый угол y (рис. а ). При этом ориентация полного вектора остается неизменной.

Если же скорость распространения этих волн не является одинаковой, то при прохождении некоторого слоя вещества между ними возникает фазовый сдвиг Dy. В том случае, когда скорость первой больше чем второй, результирующий вектор поворачивается против часовой стрелки (рис. б ). В противном случае мы имеем дело с левовращающим веществом (рис. в ).

Оптически активные вещества, среды, обладающие естественной оптической активностью. О.-а. в. подразделяются на 2 типа. Относящиеся к 1-му из них оптически активны в любом агрегатном состоянии (сахара, камфора, винная кислота), ко 2-му - активны только в кристаллической фазе (кварц, киноварь). У веществ 1-го типа оптическая активность обусловлена асимметричным строением их молекул, 2-го типа - специфической ориентацией молекул (ионов) в элементарных ячейках кристалла (асимметрией поля сил, связывающих частицы в кристаллической решётке). Кристаллы О.-а. в. всегда существуют в двух формах - правой и левой; при этом решётка правого кристалла зеркально-симметрична решётке левого и не может быть пространственно совмещена с нею (т. н. энантиоморфные формы, см. Энантиоморфизм). Оптической активности правой и левой форм О.-а. в. 2-го типа имеют разные знаки (и равны по абсолютной величине при одинаковых внешних условиях), поэтому их называется оптическими антиподами (иногда так называют и кристаллы О.-а. в. 1-го типа).

Молекулы правого и левого О.-а. в. 1-го типа являются оптическими изомерами (см. Изомерия, Стереохимия),т. е. по своему строению представляют собой зеркальные отражения друг друга. Их можно отличить одну от другой, в то время как частицы оптических антиподов (О.-а. в. 1-го типа) просто неразличимы (идентичны). Физические и химические свойства чистых оптических изомеров совершенно одинаковы в отсутствии какого-либо асимметричного агента, реагирующего на зеркальную асимметрию молекул. Продукт химической реакции без участия такого агента - всегда смесь оптических изомеров в равных количествах, т. н. рацемат. Физические свойства рацемата и чистых оптических изомеров зачастую различны. Например, температура плавления рацемата несколько ниже, чем чистого изомера. Рацемат разделяют на чистые изомеры либо отбором энантиоморфных кристаллов, либо в химической реакции с участием асимметричного агента - чистого изомера или асимметричного катализатора, либо микробиологически. Последнее свидетельствует о наличии асимметричных агентов в биологических процессах и связано со специфическим и пока не нашедшим удовлетворительного объяснения свойством живой природы строить белки из левых оптических изомеров аминокислот - 19 из 20 жизненно важных аминокислот оптически активны. (Применительно к О.-а. в. 1-го типа термины "левый" и "правый" - L и D - условны в том смысле, что не соответствуют непосредственно направлению вращения плоскости поляризации в них, в отличие от этих же терминов - l и d - для О.-а. в. 2-го типа или терминов "левовращающий" и "правовращающий".) Физиологическое и биохимическое действие оптических изомеров часто совершенно различно. Например, белки, синтезированные искусств, путём из D-amинокислот, не усваиваются организмом; бактерии сбраживают лишь один из изомеров, не затрагивая другой; L -никотин в несколько раз ядовитее D -никотина. Удивительный феномен преимущественной роли только одной из форм оптических изомеров в биологических процессах может иметь фундаментальное значение для выяснения путей зарождения и эволюции жизни на Земле.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Методическое пособие для учащихся ВТУЗов По дисциплине: физика. Механические колебания

Методическое пособие для учащихся ВТУЗов... По дисциплине физика...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Незатухающие колебания
Незатухающие колебания Рассмотpим пpостейшую механическую колебательную систему с одно

Частота, период, циклическая частота, амплитуда, фаза колебаний.
ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ, число колебаний в 1 с. Обозначается u. Если T - период от колебаний, то u = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний w = 2pu = 2p/T рад/с. ПЕРИОД колебан

Энергия гармонических колебаний.
Гармонические колебания Важным частным случаем периодических колебаний являются гармонические колебания, т.е. такие изменения физической величины, которые идут по закону

Метод векторных диаграмм. Сложение колебаний одного направления.
Метод векторных диаграмм. Каждому гармоническому колебанию с частотой можно поставить в соответствие вращающийся с

Биения. Сложение перпендикулярных колебаний. Затухающие механические колебания.
Биения - колебания с периодически меняющейся амплитудой, возникающие в результате наложения двух гармонических колебаний с несклько различными, но близкими частотами. Б. возникают вследствие того,

Уравнение затухающих колебаний. Амплитуда, частота, коэффициент затухания.
Уравнение затухающих колебаний представим в виде где

Резонанс.
. Таким образом, амплитуда вынужденных колебаний изменяется с изменением частоты внешнего воздействия. При

Уравнение плоской бегущей волны.
Гармоническая бегущая волна является плоской волной, т.к. ее волновые поверхности (ω(t-)+φ0

Типы волн: продольные и поперечные, плоские, сферические.
Будем полагать, что имеем сплошную упругую среду, например, твердое тело, жидкости, газы. Для упругой среды характерно возникновение упругих деформаций при внешнем воздействии на нее. Эти деформаци

Волновая поверхность, волновой фронт.
Волна, распространяясь от источника колебаний, охватывает все новые и новые области пространства. Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется волновым ф

Свойства волн.
Генерация волн. Волны могут генерироваться различными способами. Генерация локализованным источником колебаний (излучателем, антенной). Спонтанная генерация волн в объёме при возн

Энергия волны.
Энергия бегущей волны. Вектор плотности потока энергии Упругая среда, в которой распространяется волна, обладает как кинетической энергией колебательного движения частиц так и потенциально

Поток энергии.
Поток энергии – количество энергии, переносимое волной через некоторую поверхность в единицу времени: Ве

Вектор Умова.
Пусть в некоторой среде вдоль оси х распространяется упругая плоская продольная волна, описываемая уравнением (1.91")

Стоячие волны.
Если в среде распространяется несколько волн, то результирующее колебание каждой частицы среды представляет собой сумму колебаний, которые совершала бы частица от каждой волны в отдельности. Это ут

Интерференция.
Интерференция волн - явления усиления или ослабления амплитуды результирующей волны в зависимости от соотношения между фазами складывающихся двух или нескольких волн с одинаковыми периодами. Если в

Координаты пучностей и узлов стоячей волны.
Если навстречу друг другу распространяются две гармонические волны S1=Acos(ωt-kх) и S2=Acos(ωt+kх), то образуется стоячая волна S=S1+S2=2Аcoskx cosωt. Иссл

Отличие бегущих волн от стоячих.
Бегущая волна - волновое движение, при котором поверхность равных фаз (фазовые волновые фронты) перемещается с конечной скоростью, постоянной в случае однородных сред. С бегущей волной, групповая с

Источники электромагнитных волн Проводник с током. Магнит. Электрическое поле (переменное). Вокруг проводника, через которых проходит ток и он постоянен. При изменении силы

Свойства электромагнитных волн: поперечность, синфазность колебаний векторов напряженностей электрического и магнитного полей.
Поперечность. электромагнитные волны являются поперечными. Электромагнитной волной

Вектор Пойнтинга.
Пойнтинга вектор, вектор плотности потока электромагнитной энергии. Назван по имени английского физика Дж. Г. Пойнтинга (J. Н. Poynting; 1852-1914). Модуль П. в. равен энергии, переносимой за едини

Шкала электромагнитных волн.
(шкала электромагнитных

Когерентность волн.
Волны и возбуждающие их источники называются когерентными, если разность фаз волн не зависит от времени. Волны и во

Интерференция.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН - явление, наблюдающееся при одновременном распространении в пространстве нескольких волн и состоящее в стационарном (или медленно изменяющемся) пространственном распределении ам

Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Рассмотрим две когерентные световые волны, исходящие из источников

Координаты минимумов и максимумов интенсивности.
Оптическая длина путей лучей. Условия получения интерференционных максимумов и минимумов. В вакууме скорость света равна

Полосы равной толщины.
Полосы равной толщины, один из эффектов оптики тонких слоев, в отличие от полос равного наклона, наблюдаются непосредственно на поверхности прозрачного слоя переменной толщины (рис. 1). Возникновен

Применение интерференции.
Практическое применение интерференции света разнообразно: контроль качества поверхностей, создание светофильтров, просветляющих покрытий, измерение длины световых волн, точное измерение расстояния

Принцип Гюйгенса-Френеля.
Гюйгенса-Френеля принцип,приближённый метод решения задач о распространении волн, особенно световых. Согласно первоначальному принципу Х. Гюйгенса (1678), каждый элемент поверхност

Метод зон Френеля.
Вычисление интеграла в пункте в общем случае - трудная задача. В случаях, если в задаче существу

Дифракция Френеля.
Пусть на пути сферической световой волны, испускаемой источником S, расположен непрозрачный экран с круглым отверстием радиуса r0. Если отверстие открывает четное число зон Френеля, то в

Пятно Пуассона.
es С помощью спирали Френеля можно получ

Поляризация света.
Поляризация света, одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распростр

Закон Малюса.
Поставим на пути естественного света два поляроида, оси пропускания которых развернуты друг относительно

Двойное лучепреломление.
Как уже упоминалось в, закон преломления может не выполняться в анизотропных средах. Действительно, этот закон утверждает, что:

Интерференция поляризованного света.
Важный случай И. с. - интерференция поляризованных лучей (см. Поляризация света). В общем случае, когда складываются две различно поляризованные когерентные световые волны, происходит векторное сло

Дисперсия света.
Дисперсия света (рассеяние света) - явление разложения белого света при прохождении его через призму, диф

Закон Бугера-Ламберта.
Бугера - Ламберта, определяет постепенное ослабление параллельного монохроматического (одноцветного) пучка света при распространении его в поглощающем веществе. Если мощность пучка

Оптически активные вещества - вещества, способные отклонить плоскость поляризации.

Оптическая активность связана с ассиметричностью молекул, то есть с наличием в ней атомов и групп атомов, которые могут быть различным образом расположены в пространстве.

Оптически активными веществами являются природные соединения, например атомно-кислотные сахара, гормоны, витамины.

72.Что такое удельное вращение плоскости поляризации

Удельное вращение – это константа оптически активного вещества =, удельным вращением называется угол поворота плоскости поляризации, вызванный слоем вещества толщиной 1дм при расчете на содержание 1г вещества в 1 мл объема.

[α]=(α*100%)/l*c

α- измеренный угол вращения, в градусах

l- толщина слоя жидкости,в дм

с-концентрация

73. Основные узлы поляриметров

74.Что называют люминесцентным излучением и какова его природа?

Люминесцентное излучение - неравновесное излучение, избыточное при данной температуре над тепловым излучением тела и имеющее длительность, большую периода световых колебаний.

Люминесцентное излучение возникает в результате ступенчатого перехода электрона из возбуждённого электронного состояния в основное. Из-за солнечного освещения оно не видно и регистрируется лишь приборами

75. виды люминесценции в зависимости от способа возбуждения

Существует несколько видов люминесценции, классифицируемых в зависимости от метода возбуждения молекул вещества. Фотолюминесценция - свечение вещества, вызываемое лучистой энергией, падающей на люминесцирующее тело. Хемилюминесценция - свечение, вызываемое энергией, образующейся при химической реакции. Электролюминесценция возникает под действием электрического разряда. Чаще всего наблюдается при прохождении электрического тока через разреженный газ. Рентгенолюминесценция - свечение, возникающее под действием рентгеновых лучей. Катодолюминесценция - свечение вещества, находящегося под воздействием потока электронов. Триболюминесценция - люминесценция, вызываемая трением.

76. Основные узлы приборов люминесцентного анализа. Принципиальная схема флуориметра . Для измерения интенсивности флуоресценции используют приборы, имеющие следующие основные узлы: источник возбуждения, светофильтры, ячейку с анализируемым веществом, приемник излучения и измерительное устройство. Обычно люминесценцию возбуждают облучением объекта коротковолновыми лучами видимого или УФ диапазона спектра. В качестве источников возбуждения используют лампы накаливания или газоразрядные лампы. В последнее время для этой цели применяют лазеры. Из газоразрядных ламп в люминесцентном анализе обычно используют ртутные лампы, дающие линейчатый спектр.

77. На чем основаны методы нефелометрии и турбидиметрии?

Турбидиметричекий и нефелометрический анализы основаны на явлениях поглощения и рассеяния света дисперсными системами.

Турбидиметрия. Сущность – превращение непоглощенного анализируемой дисперсной системой света в электрический ток, регистрируемый прибором, т.е. измерение величины абсорбции.

Нефелометрия. Сущность – превращение рассеянного анализируемым раствором света в электрический ток, регистрируемый прибором, т.е. измерение величин интенсивности рассеянного света.