4.5: Enantiyomerlerin Özellikleri ve Optik Aktivite

Kiral ve akiral etkileşimler arasındaki farkı ve bunların optik aktivite ve uygulamalardaki etkilerini anlamak önemlidir. Tıpkı kiral olan ayaklarımızın bir çift ayakkabı gibi kiral nesnelerle benzersiz bir şekilde etkileşime girmesi gibi, ancak akiral çoraplarla aynı şekilde etkileşime girmesi gibi, bir molekülün enantiyomerleri de yalnızca diğer kiral ortamlarla etkileşime girdiklerinde farklı özellikler sergiler. Bu yönden önemli bir çıkarım örneği, enantiyomerlerin düzlem polarize ışıkla farklı şekilde etkileşime girdiği ve polarize ışığın belirli bir yönde dönmesine neden olduğu optik aktivite olarak bilinen olgudur.

Polarize ışık, tek bir düzlemde salınan elektrik alan vektörlerinden oluşur. Bunlar, içinden polarize ışığın geçtiği moleküler çözeltinin özelliği olan belirli bir miktarda döndürülür. Bir enantiyomer düzlemi saat yönünün tersine döndürecek ve sola döndürücü olarak adlandırılacak, diğer enantiyomer ise düzlemi saat yönünde döndürecek ve sağa döndürücü olarak adlandırılacak. Gözlenen dönüş, çözeltinin spesifik dönüşünün, çözünen maddenin konsantrasyonunun ve belirli bir sıcaklıkta hücre yolu uzunluğunun bir fonksiyonudur. (+)- ve (-)- enantiyomerleri, zıt işaretlere rağmen aynı büyüklükte spesifik rotasyona sahiptir. Bir çözeltiden gözlemlenen dönüş, enantiyomerik fazlalık veya 'ee' olarak tanımlanan bir enantiyomerin göreceli bolluğunun tahmin edilmesine yardımcı olur.

Sıvı bir maddenin spesifik optik dönüşü [α], polarimetri tekniği kullanılarak ölçülen dönme açısıdır:

Burada 'α' gözlemlenen dönüş, 'l' gözlemlenen katmanın mm cinsinden uzunluğu ve 'c' konsantrasyondur. Uluslararası Farmakope'de spesifik optik rotasyon şu şekilde ifade edilir:

Burada üst simge 'T' sıcaklık, alt simge 'λ' ise ışığın dalga boyudur.

Kiral bir nesne ve ayaklarımız gibi ayna görüntüsü, bir çift ayakkabı gibi diğer kiral nesnelerle farklı şekilde etkileşime girer.

Örneğin, sol ve sağ ayaklarımız sırasıyla yalnızca sol ve sağ ayakkabılara sığabilir, bunun tersi de geçerli değildir. Buna karşılık, çorap gibi aşiral bir nesne her iki ayağa da eşit derecede iyi giyilebilir.

Benzer şekilde, bir molekülün enantiyomerleri, yalnızca diğer kiral ortamlarla etkileşime girdiklerinde farklı özellikler sergilerler.

Örneğin, enantiyomerler, optik aktivite olarak bilinen bir fenomen olan düzlem polarize ışıkla farklı şekilde etkileşime girer.

Polarize ışık, polarize ışık bir enantiyomer çözeltisinden geçtiğinde belirli bir miktarda döndürülen tek bir düzlemde salınan elektrik alan vektörlerine sahiptir.

Burada, polarize ışık, kiral sol ve sağ elle dairesel ışık polarizasyonlarının bir süperpozisyonu olarak yorumlanabilir. Polarize ışık çözeltiden geçtiğinde, enantiyomer molekülleri tek bir dairesel polarizasyon ile daha fazla etkileşime girer. Bu, polarize ışığın belirli bir yönde dönmesine neden olur.

Örneğin, (R)-2-bütanol, düzlemi saat yönünün tersine döndürür ve laevorotary olarak adlandırılır. Diğer enantiyomer, (S)-2-bütanol, düzlemi saat yönünde döndürür ve dekstrorotatör olarak adlandırılır.

Belirli bir sıcaklıkta, bir enantiyomer çözeltisinin gözlenen rotasyon derecesi, enantiyomerin spesifik rotasyonuna, enantiyomerin konsantrasyonuna ve hücrenin yol uzunluğuna bağlıdır.

(R)-2-bütanol ve (S)-2-bütanol gibi enantiyomerler, aynı büyüklükte spesifik rotasyona sahiptir, ancak zıt işaretlere sahiptir. Bu nedenle, enantiyomerlerin eşmolar bir karışımı, polarize ışığın net dönüşünü göstermez. Böyle bir karışım, rasemik bir karışım olarak adlandırılır.

Bir numuneden gözlemlenen rotasyon, enantiyomerik fazlalık veya ee olarak tanımlanan, bir enantiyomerin diğerine göre nispi bolluğunu hesaplamak için kullanılabilir. Bir enantiyomerin saf bir çözeltisi %100'lük bir ee'ye sahipken, rasemik karışımların ee'si %0'dır.