2.2. Плоскополяризованный свет. Оптическая активность

Свет представляет собой волну, электромагнитные колебания которой происходят в различных плоскостях. Плоскополяризованный свет - это свет, колебания которого совершаются только в одной плоскости. Обычный свет превращают в плоскополяризованный, пропуская его через поляризатор - призму Николя (рисунок 2.4).

Рис. 2.4. Поляризация света призмой Николя

А - входящий луч, Б - выходящий плоскополяризованный луч

Плоскость листа бумаги является плоскостью поляризации луча Б.

Вещество, которое вращает плоскость поляризованного света, является оптически активным или оптически деятельным.

Оптическую активность вещества можно обнаружить и измерить с помощью поляриметра (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема поляриметра:

1 – монохроматический источник света; 2 – поляризатор; 3 – кювета с веществом; 4 – анализатор

Если кювета пуста и две призмы Николя - поляризатор и анализатор - активированы относительно друг друга под прямым углом, плоскополяризованный свет из поляризатора не будет проходить через анализатор. Наблюдатель увидит тёмное поле. Когда в кювету помещён раствор оптически активного соединения, тогда плоскость поляризованного луча, пройдя через кювету, повернётся на некоторый угол , характерный для данного вещества.

Тёмное поле в анализаторе наблюдаться не будет. Чтобы наблюдать тёмное поле, анализатор следует повернуть на тот же угол . Если для этого требуется повернуть анализатор по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим и обозначают (+). При вращении анализатора против часовой стрелки вещество называют левовращающим и обозначают знаком ().

Два энантиомера вращают плоскость поляризованного света на одинаковый угол, но в противоположных направлениях.

Для характеристики оптически активных соединений используют удельное вращение.

2.3. Строение молекул и оптическая активность

Проходя через отдельную молекулу, луч поляризованного света взаимодействует с заряженными частями молекулы. Плоскость его при этом поворачивается. В огромном числе беспорядочно ориентированных молекул вещества, не обладающего хиральностью, для каждой молекулы, взаимодействующей с лучом, найдется такая же молекула, которая будет ориентирована, как зеркальное изображение первой. Она, взаимодействуя с лучом, поворачивает плоскость поляризованного света на такой же по величине угол с противоположным знаком, т.е. компенсирует эффект первой. В результате вращения плоскости поляризованного света не наблюдается, вещество оптически неактивно. Таким образом, отдельная молекула взаимодействует с лучом света, но соединение в целом оказывается оптически недеятельным.

Если вещество обладает хиральностью и состоит из единого энантиомера, то ни одна молекула не может быть зеркальным изображением другой. Зеркальное изображение - это другое вещество, его энантиомер. Вращение поляризованного света отдельными молекулами не компенсируется друг другом, и в результате наблюдается оптическая активность.