Признаки оптической активности органических соединений:

– наличие асимметрического атома углерода и отсутствие в молекуле симметрии.

Асимметрический атом углерода — атом, связанный с четырьмя различными атомами или группами.

Оптически активные соединения образуют два пространственных изомера, являющихся зеркальными отражениями друг друга (энантиомеры).

Энантиомеры обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами, но вращают плоскость поляризации плоскополяризованного света в противоположные стороны, они в пространстве несовместимы друг с другом. Наглядным примером несовместимости предмета и его зеркального изображения служит невозможность надеть на левую руку правую перчатку, соответствующую пространственному расположению правой руки.

Смесь, состоящая из равных мольных количеств энантиомеров, называется рацемической смесью или рацематом. Рацемат оптически не активен.

Ч тобы правильно изобразить конфигурацию энантиомеров, углеродную цепь молекулы изображают вертикально, старший заместитель при этом располагается вверху; заместители у асимметрического атома углерода располагают слева и справа от углеродной оси:

Если функциональная группа (в молочной кислоте – гидроксильная) располагается слева от углеродной оси, изомер относят к L-ряду, если справа – к D-ряду Асимметрический атом углерода часто не обозначают химическим символом, он подразумевается в пересечении линий, показывающих соответствующие связи.

Несмотря на одинаковые физические и химические свойства, биологическая активность энантиомеров может быть совершенно различной.

Часто только один из энантиомеров обладает требуемым терапевтическим эффектом, второй в лучшем случае бесполезен, а в худшем вызывает нежелательные побочные эффекты или токсичен. «Правильное» лекарство подходит к своему рецептору, как ключ к замку, и запускает желаемую биохимическую реакцию. В 60-е годы одним из предшественников адреналина в организме – диоксифенилаланином (L-ДОФА) пытались лечить паркинсонизм. При этом выяснилось, что это вещество эффективно только в виде L-изомера. В то же время D-ДОФА вызывает серьезные побочные эффекты, в том числе заболевание крови.

Пеницилламин (3,3-диметилцистеин) применяют при острых и хронических отравлениях тяжелыми металлами, так как оно дает прочные комплексы с ионами этих металлов, и эти комплексы удаляются почками. Применяют пеницилламин также при различных формах ревматоидного артрита, при системной склеродермии, в ряде других случаев. При этом применяют только L-форму препарата, так как D-изомер токсичен и может привести к слепоте.

О дин из энантиомеров адреналина в десятки раз более активен, чем другой, т.к. более полно соответствует активному центру белка, с которым связывается (рис. 6).

Рисунок 6. Пространственное соответствие молекулы адреналина и активного центра белка

Конформации органических молекул

Поворот вокруг -связи С–С совершается сравнительно легко, углеводородная цепь может принимать разные формы. Конформационные формы легко переходят друг в друга и поэтому не являются различными соединениями – это разные неустойчивые динамические формы одной и той же молекулы. Разность энергий между конформерами имеет тот же порядок, что и энергия теплового движения (несколько кДж/моль). Поэтому при обычных температурах нель­зя выделить отдельные конформеры. Заслоненная и заторможенная конфигурации (выгоднее заторможенная, дальше расстояние между атомами водорода). Молекулы алканов представляют собой смеси конформеров.

Энергетически эти формы очень мало отличаются друг от друга и в результате теплового движения испытывают непре­рывные конформационные превращения.

а) б) в)

Рис. 7. а) конформеры пентана б) проекционные формулы Ньюмена

Если же молекулы достаточно длинны, то они скручиваются (спутываются в клубки).

Проекционные формулы Ньюмена. Для изображения конформаций используют проекционные формулы Ньюмена, получающиеся при проецировании на плоскость молекулы С–С- связи. В качестве примера показаны конформации пентана относительно связи С₂–С₃. Ближайший к наблюдателю атом углерода (С₂) обозначают точкой в центре круга; круг при этом символизирует удаленный атом углерода (С₃). Три связи от атома изображают в виде линий, расходящихся из центра круга — для ближнего атома (С₂) или «высовывающихся» из-за круга — для удаленного атома (С₃).Если атомы и группы, связанные с рассматриваемыми атомами углерода как бы заслоняют друг друга, конформация так и называется заслонённой (рис. 7б), при повороте одного из атомов относительно другого на 60 получаем энергетически более выгодную заторможенную конформацию (рис. 7в).