Il fenomeno dell’attività ottica dei composti
chirali
Per i composti inorganici è spesso sufficiente usare la formula bruta per
indicare senza equivoci di quale composto si parla.
Per i composti organici è indispensabile far ricorso alla formula di struttura,
meglio ancora se in forma tridimensionale:
Formula di struttura
del metano
Formula tridimensionale
del metano
Infatti con la sola formula bruta non è possibile distinguere tra composti
costituiti dagli stessi elementi e che hanno lo stesso numero di atomi per
ogni elemento, ma disposti nello spazio in modo diverso (isomeria).
Il numero dei possibili isomeri aumenta notevolmente all’aumentare del
numero di atomi di carbonio presenti nella molecola.
Due molecole presentano stereoisomeria quando, essendo identiche per
ogni altro particolare strutturale, si differenziano per l’orientamento nello
spazio dei rispettivi atomi o gruppi atomici costituenti.
Sono diastereoisomeri due stereoisomeri che non sono enantiomeri,
hanno cioè un altro tipo di stereoisomeri ma non sono uno l’immagine
dell’altro. Gli isomeri cis-trans sono diastereoisomeri:
cis-dibromoetilene e trans-dibromoetilene
Un altro tipo di stereoisomeria è l’isomeria ottica. Si presenta quando
l’atomo di carbonio ha quattro sostituenti diversi, quindi non è
sovrapponibile alla propria immagine speculare, né per spostamento, né
per rotazione. Si dice allora che la molecola è chirale (dal greco χειρ,
“mano”) e l’atomo di carbonio è asimmetrico (nelle formule viene spesso
segnato con un asterisco).
Per la possibilità di esistenza di chiralità di una determinata molecola è
indispensabile che questa non presenti una piano di simmetria: solo le
molecole asimmetriche partecipano al fenomeno.
I due isomeri ottici sono detti enantiomeri o antipodi ottici. Sono
molecole chirali. Gli enantiomeri fanno ruotare il piano di vibrazione della
luce polarizzata in direzioni opposte, per il resto le loro proprietà chimiche
e fisiche coincidono. Si dice che sono otticamente attivi. La miscela
equimolecolare delle due forme si chiama racemato ed è otticamente
inattiva.
L’attività ottica di una molecola significa che il piano della luce ruota di
un angolo caratteristico per la molecola. Se si guarda nella direzione della
sorgente di luce, verrà definita destrogira [e si indica con (+)] una
rotazione del piano di polarizzazione in senso orario. La rotazione
contraria si chiama levogira e si indica con (-). I due angoli di rotazione
hanno identica grandezza, solo il senso di rotazione è diverso. Le miscele
racemiche vengono indicate con (±).
Questa proprietà è importantissima in campo biologico, perché
estremamente frequente nelle biomolecole. Gli enzimi sono attivi
specificatamente su uno dei due enantiomeri e non reagiscono con l’altro.
L’impiego di enzimi costituisce uno dei metodi di separazione degli
enantiomeri. Inoltre, le biosintesi producono quasi sempre solo una delle
due forme otticamente attive, mentre le preparazioni in laboratorio
generano una miscela racemica, in quanto le probabilità che si formi (per
sintesi) uno o l’altro degli enantiomeri sono identiche.
Per rappresentare graficamente molecole complesse con più di un atomo di
carbonio asimmetrico (soprattutto i carboidrati) si usa il sistema proposto
da Fischer nel 1891.
Nelle proiezioni di Fischer:
 la catena più lunga viene disposta verticalmente, con gli atomi di
carbonio asimmetrici che giacciono nel piano del foglio;
 l’atomo di C con il maggior grado di ossidazione viene scritto in alto;
 e linee orizzontali raffigurano legami diretti all’insù rispetto allo
stesso piano, quelle verticali sono riferite a legami che si dirigono al
di sotto del piano di scrittura;
 la raffigurazione può essere ruotata di 180° nel piano del foglio ma
non di 90°.