کایرال کیست؟ کایرالیته چیست؟
پیش از پرداختن به مبحث کایرالیته، ابتدا بیایید با مفهوم کایرال آشنا شویم. یک محیط کایرال، محیطی است که نور قطبیده در آن تغییر جهت می دهد.
نور قطبیده نوری است که صرفا در یک راستای خاص تابش می کند و در سایر جهت های فضایی تابشی ندارد. نور طبیعی که در اطراف ما وجود دارد قطبیده نیست. یعنی اگر یک منبع نور را در فاصله خاصی از خودمان قرار دهیم؛ نوری که به سمت ما می آید؛ در سه راستای x و y و z به سمت ما می آید. برای درک بهتر به تصویر زیر توجه کنید.
پیش از رسیدن نور به پلاریزه کننده، پرتوی نور در همه جهت های فضایی دارای ارتعاشات الکتریکی و مغناطیسی دارد. اما پس از گذشت از پلاریزه کننده، صرفا ارتعاشات نور در راستای خاصی از فضا عبور کرده و عملا نور پلاریزه شده است.
صرف دانستن همین مقدار برای ما کافی است و لازم نیست درک فیزیکی کاملی از نور قطبیده و ناقطبیده داشته باشیم. ما صرفا به کاربرد آن می پردازیم (کار شیمی همین است).
رفتار نور قطبیده در محیط کایرال و ناکایرال
اگر نور ناقطبیده وارد یک محیط کایرال شود؛ بدون هیچ تغییری (صرف نظر از مقدار نوری که توسط ماده جذب شده است) از آن خارج می شود. اما اگر نور قطبیده وارد محیط کایرال شود، جهت قطبش آن تغییر کرده و در راستای دیگری خارج می شود.
فرض کنید من یک نور قطبیده در راستای z را وارد محیطی کایرال کنم؛ در این صورت، نوری که خارج می شود، دیگر در راستای z نخواهد بود و نسبت به آن مقداری تغییر زاویه می دهد که مقدار این تغییر زاویه، وابسته به جنس محیط کایرال است.
یک محیط کایرال می تواند چرخش را در جهت منفی و یا مثبت محوری قطبش تغییر دهد. همچنین مقدار این چرخش نیز در هر محیطی متفاوت بوده و ویژه همان محیط، و وابسته به شرایط آن محیط است.
در علم شیمی نیز برای هر ماده کایرال، یک ضریب خاص به صورت چرخش ویژه تعریف می شود که به صورت زیر تعریف می شود:
چرخش ویژه: مقدار چرخشی که به ازای غلظت معین در دمای معین و در یک طول معین از ماده کایرال مشاهده می شود.
ما می توانیم هر مقدار چرخش را با استفاده از فرمول زیر به چرخش ویژه تبدیل کنیم:
این فرمول بیان می کند که چرخش ویژه برابر است با چرخش مشاهده شده، تقسیم بر حاصل ضرب طول در غلظت.
چه مولکولی کایرال است؟
دو بیان برای تعیین کایرال بودن مولکول داریم که هر دو هم ارز هستند:
از نگاه شیمی معدنی: یک مولکول کایرال، مولکولی است که فاقد صفحه و مرکز تقارن باشد.
از نگاه شیمی آلی: یک مولکول کایرال مولکولی است که گروه های متصل به آن کاملا متفاوت باشد.
مولکول های کایرال می توانند ایزومری های ویژه ای ایجاد کنند که به طور مفصل در شیمی آلی تحت عناوین انانتیومر، دیاستریومر و… به طور خاص به آن ها پرداخته می شود. وجود همین فعالیت نوری، خود باعث ایجاد ویژگی های منحصر به فردی می شود؛ به عنوان مثال، یک ایزومر نوری از یک ماده خاص می تواند خواص دارویی داشته باشد؛ در حالی که ایزومر دیگر همان ماده، اصلا خاصیت دارویی نشان ندهد و…
