Was ist optische Aktivität?
Moleküle einer einzigen Substanz haben oft die gleichen Eigenschaften, können aber unterschiedlich orientiert sein, als ob sie links- oder rechtshändig wären. Licht, das entlang einer einzigen Richtung polarisiert ist, kann durch eine Struktur wie einen Kristall hindurchtreten und in die eine oder andere Richtung gedreht werden. Wenn sie dazu neigen, Licht auf diese Weise zu streuen, dieselben Eigenschaften zu haben und Spiegelbilder voneinander zu sein scheinen, werden diese Moleküle oft als chirale Enantiomere bezeichnet. Optische Aktivität bezieht sich darauf, wie eine chirale Substanz die Polarisation des Lichts drehen und dimmen kann. Ein Polarimeter ist ein Instrument, das häufig zur Messung dieser Aktivität verwendet wird. Dabei wird eine Materialprobe verwendet, um die optische Aktivität aus erster Hand zu testen.
Die molekulare Struktur einer Substanz bestimmt typischerweise die Beziehung zwischen Chiralität und optischer Aktivität. Je nach Material kann die Ebene des polarisierten Lichts im oder gegen den Uhrzeigersinn gerichtet werden. Zwei identische Moleküle, die das Licht in entgegengesetzte Richtungen beeinflussen, werden als Enantiomere bezeichnet. Eine gleiche Menge von jedem hebt normalerweise den Effekt auf. Wenn jedoch eine chirale Substanz die andere dominiert, werden durch ihre Eigenschaften Lichtwellen in die jeweilige Richtung gedreht.
Ein Polarimeter wird oft verwendet, um die optische Aktivität zu messen. Der Frontfilter polarisiert das einfallende Licht, das durch eine mit der zu messenden Probe gefüllte Röhre tritt. In der Regel befindet sich am Ende des Röhrchens ein Analysator, an dem der Effekt vom menschlichen Auge beobachtet werden kann. Wenn das ebene polarisierte Licht gedreht wird, ist es im Allgemeinen schwächer, während dem Effekt durch Drehen der Analyselinse entgegengewirkt werden kann. Der Grad der optischen Aktivität kann unter Verwendung einer Formel bestimmt werden, um wie viel Grad diese Linse gedreht wird.
Die optische Aktivität wird häufig in der organischen Chemie gemessen, typischerweise in Kohlenstoffatomen. Es kann auch in optisch aktiven Verbindungen wie Zucker und sogar Glycin, einer Aminosäure, gesehen werden. In jeder dieser Substanzen gibt es zwei nahezu identische Formen eines Moleküls. Zu wissen, welches davon Experimente erfordert, ist jedoch bei Arzneimitteln häufig wichtig. Einige Medikamente gegen Depressionen und Arthritis hatten in ihrer chiralen Form nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit, so dass eine Form des Moleküls herausgefiltert werden muss.
Die Mitte des 19. Jahrhunderts entdeckte optische Aktivität wurde erstmals zur Identifizierung von Weinsäurekristallen in französischen Weinen eingesetzt. Es wird in der Neuzeit sowohl in Bezug auf die Quantenmechanik als auch auf elektrische und magnetische Felder untersucht. Optische Aktivität tritt sowohl in organischen als auch in anorganischen Molekülen auf.