Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
РИС. 16-4.
Н С1
Примеры нескольких оптически активных структур. Асимметрический атом углерода обозначен звездочкой.
н—с—с*—он
н н
1-хлор-1-оксиэтан
II /
Н—с—с*—с
I I \
аланин
физическая основа оптической активности, так как это трудно сделать без привлечения электродинамики и квантовой механики. Соответствующие объяснения можно найти в литературе, приведенной в конце этой главы.
Рассмотрим взаимодействие оптически активного вещества с поляризованным светом. Как указывалось ранее, плоскополяри-зованную волну можно представить как сумму волн с L- и R-кру-говой поляризацией. Таким образом, это взаимодействие проще представить в терминах компонентов как взаимодействие веществ с L- и R-компонентами света. Если вещество одинаково замедляет L- и R-волны (т. е. если показатели преломления пь и nR одинаковы для поляризованных по кругу L- и R-волн света), то после прохождения вещества L- и R-волны снова соединятся, давая плоскополяризованный свет, причем плоскость поляризации прошедшего луча будет такой же, как плоскость падающего. Однако, если и пr не равны, каждый из прошедших компонентов света, L и R, замедляется по-разному, так что при выходе из вещества две синусоидальные волны отличаются по фазе (рис. 16-5). С этого времени в любой точке пространства при сложении векторов Е волн L и R образуется волна, плоскость поляризации которой направлена под углом относительно плоскости поляризации падающей волны; следовательно, плоскость поляризации результирующей волны будет вращаться. Для любого вещества, которое взаимодействует со светом таким путем, величина вращения образца данного объема зависит от числа хромофоров, с которыми взаимодействует волна, т. е. от концентрации молекул, умноженной на длину оптического пути d, а также от длины волны света Ху потому что п всегда зависит от X.
Наблюдаемый угол вращения ах , выраженный в градусах, количественно может быть описан следующим уравнением:
а.
'к
(1)
падающий
свет
прошедший
свет
EL и Er Запаздывают одинаково
KL запарывает Ьолыие , чем ER
а 6 в г
п - 1,00
В
РИС. 16-5.
Вращение плоскости поляризации света.
А — поляризованные по кругу вправо и влево лучи света запаздывают одинаково, так что результирующий вектор Е остается в той же плоскости; Б — левый поляризованный по кругу луч света запаздывает больше, чем правый, так что ориентация результирующего вектора Е меняется (так как величина запаздывания пропорциональна расстоянию, которое проходит свет, с увеличением длины оптического пути вектор Е будет поворачиваться по часовой стрелке па ббльший угол); В — физический смысл запаздывания волны света при его распространении на равные расстояния а—г в среде, имеющей различные показатели преломления для L- и Ri-лучей. Вследствие более низкой скорости света в преломляющей среде и инвариантности частоты на данном отрезке пути в преломляющей среде будет больше колебаний, чем в воздухе (л=1,00). Отметим, что до положения б все три луча находятся в одинаковой фазе. В этом примере, если п = 2,00, луч выходит в положение в в фазе с незапаздывающим лучом. Если /г=1,83, он меняет фазу. [Из Slayter В., Optical Methods in Biology, Wiley-Interscience, 1977.]
В большинстве работ используются термины „удельное вращение" [а]*, и „молярное вращение" [М]л. Эти величины определяются как
М.--ЗГ <2>
где ах —наблюдаемое вращение в градусах, d — длина пути света в дециметрах и с — концентрация в граммах на миллилитр и
«х М
[М]*. = ——. (3)
КШс v
где М — молекулярная масса в грамм-молях. Если изучаемое вещество — полимер, как это часто имеет место в биохимии, принято использовать молярное вращение на остаток [ш]х ,
а, Мл
[т]\ =----- ’ (4)
1 КШс 4 ;
где Мо — средняя молекулярная масса, приходящаяся на остаток (т. е. молекулярная масса полимера, разделенная на число мономеров).
Кривая, показывающая зависимость оптического вращения, выраженного в виде а, [а], [Л4] или [т], от длины волны, называется спектром дисперсии оптического вращения.
До сих пор рассматривалось только запаздывание R- и L-волн; интересно также выяснить, что происходит с интенсивностью каждой из этих волн, когда они проходят через вещество. Если вещество оптически неактивно, поглощение обеих волн одинаково. Если, с другой стороны, вещество оптически активно, то тогда в интервале длин волн, при которых наблюдается поглощение (полоса поглощения), при каждой длине волны будет по-разному поглощаться свет с L- и R-круговой поляризацией. Разность обычно выражается в терминах молярных коэффициентов погашения L- и R-компонентов света, еь и ей, т. е,
