الفعالية الضوئية: نظرة أكثر قرباً Optical activity: a closer look

كنا رأينا أن الفعالية الضوئية، مثل التخايلية، تنتج فقط من الكيرالية وهي عدم تطابق جزيئات معينة مع خيالاتها في المرآة. وأينما نلاحظ فعالية ضوئية (جزيئية)، فإننا نتعامل مع جزيئات كيرالية.

هل العكس صحيح؟ أي هل يجب أن نلاحظ دائماً الفعالية الضوئية، عندما نتعامل مع جزيئات كيرالية (أي مع مركبات موجودة على شكل متخايلات؟ الجواب لا. فقد رأينا قبل قليل أن مزيجاً 50:50 من كل من المتخايلين يكون غير فعال ضوئياً. من الواضح أنه إذا لاحظنا وجود فعالية ضوئية فهذا يعني أننا نتعامل مع مادة حاوية زيادة من أحد المتخايلين، حيث تؤدي زيادة كافية الى تدوير ضوئي إجمالي يمكن الكشف عنه بجهاز استقطاب خاص متوافر لدينا.

أضف الى ذلك، أن هذه الزيادة يجب أن تستمر وقتاً كافياً يسمح بقياس الفعالية الضوئية.

إذا تحولت المتخايلات فيما بينها بسرعة، فإنها تتحول، قبل أن نقيس الفعالية الضوئية الناتجة عن أحد المتخايلين، إلى مزيج متساوٍ يجب أن تكون نسبة المتخايلين فيه 50:50، وغير فعال ضوئياً، لأن المتخايلين يمتازان بالاستقرارية نفسها.

وحتى إذا تحققت جميع هذه الشروط فإن مقدار التدوير الضوئي، وبالتالي قابلية الكشف عنه، يتوقف على بنية الجزيء المعني. ففي المركب I، مثلاً، تختلف الزمر الأربع المرتبطة بالمركز الكيرالي عن بعضها بطول السلسلة فقط.

دلت الحسابات على هذا المركب يملك تدويراً نوعياً ضئيلاً قيمته (-0.00001˚ تقريباً) وهي قيمة أدنى بكثير من حدود إمكانات أي مقياس استقطاب موجود. حضرت عام 1965 عينات نقية من كل من متخايلي المركب I، وقد وجد أن كليهما غير فعال ضوئياً.

لا توقعنا مسألة التحول السريع في مستوى دراستنا الحالية في إرباك خاص. فجميع الجزيئات الكيرالية التي نصادفها في هذا الكتاب يمكن أ، تصنف في أحد صنفين حديين يمكن بسهولة التمييز بينهما: (آ) جزيئات مثل التي وضعت في هذا الكتاب والتي تعزى كيراليتها الى وجود مراكز كيرالية، وفي هذه الحالة يكون التحول البيني للمتخايلات (متخايلات تشكيلية) لا تشغل أنفسنا أبداً بالتحول البيني (ب) جزيئات صيغتها التخايلية قابلة للتحول فيما بينها (أي المتخايلات التهايؤية) ويكون ذلك ببساطة بتدوير حول روابط أحادية. ويكون التحول البيني لمركبات سنصادفها سريعاً بحيث أننا لن نحتاج أن نشغل أنفسنا أبداً بوجود المتخايلات.