Занимательная химия для детей и взрослых

В ходе исследования Пастер получил кислую натриевую соль оптически неактивной виноградной кислоты – НООС–СН(ОН)– –СН(ОН)–СООNа, насытил раствор аммиаком и медленным выпариванием воды получил красивые призматические кристаллы натриево-аммониевой соли – NН₄ООС–СН(ОН)–СН(ОН)–СООNа. Кристаллы эти оказались асимметричными, одни из них были как бы зеркальным отражением других: у половины кристаллов одна характерная грань находилась справа, а у других – слева. Вооружившись увеличительным стеклом и пинцетом, Пастер разделил кристаллы на две кучки. Их растворы, как и следовало ожидать, обладали противоположным оптическим вращением. Пастер на этом не остановился. Из каждого раствора он выделил исходную кислоту, которая, как мы помним, была неактивной. Каково же было его удивление, когда оказалось, что один раствор – это известная правовращающая винная кислота, а другой – такая же кислота, но вращающая влево! То есть из оптически неактивной виноградной кислоты Пастер получил две оптически активные кислоты, причем все три кислоты имели одинаковый состав.

Воспоминания очевидцев свидетельствуют о невероятном нервном возбуждении молодого ученого, охватившем его в эту минуту; поняв, что′ он только что наблюдал, Пастер выбежал из лаборатории и, встретив лаборанта физического кабинета, бросился к нему и, обняв, воскликнул: «Я только что сделал великое открытие!». А заключалось оно в том, что давно известная неактивная виноградная кислота – это просто смесь равных количеств также известной «правой» винной кислоты и ранее не известной «левой». Именно поэтому смесь не обладает оптической активностью. Для такой смеси двух изомерных соединений, вращающих плоскость поляризации света в разные стороны, стали применять название «рацемат» (от лат. racemus – «виноград»; acidum racemicum – «виноградная кислота»), а два антипода получили название энантиомеров (от греч. enantios – «противоположный»). Пастер ввел для них обозначения L– и D-изомеров (от лат. laevus – «левый» и dexter – «правый»). В 1956 г. были введены обозначения S (от лат. sinister – «левый») и R (от лат. rectus – «правый»). Однако по традиции широко используются и старые обозначения (например, для сахаров и аминокислот). Следует отметить, что эти буквы указывают лишь на строение молекулы (правое или левое расположение определенных химических групп) и не обязательно совпадают с направлением оптического вращения; последнее обозначают знаками плюс и минус, например, D(–)-фруктоза, D(+)-глюкоза.

Помимо «пинцетного» Пастер открыл еще два метода разделения рацемата на два антипода. Биохимический метод основан на избирательной способности некоторых микроорганизмов усваивать только один из изомеров. Например, грибковая плесень Penicillum glaucum, растущая на разбавленных растворах виноградной кислоты или ее солей, «поедает» только правый изомер, оставляя левый без изменения.

Третий способ разделения рацематов был чисто химический. Но для него требовалось заранее иметь оптически активное вещество, которое при взаимодействии с рацемической смесью «выбирало» бы из нее только один энантиомер. Например, оптически активное основание при взаимодействии с виноградной кислотой давало оптически активную соль, из которой можно было выделить один из энантиомеров винной кислоты.

Работа Пастера, доказывающая возможность «расщепления» оптически неактивного соединения на антиподы – энантиомеры, первоначально вызвала у многих химиков недоверие. Даже сам Био не поверил своему ассистенту, пока собственноручно не повторил его опыт не убедился в правоте Пастера. Эта и последующие работы Пастера приковали к себе пристальное внимание химиков. Вскоре Жозеф Ле Бель с помощью третьего пастеровского метода расщепил несколько спиртов на оптически активные антиподы. Иоганн Вислиценус установил, что существует две молочные кислоты: оптически неактивная, образующаяся в скисшем молоке (ее назвали молочной кислотой брожения), и правовращающая, которая появляется в работающей мышце (она получила название мясомолочной кислоты).