Sebbene la rappresentazione abituale con l'uso di linee per i semplici cicloalcani diano poligoni geometrici, la reale forma di questi composti è molto diversa nella maggioranza dei casi.
Il ciclopropano è necessariamente planare (piatto), con gli atomi di carbonio posti agli angoli di un triangolo equilatero. Gli angoli di legame di 60º sono molto più piccoli degli angoli ottimali a 109,5º di un normale atomo di carbonio tetraedrico, ed la risultante tensione angolare influenza drammaticamente il comportamento chimico di questo cicloalcano. Il ciclopropano soffre anche della tensione di eclissamento, dal momento che tutti i legami carbonio-carbonio sono completamente eclissati. Il ciclobutano riduce una certa parte della tensione di eclissamento sui legami mediante ripiegamento (l'angolo diedro formato con il piano è di circa 25º), ma l'eclissamento totale e la tensione angolare resta alta. Il ciclopentano ha una tensione angolare molto ridotta (gli angoli di un pentagono sono di 108º), ma la sua tensione di eclissamento sarebbe elevata (circa 10 kcal/mole) se esso rimanesse planare. Di conseguenza, l'anello a cinque membri adotta una conformazione non planare ripiegata ogni volta che sia possibile. Anelli più grandi di quello del ciclopentano avrebbero tensioni angolari se fossero planari. Tuttavia, questa questa tensione, insieme con la tensione di eclissamento intrinseca in un struttura planare, può essere mitigata dal ripiegamento dell'anello. Il cicloesano è un buon esempio di un sistema ciclico del carbonio che elimina virtualmente tensione angolare e di eclissamento dall'adozione di conformazioni non planari, tali come quelle mostrati sotto. Il cicloeptano ed il cicloottano hanno tensioni più elevate del cicloesano, in larga parte dovute ad affollamento transanulare (impedimento sterico dovuto a gruppi posti sui lati opposti dell'anello).
Una struttura planare del cicloesano è chiaramente improbabile. Gli angoli di legame sarebbero necessariamente di 120º, cioè di 10,5º più grandi dell'angolo tetraedrico ideale. Ancora, ogni legame carbonio-carbonio in una tale struttura sarebbe eclissato. L'angolo risultante e le tensioni di eclissamento destabilizzerebbero severamente questa struttura. Se due atomi di carbonio sui lati opposti dell'anello a sei membri si sollevano rispetto al piano dell'anello, molta della tensione angolare può essere eliminata. Questa struttura a barca possiede ancora due legami eclissati (di colore magenta nel disegno) ed un intenso affollamento sterico dei due atomi d'idrogeno sulla "prua" e sulla "poppa" della barca. L'affollamento sterico è spesso chiamato impedimento sterico. Mediante torsione della conformazione a barca, l'impedimento sterico può essere parzialmente ridotto, ma questa conformazione a barca ritorta conserva ancora una certa parte delle tensioni caratteristiche della conformazione a barca. Infine, sollevando un atomo di carbonio al di sopra del piano dell'anello e l'altro abbassandolo sotto il piano, si ottiene una conformazione a sedia relativamente libera da tensioni. Questa è la struttura predominante adottata dalla molecola del cicloesano. Un diagramma di energia di interconversione tra queste conformazioni è riportato sotto. L'energia di attivazione per la conversione barca-barca è dovuta principalmente alla più alta energia della forma a sedia ritorta (TC, Twist-Chair), in cui sono presenti tensioni angolari e di eclissamento significative. Un agevole equilibrio tra barca ritorta (TB, Twist Boat) e barca (B, Boat) ha luogo così come un conformero a sedia (C, Chair) si trasforma nell'altro.
Queste conformazioni possono essere esaminate come modelli Chime .
Gli studi riguardanti le conformazioni dell'esano furono iniziati da H. Sachse (1890) e E. Mohr (1918), ma essi non furono, fino al 1950, che un completo trattamento delle conseguenze del ripiegamento di interconversione tra i conformeri a sedia e le differenti orientazioni dei legami sospesi furono delucidate da D. H. R. Barton (Premio Nobel 1969 insieme a O. Hassel). La seguente discussione presenta alcune delle caratteristiche essenziali dell'analisi conformazionale.
Dopo un accurato esame di una conformazione a sedia del cicloesano, troviamo che i dodici atomi di idrogeno non sono strutturalmente equivalenti. Sei atomi sono localizzati intorno alla periferia dell'anello di carbonio, e sono chiamati equatoriali. Gli altri sei sono orientati sopra e sotto l'approssimativo piano dell'anello (tre per ognuna delle posizioni), e sono chiamati assiali poiché essi sono allineati parallelamente all'asse di simmetria dell'anello. Nel modello ad aste mostrato in basso a sinistra, gli idrogeni equatoriali sono colorati in blu, e quelli assiali in rosso. Poiché vi sono due conformazioni a sedia equivalenti del cicloesano in rapido equilibrio, tutti i dodici atomi d'idrogeno hanno un carattere del 50% equatoriale e del 50% assiale.
Poiché i legami assiali sono paralleli tra di loro, i sostituenti più grandi dell'idrogeno generalmente soffrono di un affollamento sterico più elevato quando essi sono orientati in modo assiale piuttosto che equatoriale. Di conseguenza, i cicloesani adotteranno preferenzialmente conformazioni in cui i sostituenti più grandi assumono orientazione equatoriale. Nei due conformeri del metilcicloesano mostrati sopra, il carbonio del metile è colorato in blu. Quando il gruppo metile occupa una posizione assiale esso soffre di affollamento sterico dovuto ai due atomi d'idrogeno assiali localizzati sullo stesso lato dell'anello. Questo affollamento o impedimento sterico è associato con gli atomi d'idrogeno della struttura colorati in rosso. Un attento esame del conformero assiale mostra che questo impedimento sterico a due orientazioni gauche-simili del gruppo metile con gli atomi di carbonio 3 e 5 dell'anello. L'uso di modelli, incluso Chime, risulta particolarmente utile nella individuazione e nella valutazione di queste associazioni.
Queste conformazioni possono essere esaminate come modelli Chime
Per osservare un'animazione dell'interconversione tra i conformeri a sedia del cicloesano
Il relativo impedimento sterico provato da differenti gruppi sostituenti orientati in una posizione assiale rispetto ad una equatoriale può essere determinata dall'equilibrio conformazionale del composto. La corrispondente costante di equilibrio è in relazione con la differenza di energia tra i conformeri, e la raccolta di tali dati ci permette di valutare la relativa tendenza dei sostituenti ad esistere in una posizione equatoriale o assiale. Una tavola di questi valori di energia libera (talvolta chiamati vlori A) può essere studiata . E' chiaro che la "dimensione" apparente di un sostituente è influenzata dall'ampiezza e dalla lunghezza del suo legame con il cicloesano, come si evidenzia dal fatto che un gruppo vinilico assiale è meno impedito dell'etile e lo iodio leggermente meno del cloro.
Dal momento che il cicloesano è così comune tra i composti naturali e sintetici, e poichè le sue proprietà conformazionali sono conosciute abbastanza bene, in questa discussione focalizzeremo la nostra attenzione sull'anello a sei membri del cicloesano. In un campione di cicloesano, i due identici conformeri a sedia sono presenti in eguale concentrazione e gli atomi d'idrogeno sono tutti equivalenti (50% equatoriali e 50% assiali), fatto dovuto alla rapida interconversione dei conformeri. Quando l'anello del cicloesano reca con sé un sostituente, i due conformeri a sedia non sono gli stessi. In un conformero il sostituente è assiale, nell'altro è equatoriale. A causa dell'impedimento sterico nella posizione assiale, i gruppi sostituenti preferiscono assumere posizioni equatoriali diventando predominati nell'equilibrio. Abbiamo prima notato che i cicloalcani aventi due o più sostituenti su atomi di carbonio differenti dell'anello, essi esistono come coppie (qualche volta più di due) di stereoisomeri configurazionali. Dobbiamo ora esaminare il modo con cui conformazioni favorite dell'anello influenzano le proprietà degli isomeri configurazionali. Ricordare che gli stereoisomeri configurazionali sono stabili e non facilmente interconvertibili, mentre gli isomeri conformazionali normalmente s'interconvertono rapidamente. Nello studiare possibili strutture dei cicloesani sostituiti, risulta utile seguire due principi.
(i) Le conformazioni a sedia sono generalmente più stabili delle altre possibili. (ii) I sostituenti sui conformeri a sedia preferiscono occupare posizioni equatoriali in quanto le posizioni assiali aumentano l'impedimento sterico.
Le seguenti equazioni e formule illustrano come la presenza di due o più sostituenti su di un anello di cicloesano perturba l'interconversione dei due conformeri a sedia in modalità che possono essere del tutto previste.
Nel caso dei cicloesani 1,1-disostituiti, uno dei sostituenti deve essere necessariamente assiale e l'altro equatoriale, senza tener conto di quale conformero a sedia si stia considerando. Dal momento che i sostituenti nel 1,1-dimetilcicloesano sono gli stessi, i due conformeri sono identici e presenti in egual concentrazione, Nell' 1-t-butil-1-metilcicloesano il gruppo t-butile è molto più grande del metile, e quel conformero a sedia in cui il gruppo più grande è equatoriale sarà favorito nell'equilibrio (> 99%). Conseguentemente, il gruppo metile in questo composto è quasi esclusivamente assiale nella sua orientazione. Nei casi dei composti disostituiti 1,2-, 1,3- e 1,4-, l'analisi è un po' più complessa. E' sempre possibile avere entrambi i gruppi equatoriali, ma se ciò richiede una relazione cis o trans, allora dipende dalla posizione relativa dei sostituenti. Se noi contiamo attorno all'anello dal carbonio1 al carbonio 6, il legame con numero più elevato su ogni carbonio cambia la sua orientazione da equatoriale (o assiale) ad assiale (o equatoriale) e viceversa. E' importante ricordare i legami in una data posizione di un conformero anulare a sedia si alternano sempre in questa maniera. Quindi, dovrebbe essere chiaro per per i composti cis-1,2 disostituiti, uno dei sostituenti deve essere equatoriale e l'altro assiale; nell'isomero trans entrambi possono essere equatoriali. A causa della natura alternante dei legami equatoriali ed assiali, la relazione opposta è vera per i composti 1,3-disostituiti (cis è completamente equatoriale e trans è sia equatoriale che assiale). Infine, i composti 1,4-disostituiti si comportano come i composti 1,2-disostituiti.
Le conformazioni di alcuni cicloalcani sostituiti possono essere esaminati come modelli Chime .
Per ottenere informazioni supplementari sulle conformazioni degli anelli a sei membri cliccare qui.
These four problems concern the recognition of different conformations of a given constitutional structure. Axial and equatorial relationships of cyclohexane substituents are also examined.
Mentre i chimici studiavano i composti isolati dalle piante e dagli animali, fu scoperto un nuovo ed elusivo tipo di stereoisomerismo configurazionale. Per esempio, l'acido lattico (l'acido carbossilico C3H6O3) fu trovato nel latte acido così come nel sangue e nei fluidi dei muscoli degli animali. Le propietà fisiche di questo semplice composto erano identiche, indipendentemente dall'origine (p.f. 53 ºC e pKa 3,80), ma fu evidente che il comportamento fisiologico del composto non era lo stesso nelle due fonti. Un altro prodotto naturale, il fragrante carvone, un chetone C10H14O, fu isolato dalla menta verde e dal cumino. Di nuovo, tutte le proprietà fisiche del carvone da queste due fonti sembravano essere identiche (p.eb. 230 ºC), ma l'odore dei due carvoni era diverso e rifletteva la loro origine. S'incontrarono altri esempi di questo genere, ed i sospetti di un oscuro tipo di stereoisomerismo furono confermati dalla differente interazione che questi composti mostravano con il piano della luce polarizzata. Oggi sappiamo che questo stereoisomerismo configurazionale è dovuto a forme destrorse e sinistrorse che certe strutture possono adottare, in gran parte allo stesso modo con cui una vite può avere una filettatura destrorsa o sinistrorsa pur avendo globalmente la stessa dimensione e forma. Coppie isomeriche di questo genere sono chiamate enantiomeri (dal greco enantion che significa: opposto).
Tutti gli oggetti possono essere classificati rispetto ad una proprietà che noi chiamiamo chiralità (dal greco cheir che significa: mano). Un oggetto chirale non è identico (per es. per sovrapposizione) alla sua immagine speculare. Un oggetto achirale è identico (è sovrapponibile) alla sua immagine speculare. Gli oggetti chirali hanno una "mano prevalente"; per esempio, le mazze da golf, le forbici, le scarpe ed i cavatappi. Quindi, una persona può acquistare mazze da golf e forbici adatte per la mano destra o per la sinistra. In modo simile, guanti e scarpe si trovano in coppie, una destra ed una sinistra. Gli oggetti achirali non hanno una mano prevalente; per esempio, una mazza da baseball (senza scritte o stemmi su di essa), una palla con superficie tonda, un pennello, una T-shirt ed un chiodo. La chiralità di un oggetto è in relazione alla sua simmetria, e a questo punto è utile individuare certi elementi di simmetria che possono essere associati con una dato oggetto. Un elemento di simmetria è un piano, una linea o un punto in o attraverso un oggetto, intorno a cui una rotazione o una riflessione lascia l'oggetto in una orientazione indistinguibile da quella iniziale. Alcuni esempi di elementi di simmetria sono mostrati appresso.
La faccia di una carta da gioco fornisce un esempio di centro o punto di simmetria. A partire da questo punto, una linea disegnata in qualunque direzione incontra le stesse proprietà strutturali della linea opposta (a 180º). Quattro linee casuali di questo tipo sono mostrate in verde. Un esempio di configurazione molecolare avente un punto di simmetria è l'(E)-1,2-dicloroetene. Un altro modo per descrivere un punto di simmetria è il considerare che ogni punto è riprodotto per riflessione, attraverso il centro, sull'altro lato. In questi due casi il punto di simmetria è di colore magenta. La conformazione a barca del cicloesano mostra un asse di simmetria (contrassegnato qui con C2) e due piani di simmetria intersecantesi (contrassegnati con s). La notazione di un asse di simmetria è Cn, dove n è un intero scelto in modo che la rotazione intorno all'asse di 360/n gradi, riporta l'oggetto in una posizione indistinguibile da quella di partenza. In questo esempio, la rotazione è di 180º, sicché n = 2. Un piano di simmetria divide l'oggetto in un modo tale che i punti su di un lato del piano siano equivalenti a quelli sull'altro lato per riflessione attraverso il piano. In aggiunta al punti di simmetria considerato prima, l' (E)-1,2-dicloroetene ha anche un piano di simmetria per riflessione attraverso il piano definito dai sei atomi, e un asse C2 passante per il centro e perpendicolare al piano. L'esistenza di un elemento di simmetria di riflessione (un punto o un piano di simmetria) è sufficiente per assicurare che l'oggetto avente tale elemento sia achirale. Gli oggetti chirali, quindi, non hanno alcun elemento di simmetria di riflessione, ma possono avere assi di simmetria rotazionale, dal momento che questi elementi non richiedono riflessione per avere effetto. In aggiunta alla distinzione tra chirale ed achirale, ci sono altri due termini spesso utilizzati per riferirsi alla simmetria di un oggetto. Questi sono:
(i) Dissimetria: L'assenza di elementi di simmetria per riflessione. Tutti gli oggetti dissimetrici sono chirali. (ii) Asimmetria: L'assenza di tutti gli elementi di simmetria. Tutti gli oggetti asimmetrici sono chirali.
Modelli di alcuni esempi aggiuntivi tridimensionali sono forniti dalla pagina della simmetria interattiva.
Gli elementi di simmetria di una struttura provide insight concerning the structural equivalence or nonequivalence of similar component atoms or groups Examples of this symmetry analysis may be viewed by Clicking Here.
George Hart has produced a nice treatment of symmetry in polyhedra that makes use of VRML. To view this site Click Here
Un esame della chiralità di configurazioni molecolari spiega il curioso stereoisomerismo osservato nell'acido lattico, nel carvone e in una moltitudine di altri composti organici. Gli atomi di carbonio tetravalente hanno una configurazione tetraedrica. Se tutti e quattro i gruppi sostituenti sono gli stessi, come nel metano o nel tetraclorometano, la configurazione è quella di un "tetraedro regolare" altamente simmetrico. Un tetreaedro regolare ha sei piani e sette assi di simmetria (di cui quattro C3 e tre C2) ed è, naturalmente, achirale. Esempi di questi assi e piani si trovano in linguaggio VRML (occorre installare un appropiato visualizzatore) nel sito di George Hart. Se uno dei sostituenti del carbonio è differente dagli altri tre, il grado di simmetria si riduce a un asse C3 e tre piani di simmetria, ma la configurazione resta achirale. La configurazione tetraedrica in tali composti non è più regolare, poiché la lunghezza e gli angoli dei legami cambiano al variare degli atomi o gruppi legati. Ulteriori sostituzioni possono ridurre la simmetria ancora di più, ma finché due dei quattro sostituenti sono uguali c'è sempre un piano di simmetria che divide in due parti l'angolo che collega quei sostituenti, sicché anche queste configurazioni sono achirali.
Un atomo di carbonio che è legato a quattro atomi o gruppi differenti perde completamente la simmetria, e spesso ad esso ci si riferisce come ad un carbonio asimmetrico. La configurazione di una tale unità è chirale, e la struttura può esistere in entrambe le configurazioni sinistrorsa e destrorsa. Questo tipo di stereoisomerismo è denominato enantiomorfismo, e le coppie con immagini speculari non identiche che ne risultano sono chiamate enantiomeri. Le formule di struttura dell'acido lattico e del carvone sono riportate a destra con il carbonio asimmetrico colorato in rosso. Di conseguenza, ci attenderemo che questi composti esistano come coppie di enantiomeri. La presenza di un singolo atomo di carbonio asimmetricamente sostituito sia sufficiente a rendere l'intera configurazione chirale, e la moderna terminologia si riferisce a tali raggruppamenti asimmetrici (o dissimetrici) come centri chirali. La maggior parte dei centri chirali che studieremo sono atomi di carbonio asimmetrici, ma si dovrebbe riconoscere che altri atomi tetraedrici o piramidali possono diventare centri chirali se sostituiti appropriatamente. Inoltre. le regioni lineari e planari di chiralità possono esistere sono presenti appropriate configurazioni specifiche, come nel caso degli alleni. Quando più di un centro chirale è presente in una struttura molecolare, si devono prendere maggiori cautele nell'analizzare queste relazioni prima di concludere che una specifica configurazione molecolare sia chirale o achirale. Qusto aspetto della stereoisomeria sarà trattato più avanti.
The identity or non-identity of mirror-image configurations of some substituted carbons may be examined as Chime models by .
Un utile primo passo nello studio delle formule di struttura per determinare se possono esistere stereoisomeri, è l'identificazione di tutti i centri stereogenici. Un centro stereogenico è un centro di stereoisomeria, tale che uno scambio di due gruppi agli atomi costituenti il centro dà luogo ad uno stereoisomero. Un centro chirale, come un carbonio asimmetrico, è un centro stereogenico, dal momento che lo scambio di due gruppi sostituenti converte un enantiomero nell'altro. I centri stereogenici non devono essere necessariamente chirali. Gli atomi di carbonio del doppio legame di un alchene recanti due gruppi diversi su ogni carbonio (ad es. abC=Cab) sono centri stereogenici achirali (scambiando i sostituenti ad uno degli atomi di carbonio cambia la configurazione cis/trans del doppio legame). Altri elementi stereogenici, come assi e piani, possono essere presenti in una configurazione molecolare, ma questi sono meno comuni come centri stereogenici e non saranno qui esaminati.
Nel riquadro sottostante sono mostrate le formule di struttura di otto composti organici. Alcune di queste strutture sono chirali, altre achirali. Per prima cosa provare ad identificare tutti i centri chirali stereogenici. Le formule che non presentano centri chirali sono necessariamente achirali. Le formule aventi un centro chirale sono sempre chirali; se due o più centri chirali sono presenti in una data struttura, è facile che la molecola sia chirale, ma in casi speciali, da essere esaminati più avanti, essa può essere achirale. Una volta che hai effettuato la scelta dei centri chirali stereogenici, verificali premendo il pulsante "Mostra i centri chirali". I centri chirali si potranno identificare da un contrassegno rosso.
Le strutture F e G sono achirali. La prima ha un piano di simmetria passante attraverso l'atomo di cloro e bisecando il legame opposto carbonio-carbonio. La struttura simile del composto E non ha un tale piano di simmetria, ed il carbonio legato al cloro è un centro stereogenico chirale (la due porzioni di anello che connettono questo carbonio non sono identiche). La struttura G è essenzialmente piatta. Tutti gli atomi di carbonio, eccetto quello del gruppo metile, hanno ibridizzazione sp2, e quindi in configurazione trigonale-planare. I composti C, D e H hanno più di un centro chirale, e sono anche chirali. Ricorda che tutte le strutture chirali possono esistere come coppie di enantiomeri. Sono possibili altri stereoisomeri configurazionali se nella struttura è presente più di un centro stereogenico.
L'identificazione e la distinzione degli enantiomeri è intrinsecamente difficile, dal momento che le loro proprietà fisiche e chimiche sono in larga parte identiche. Fortunatamente, circa duecento anni fa, la scoperta del fisico francese Jean-Baptiste Biot ha reso questo compito molto più facile. La scoperta svelò che gli enantiomeri destrorsi e sinistrorsi di un composto chirale perturbano il piano della luce polarizzata in modi opposti. Questa perturbazione è peculiare delle molecole chirali, ed è stata denominata attività ottica.
Un piano di luce polarizzata viene creato facendo attraversare la luce ordinaria attraverso un apparato polarizzatore, che può essere semplice come una lente prelevata da un paio di occhiali da sole polarizzanti. Tali dispositivi trasmettono selettivamente solo quella componente di un fascio di luce avente i vettori del campo elettrico e magnetico oscillanti nella direzione di un singolo piano. Il piano di polarizzazione può essere determinato da uno strumento chiamato polarimetro, mostrato nel disegno sottostante.
Luce monocromatica (di una singola lunghezza d'onda), viene polarizzata da un polarizzatore fisso, prossimo alla sorgente di luce. Una cella contenente il campione è localizzata in posizione allineata al fascio di luce, seguita da un polarizzatore mobile (l'analizzatore) e da un oculare attraverso il quale può essere osservata l'intensità della luce. Nei moderni strumenti, un rivelatore di luce elettronico prende il posto dell'occhio umano. In assenza di un campione, l'intensità della luce al rivelatore è massima quando il secondo polarizzatore (mobile) è regolato parallelamente al primo polarizzatore (α = 0º). Se l'analizzatore viene ruotato di 90º rispetto al piano di polarizzazione iniziale, tutta la luce sarà bloccata dal raggiungere il rivelatore.
I chimici utilizzano i polarimetri per studiare l'influenza esercitata dai composti (nella cella del campione) sul piano di luce polarizzata. I campioni costituiti solo da molecole achirali (ad es. acqua o esano), non hanno alcun effetto sul fascio di luce polarizzata. Però, se si esamina un singolo enantiomero (campione con tutte molecole che sono destrorse, o con tutte sinistrorse), la direzione del piano di polarizzazione risulta ruotato in senso orario (positivo) o in senso antiorario (negativo), e l'analizzatore può essere ruotato di un appropriato angolo, α, tale che la massima intensità di luce raggiunga il rivelatore. Nell'illustrazione precedente, il campione ha ruotato il piano di polarizzazione di +90º in senso orario e l'analizzatore è stato ruotato di un pari angolo per ottenere la massima trasmissione della luce. Le rotazioni osservate (α) degli enantiomeri sono di opposte direzioni. Un enantiomero ruoterà la luce polarizzata in senso orario è si chiamerà destrogiro o (+), ed il suo partner con immagine speculare ruoterà la luce in modo antiorario, e si chiamerà levogiro o (–). I prefissi destro e levo derivano dal latino dexter, che significa destra, e laevus, che sta per sinistra, e sono abbreviati in d e l rispettivamente. Se si esaminano uguali quantità di ogni enetiomero, utilizzando la stessa cella per il campione, allora l'ampiezza delle rotazioni sarà la stessa, di cui una positiva e l'altra negativa. Per essere assolutamente certi che un rotazione osservata sia positiva o negativa è spesso necessario effettuare una seconda misurazione utilizzando una diversa quantità o concentrazione del campione. Nella precedente illustrazione, per esempio, α potrebbe essere –90º o +270º piuttosto che +90º. Se la concentrazione del campione viene ridotta del 10%, allora la rotazione positiva cambierebbe a +81º (or +243º) mentre la rotazione negativa cambierebbe a –81º, ed il valore corretto di α sarebbe identificato senza ambiguità. Dal momento che non è sempre possibile ottenere od utilizzare campioni esattamente uguali in quantità, la rotazione osservata viene usualmente corretta per compensare le variazioni di quantità del campione e della lunghezza di cella. Quindi, è pratica comune convertire la rotazione osservata, α, in rotazione specifica, [α], con la seguente formula:
I composti che ruotano il piano di luce polarizzata sono definiti otticamente attivi. Ogni enantiomero di una coppia steroisomerica è otticamente attiva ed ha un uguale rotazione specifica ma di segno opposto. Le rotazioni specifiche sono utili in quanto esse sono costanti determinate sperimentalmente che caratterizzano ed identificano enantiomeri puri. Per esempio, gli enantiomeri acido lattico e carvone esaminati prima hanno le seguenti rotazioni specifiche:
Una miscela 50:50 di enantiomeri non ha alcuna attività ottica osservabile. Tali miscele sono indicate con il termine di racemati o modifiche racemiche, è vengono designate con (±). Quando composti chirali vengono creati a partire da composti achirali, i prodotti sono racemici a meno che non sia coinvolto nella reazione un singolo enantiomero di un co-reagente oppure un catalizzatore chirale. L'aggiunta di HBr al cis- o al trans-2-butene rppresenta un esempio di formazione di un prodotto racemico (il centro stereogenico è colorato in rosso nella seguente equazione).
I composti organici chirali isolati da organismi viventi sono in genere otticamente attivi, indicando che uno degli enantiomeri è predominante (spesso esso è l'unico isomero presente). Questo è un risultato dell'azione di catalizzatori chirali che noi chiamiamo enzimi, e riflette l'intrinseca chiralità della natura della vita stessa. I composti chirali sintetici, d'altra parte, sono generalmente racemati, a meno che non siano preparati a partire da materiali enantiomericamente puri.
Vi sono due modi con cui può essere cambiata la condizione di una sostanza chirale: 1. Un racemato può essere separato nei suoi enantiomeri componenti. Questo processo è chiamato risoluzione. 2. Un enantiomero puro può essere trasformato nel suo racemato. Questo processo è chiamato racemizzazione.