Optische isomerie ofenantiomerie is een vorm vanstereo-isomerie die optreedt zodra een molecuul eenasymmetrisch (chiraal) centrum bevat. De meeste van dergelijke moleculen kunnen depolarisatierichting van gepolariseerd licht verdraaien.
Het chirale centrum is meestal eenkoolstofatoom met vier verschillende zijgroepen (asymmetrisch koolstofatoom). Dit kan ook een ander atoom zijn (zoalsstikstof offosfor), of zelfs de volledige structuur, zoals eenalleen. Het onderste plaatje toont een chiraal molecuul en zijn spiegelbeeld. Het spiegelbeeld kan niet verkregen worden door het originele molecuul te draaien. Dergelijke isomeren worden enantiomeren genoemd. Een molecuul kan ook meerdere chirale centra hebben. Als deze allemaal worden gespiegeld, levert dit een spiegelbeeld op, dus een enantiomeer. Als niet alle centra worden gespiegeld, dan is het resultaat noch door draaiing noch door spiegeling van het origineel te verkrijgen. Dergelijke isomeren wordendiastereomeren genoemd.
Wijnsteenzuur is een van de eerste verbindingen waarbij deze soort stereo-isomerie ontdekt werd, (Louis Pasteur, 1848) omdat de optische isomeren van hetzout natrium-ammoniumtartraat (zout van wijnsteenzuur) afzonderlijk uitkristalliseren in kristallen die elkaars spiegelbeeld zijn. Dit soort verbindingen heten conglomeraten, en die zijn handmatig met een microscoop en een pincet van elkaar te scheiden.
In 1870 publiceerdeJacobus van 't Hoff zijn model van hettetraëdischkoolstofatoom, waarmee deze bevinding een theoretische basis kreeg.
De NederlandsekristallograafJohannes Bijvoet ontdekte in de jaren zestig van de twintigste eeuw dat spiegelbeeldige moleculen onder sommige omstandigheden met kristallografische methoden uit elkaar kunnen worden gehouden. Hij heeft daarbij veel onderzoek gedaan aan de optische isomeren van wijnsteenzuur. De verschillen in de metingen die hij ontdekte worden nu Bijvoet-verschillen genoemd. Kristallografische technieken zijn nog steeds de enige mogelijkheid om de zogenaamdeabsolute configuratie van optische isomeren vast te leggen.
Een opvallende eigenschap van optische isomeren, is het verschijnsel dat depolarisatierichting van gepolariseerd licht verdraaid wordt. Het ene enantiomeer draait de polarisatierichting rechtsom, de andere linksom. Dat verklaart de termoptische isomerie.
Een oplossing die de polarisatierichting van een straal doorvallend gepolariseerd licht verandert, heetoptisch actief; de oplossing (en de erin opgeloste stof) kanrechtsdraaiend oflinksdraaiend zijn. Een racemisch mengsel vertoont geen optische activiteit, omdat de polarisatierichting evenveel naar links als naar rechts wordt gedraaid.
De eenvoudige fysisch-chemische eigenschappen alssmeltpunt,oplosbaarheid, en dergelijke van optische isomeren die elkaars spiegelbeeld zijn, zijn gelijk. Ook bij eenvoudige chemische reacties zijn de enantiomeren niet van elkaar te scheiden. Het is dan ook niet mogelijk eenracemisch mengsel op deze wijze te scheiden.
Anders is dat als een enantiomeer reageert met een andere asymmetrische verbinding.
Optische isomeren reageren op verschillende manieren met andere chemische stoffen die zelf asymmetrisch zijn: vrijwel alleenzymen in het menselijk lichaam werken verschillend op verschillende optische isomeren van eenvoudige organische moleculen en bij de meeste natuurlijke biologische stoffen is er maar een van de mogelijke optische isomeren aanwezig.
Ook bijgeneesmiddelen is het in het algemeen zo dat van eenfarmacon met optische isomeren slechts één vorm het farmacologisch gewenste effect veroorzaakt. Andere, niet werkzame vormen kunnen echter wel bijwerkingen veroorzaken. Bijvoorbeeld geldt dat bij het beruchte geval vanthalidomide dat onder de handelsnaam Softenon werd verkocht. Het ene isomeer (dextro-thalidomide) zou onschadelijk zijn, terwijl het andere (laevo-thalidomide) mogelijk de oorzaak was van zeer ernstigegeboorteafwijkingen. Vanwege deze verschillende werkingen van optische isomeren gaat de voorkeur tegenwoordig uit naar productie van slechts een van de optische isomeren. Indien eenracemisch mengsel wordt gebruikt, dient men voor beide stoffen afzonderlijk goedkeuring aan te vragen van de gezondheidsinstanties.
Alleeiwitten in het menselijk lichaam zijn uitsluitend opgebouwd uit de L-vormen van de optisch actieveaminozuren. De uitzondering isglycine, dat geen optische isomeren heeft, doordat de R-groep van glycine enkel een waterstofatoom is. Hetantibioticumpenicilline werkt alleen oppeptidebindingen vanD-alanine, dat voorkomt in decelwand vanbacteriën – maar niet in mensen. Het antibioticum doodt bacteriën, maar is onschadelijk voor mensen.
De benaming van enantiomeren kan gebaseerd zijn op het effect op gepolariseerd licht (de 'draairichting'), of op de structuur. Helaas is er geen correspondentie tussen de drie systemen die hieronder individueel worden besproken, alle combinaties zijn mogelijk.
Om experimenteel bepaalde rotatiehoeken met elkaar te kunnen vergelijken is het nodig om een norm in te voeren waarbij allerandvoorwaarden constant worden gehouden; een normalisatiecriterium. Dezespecifieke rotatiehoek noemt men de specifieke rotatie en voldoet aan de volgende randvoorwaarden:
Men noteert deze hoek dan als.
Het is niet of nauwelijks mogelijk om de polarisatierichting van een enantiomeer te voorspellen aan de hand van de absolute ruimtelijke structuur. Stel dat men een nieuwe optisch actieve verbinding synthetiseert, dan kan men vaststellen of deze rechtsdraaiend (+) of linksdraaiend (-) is, door te meten met gepolariseerd licht. Daarmee weet men nog niet of het enantiomeerR ofS is.
Wel kan men aan de hand van het reactiemechanisme eventueel conclusies trekken van de vorm "Als stof X eenR-structuur heeft, dan heeft stof Y ook eenR-structuur.
Een analytische techniek die al sinds de jaren zeventig regelmatig wordt gebruikt om de absolute structuur van een stof te kunnen bepalen is deröntgendiffractie. Voor relatief eenvoudige en starre moleculen kan ookCD-spectroscopie uitsluitsel geven over de absolute structuur.
