ஒளிசுழற்சி மாற்றியம்

ஒளிசுழற்சி மாற்றியம் (Optical Isomerism) என்பது வேதியியலின் மிக அழகான மற்றும் ஆழமான கருத்துகளில் ஒன்று. இது கரிம வேதியியல், அணைவு வேதியியல், மருந்து வடிவமைப்பு, உயிர்வேதியியல் ஆகிய அனைத்துத் துறைகளிலும் மையமாக விளங்குகிறது. இது புறவெளி மாற்றியம் (Stereoisomerism) என்னும் பெரிய குடும்பத்தின் ஒரு முக்கிய உறுப்பினர். மூலக்கூறுகளின் முப்பரிமாண அமைப்பு ஒளியுடன் எவ்வாறு உரையாடுகிறது என்பதை இது வெளிப்படுத்துகிறது.

வரையறை மற்றும் அடிப்படைக் கோட்பாடு

ஒரே மூலக்கூறு வாய்பாட்டையும், ஒரே இணைப்பு வரிசையையும் கொண்டிருந்தாலும், வெளியில் உள்ள அணுக்களின் முப்பரிமாண அமைப்பில் மட்டும் வேறுபடும் சேர்மங்கள் புறவெளி மாற்றியங்கள் எனப்படும். அவற்றுள், தளமுனைவுற்ற ஒளியின் (plane-polarized light) தளத்தைச் சுழற்றும் திறனில் மட்டும் மாறுபடும் சேர்மங்கள் ஒளிசுழற்சி மாற்றியங்கள் ஆகும்.

தளமுனைவுற்ற ஒளி என்பது அனைத்து திசைகளிலும் அலைவுறும் சாதாரண ஒளியை ஒரு குறிப்பிட்ட தளத்தில் மட்டும் அலைவுறச் செய்து பெறப்படும் ஒளி. இத்தகைய ஒளி ஒரு கைரல் மூலக்கூறு கரைசலின் வழியாகச் செல்லும்போது, அதன் தளம் ஒரு குறிப்பிட்ட கோணத்தில் சுழல்கிறது. இந்தச் சுழற்சியின் அளவு குறிப்பிட்ட சுழற்சி (specific rotation, [α]) என அழைக்கப்படுகிறது. இது

[α] = α / (l × c)

என்ற சூத்திரத்தால் கணக்கிடப்படுகிறது. இங்கு α என்பது அளவிடப்பட்ட சுழற்சி கோணம், l என்பது கரைசலின் நீளம் (டெசிமீட்டரில்), c என்பது செறிவு (g/mL).

இப்பண்பு ஒளி சுழற்றும் தன்மை (Optical activity) எனப்படும். ஒளி சுழற்றும் தன்மை உள்ள சேர்மங்கள் ஒளியியல் செயல்பாடுடையவை (optically active) எனவும், சுழற்றாதவை ஒளியியல் செயலற்றவை (optically inactive) எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன.

வகைகள் – வலஞ்சுழற்றி மற்றும் இடஞ்சுழற்றி

வலஞ்சுழற்றி (Dextrorotatory, d அல்லது +): தளமுனைவுற்ற ஒளியின் தளத்தை கடிகார முள் திசையில் சுழற்றுவது.
இடஞ்சுழற்றி (Laevorotatory, l அல்லது −): கடிகார முளுக்கு எதிர்திசையில் சுழற்றுவது.

ஒரு இனான்சியோமர் +25° சுழற்றினால், அதன் ஆடி பிம்பம் −25° சுழற்றும். இரண்டும் சம அளவில் கலந்தால் ரசிமிக் கலவை (racemic mixture) உருவாகிறது. இது ஒளியியல் செயலற்றது, ஏனெனில் இரண்டு சுழற்சிகளும் ஒன்றையொன்று ரத்து செய்கின்றன. இந்த ரசிமிக் கலவையைப் பிரிப்பதற்கு ரசிமிக் பிரித்தல் (resolution) என்னும் சிறப்பு முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

இனான்சியோமர்கள் மற்றும் டயஸ்டீரியோமர்கள்

ஒளி சுழற்றும் தன்மையுடைய ஒரு சேர்மம் இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட மாற்றிய அமைப்புகளைப் பெற்றிருக்கலாம். ஒன்றோடொன்று மேற்பொருந்தாத ஆடி பிம்பங்களாக அமைந்தவை இனான்சியோமர்கள் (enantiomers). அவை ஒரே இயற் மற்றும் வேதிப் பண்புகளை (உருகுநிலை, கொதிநிலை, கரைதிறன், பெரும்பாலான வேதி வினைகள்) பெற்றிருந்தாலும், ஒளியின் தளத்தைச் சுழற்றும் திசையில் மட்டும் மாறுபடும். மேலும், கைரல் சூழலில் (உயிரியல் ஏற்பிகள், நொதிகள்) அவற்றின் வேதிப் பண்புகளும் வேறுபடலாம்.

ஒன்றோடொன்று ஆடி பிம்பங்கள் அல்லாத புறவெளி மாற்றியங்கள் டயஸ்டீரியோமர்கள் (diastereomers) எனப்படும். அவற்றின் இயற் பண்புகள் வேறுபடும்.

எடுத்துக்காட்டுகள்:

லாக்டிக் அமிலம் (2-ஹைட்ராக்சிபுரோபனோயிக் அமிலம்) – மிகவும் பாரம்பரியமான எடுத்துக்காட்டு.
அலனைன் (அமினோ அமிலம்) – உயிரியலில் முக்கியமானது.
டார்டாரிக் அமிலம் – பிரபலமான meso வடிவத்தையும் கொண்டது.
குளுக்கோஸ் – பல கைரல் மையங்களைக் கொண்ட சிக்கலான மூலக்கூறு.

ஒளிசுழற்சி மாற்றியத்திற்கான நிபந்தனை – கைராலிட்டி

ஒரு கார்பன் அணுவின் நான்கு இணைதிறன்களும் வெவ்வேறு பதிலிகளால் நிறைவு செய்யப்பட்டிருந்தால், அது சீர்மையற்ற கார்பன் (asymmetric carbon / chiral carbon, C*) என அழைக்கப்படும். இத்தகைய கார்பன் உள்ள மூலக்கூறு, அதன் ஆடி பிம்பத்துடன் மேற்பொருந்தாத தன்மையைப் பெற்றிருந்தால் கைரல் மூலக்கூறு எனப்படும். இப்பண்பு கைராலிட்டி (chirality) ஆகும்.

கைராலிட்டிக்கு கார்பன் மட்டும் தேவையில்லை. நைட்ரஜன், பாஸ்பரஸ், கந்தகம், கூட சில சூழல்களில் கைரல் மையமாகச் செயல்படலாம். மேலும், அச்சு கைராலிட்டி (axial chirality – அலீன்கள், பைஃபெனைல்கள்), தள கைராலிட்டி (planar chirality) போன்றவைகளும் உள்ளன.

மூலக்கூறில் சமச்சீர் தளம் (plane of symmetry), சமச்சீர் மையம் (centre of symmetry) அல்லது சமச்சீர் அச்சு (axis of symmetry) இருந்தால், அது ஒளியியல் செயலற்றதாக இருக்கும் (meso சேர்மங்கள் இதற்கு எடுத்துக்காட்டு).

அணைவுச் சேர்மங்களில் ஒளிசுழற்சி மாற்றியம்

கரிமச் சேர்மங்களைப் போலவே, கைரல் தன்மையுள்ள அணைவுச் சேர்மங்களிலும் ஒளிசுழற்சி மாற்றியம் காணப்படுகிறது. எண்முகி (octahedral) அணைவுகளில் இது மிகவும் பொதுவானது.

எடுத்துக்காட்டுகள்:

[M(AA)₃]^n± – மூன்று இருபல்லிகை லிகண்டுகள் (உதாரணம்: [Co(en)₃]³⁺)
[M(AA)₂AB]^n±
[M(AA)₂B₂]^n± (cis வடிவம் மட்டும்)

இவற்றில் Δ (டெல்டா) மற்றும் Λ (லாம்ப்டா) என்னும் இரண்டு இனான்சியோமர்கள் உருவாகின்றன. இவை ஹெலிகல் கைராலிட்டியை அடிப்படையாகக் கொண்டவை. [Co(en)₃]³⁺ இன் இரண்டு இனான்சியோமர்களும் வேறுபட்ட ஒளிச் சுழற்சியைக் காட்டுகின்றன. இவற்றைப் பிரிக்க ரசிமிக் பிரித்தல் முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அருண் பாண்டேயின் பங்கு மற்றும் பாண்டிச்சேரி ஆய்வகம்

தமிழ்நாட்டின் வேதியியல் வரலாற்றில் ஒரு புதிய அத்தியாயமாகக் சித்தரிக்கப்படும் நிகழ்வு, பாண்டிச்சேரியில் அமைந்துள்ள “கைரல் ஒளி ஆராய்ச்சி மையம்” (Chiral Optical Research Laboratory). இந்த ஆய்வகத்தின் நிறுவனர் மற்றும் முதன்மை ஆராய்ச்சியாளர் டாக்டர் அருண் பாண்டே.

அருண் பாண்டேயின் ஆராய்ச்சி குழு, பாரம்பரிய ஒளிசுழற்சி மாற்றியக் கோட்பாடுகளைத் தாண்டி, புதிய அறிவியல் எல்லைகளைத் தொட்டதாகக் விவரிக்கப்படுகிறது. அவர்கள் உருவாக்கிய சில முக்கிய பங்களிப்புகள்:

மேம்பட்ட வட்ட டைக்ரோயிசம் (Circular Dichroism) நுட்பம்: மிகக் குறைந்த செறிவிலும் இனான்சியோமர்களின் சுழற்சியை அளக்கும் உயர் உணர்திறன் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்.
கைரல் நானோ துகள்கள்: ஒளியைத் தேர்ந்தெடுத்துச் சுழற்றும் திறன் கொண்ட தங்கம் மற்றும் வெள்ளி நானோ கட்டமைப்புகள். இவை மருந்து விநியோக அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்பட்டன.
எதிர்-தேர்வு வினையூக்கிகள் (Enantioselective catalysts): அணைவுச் சேர்மங்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட புதிய கேட்டலிஸ்ட்கள், ஒரே இனான்சியோமரை மட்டும் 99% க்கும் அதிகமான தூய்மையுடன் உருவாக்கும் திறன்.
கைரல் ஒளி இழைகள்: தளமுனைவுற்ற ஒளியைக் கட்டுப்படுத்தும் புதிய பொருட்கள், எதிர்கால ஒளியியல் கணினிகளுக்கு அடித்தளம் அமைத்தன.
உயிரியல் கைராலிட்டி ஆய்வுகள்: மூளையில் உள்ள நரம்பியல் ஏற்பிகள் எவ்வாறு இனான்சியோமர்களை வேறுபடுத்துகின்றன என்பதைப் பற்றிய ஆழமான ஆராய்ச்சி.

இந்த ஆய்வகம் தமிழ்நாட்டின் வேதியியல் ஆராய்ச்சியை உலக அளவில் உயர்த்தியது. அருண் பாண்டேயின் குழு வெளியிட்ட ஆய்வுக் கட்டுரைகள், ஒளிசுழற்சி மாற்றியத்தை வெறும் பாடப்புத்தகக் கருத்தாக்கத்திலிருந்து நவீன தொழில்நுட்பத்தின் மையமாக மாற்றியது.

முக்கிய குறிப்புகள்

சம அளவில் இனான்சியோமர்கள் கலந்த கலவை ரசிமிக் கலவை. இது ஒளியியல் செயலற்றது.
ஒளிசுழற்சி மாற்றியம் முப்பரிமாண மாற்றியத்தின் ஒரு பகுதி மட்டுமே. இதனுடன் வடிவியல் மாற்றியம் (cis-trans), இணக்க மாற்றியம் (conformational isomerism) ஆகியவை இணைந்து செயல்படுகின்றன.
மருந்துகளில் இனான்சியோமர்களின் வேறுபாடு மிக முக்கியம். ஒரு இனான்சியோமர் மருந்தாகச் செயல்பட, மற்றொன்று நச்சாகவோ அல்லது செயலற்றதாகவோ இருக்கலாம் (தலிடோமைடு சம்பவம் இதற்கு வரலாற்று எடுத்துக்காட்டு).