晶体的光学活性

晶体物质的种类很多，按照晶格结点上粒子的种类和粒子间作用力的不同，可以分成不同的类型。从立体化学的角度可以将晶体分成2大类，具有光学活性，和不具有光学活性。和具有光学活性的化合物一样，晶体中粒子的排列如果存在一重反轴S1（一重对称反轴即对称面），二重反轴S2（即对称中心），四重反轴S4或更高级的反轴时，则此晶体不具有光学活性。如果不存在以上几种对称因素，则具有光学活性。即粒子在晶体中的排列是非手性的，就不具备光学活性，若是手性的就具备光学活性。从宏观上观察晶体，若具有光学活性，则晶体的晶形是手性的，若不具有光学活性，则晶体的晶形是非手性的。当然，只有透明的手性晶体才能观察到它的光学活性。从光学活性晶体的微观结构观察，其中的粒子都是以某种螺旋的形状排列的。有些晶体的晶面螺纹在显微镜下可以清楚的观察到。

光学家很早就发现，晶体中的粒子若以右手螺旋的形式排列时，晶体呈右螺旋。若以左手螺旋的形式排列时，晶体呈左螺旋（如下图）。

左侧是右手螺旋，右侧是左手螺旋

由于平面偏振光是由左旋圆偏振光和右旋圆偏振光组合而成。当平面偏振光射入各向异性的晶体时。这2种圆偏振光的折射率不相等。折射率的差别，其本质上是因为2种圆偏振光在晶体中的传播速度不同而产生的。传出晶体时，2种圆偏振光不会是同步的，重新组合成偏振光时，就改变为椭圆偏振光，其偏振面将会产生一个角度的变化，这个角度就是晶体的旋光度。偏振面向右旋转，称为右旋，用“+”来表示。偏振面向左旋转，称为左旋转，用“-”来表示。为了比较各种不同晶体旋光能力的大小，须要排除晶体厚度、晶体浓度、光的波长等对旋光度测定的影响因素。因此要将旋光度转化为比旋光度（即在单位密度、单位厚度下的旋光度）。

[a]D20=a/（l*d）

式中：

[a]--比旋光度，20表示在室温20摄氏度下测定，D表示钠光D线589nm。

a--实际测得的旋光度。

l--光通过的晶体厚度，以dm为单位。

d--晶体的密度，以g*cm-1为单位。

不同晶体的比旋光度是不同的。这样，各种不同晶体的旋光能力就有了一个可比较的标准。平面偏振光以不同的方向穿过晶体时，旋光度相差很大，这反映出了晶体的各项性。每种晶体都有一个最大的旋光度。在比较各种不同晶体的旋光能力时，应采用其最大的旋光度，否则这种比较就失去了意义。晶体的各向异性与光学活性的溶液和液体不同，溶液和液体中螺旋方向是任意的。因此其旋光度和入射光的方向无关。从宏观上看，溶液和液体时各向同性，但微观上也会是各向异性的。

光学活性晶体的分类

光学活性的晶体可以分为2类，一类在溶液状态下不呈现光学活性，另一类在溶液状态下也呈现光学活性。这2类化合物的共同特点为，晶体中的粒子都排列为螺旋的形状。一般来讲，因为晶体是刚性的，晶体中的分子构象都是以最稳定的单一构象存在。晶体内螺旋方向是固定不变的，螺旋的位向也是固定不变的。晶体中的螺旋式多匝螺旋。由于这些原因使得晶体的最大旋光度总是比相同组成的溶液和气体的比旋光度大很多。由于溶液中分子呈无序排列，溶液的总旋光方向和大小是由各种不同位向的走螺旋和右螺旋的代数和决定的，所以其旋光度一般较小。同一种物质的晶体和其溶液的旋光方向并非都一致。在晶体的主要旋光方向是由晶体的螺旋方向所决定的。