Третий тип изомерии — оптическая изомерия, которая выражается тем, что в двух изомерах каждый атом имеет одинаковых соседей, расположенных в одинаковой последовательности. Все различие заключается в том, что для одного изомера эта последовательность может быть получена при обходе заместителей какого-либо атома по часовой стрелке, а для другого — против. Так, если в молекуле метана заместить три атома водорода какими-либо другими различными группами, например метильной, карбоксильной и аминогруппой, можно получить оптические изомеры аминокислоты аланина, в которых один атом углерода имеет четыре различных заместителя. Эти изомеры нельзя совместить. Но оптические изомеры (их называют также оптическими антиподами) совмещаются, если один из них отражен в зеркале. Отсюда вытекает условие существования оптической изомерии: каждый такой изомер при отражении в зеркале дает структуру, которая не может быть совмещена со структурой этого изомера, но является структурой второго изомера. Наличие в молекуле атома углерода, связанного с четырьмя различными заместителями,— достаточное условие существования оптической изомерии. Однако можно представить себе много случаев, когда в молекуле нет такого, как говорят, ассиметричного атома углерода, а вещество тем не менее может быть разделено на два оптических антипода. Для этого должно выполняться лишь одно условие, при котором изображение молекулы в зеркале не совпадает с самой молекулой. Приведем два примера. Первый взят из координационной химии: комплекс кобальта, содержащий две молекулы этилендиамина H2N-CH2-CH2-NH2 и два атома хлора, приводит к двум оптическим антиподам, структуры которых как бы связаны зеркальной плоскостью. В молекуле гексагелицена нет ассиметрических углеродных атомов, но спираль этой молекулы может быть закручена вправо или влево. В зависимости от этого соединение существует в виде одного или другого оптического изомера. В отличие от структурных и геометрических изомеров свойство оптических антиподов очень близки. Различать их можно лишь по одному физическому параметру — направлению вращения плоскости поляризации света. Оказывается, если пропустить через раствор оптического антипода плоскополяризованный свет, его плоскость несколько повернется вправо или влево, причем раствор противоположного антипода повернет эту плоскость в другую сторону. Химические свойства оптических антиподов очень схожи, в большинстве случаев неразличимы. Однако если действовать на оптические изомеры реагентами, которые также являются оптическими антиподами, отличие в реакционной способности может стать заметным. Оптические антиподы играют огромную роль в биохимических процессах, где почти все реагенты существуют в виде одного из антиподов. Ускоряющие биохимические процессы ферменты, как правило, оказывают действие только на строго определенные оптические изомеры. Известно, например, что организм усваивает аминокислоту или сахар лишь одной оптической формы.