5.15: Polarímetro

1. Preparando o Polarímetro

1. Ligue o instrumento e deixe aquecer por 10 minutos.
2. Certifique-se de que o instrumento está configurado para o modo de "rotação óptica".
3. Prepare uma amostra em branco na célula polarímetro (volume total de amostra de 1,5 mL, 1 dm de comprimento) contendo apenas CHCl₃. Certifique-se de que não há bolhas de ar presentes.
4. Coloque a célula em branco no suporte e pressione "zero".

2. Preparação da Amostra de Analito

1. Prepare uma solução de estoque de 10-15 mgs do analito quiral em 1,5 mL CHCl₃. Observe a quantidade exata do composto utilizado.

3. Medição da Rotação Óptica

1. Encha a célula com 1,5 mL da solução de estoque preparada contendo a amostra.
2. Coloque a célula no suporte e pressione "medir". A leitura da máquina dará o valor de rotação óptica. Lembre-se de registrar a temperatura também.

4. Cálculo de Rotação Específica

1. A rotação específica de um composto é definida pela seguinte equação:
   
   onde α é o valor de rotação óptica dado pelo polarímetro, l é o comprimento do pathlength celular no dm, e c é a concentração da solução em g/mL.

Os polarímetros são amplamente utilizados em química orgânica e analítica para avaliar a pureza de um produto químico e investigar suas propriedades.

Os polarímetros detectam a presença de enantiômeros: variantes de imagem espelhada de um composto que podem ter atividades biológicas muito divergentes. A distinção entre enantiômeros é crítica em muitas aplicações, incluindo produtos farmacêuticos, uma vez que um enantiômero é normalmente responsável por efeitos biológicos, enquanto o outro é geralmente inerte, menos ativo ou, como no caso da droga talidomida, prejudicial.

Este vídeo ilustrará os princípios da polarimetria, demonstrará a configuração e operação de um polarímetro e discutirá algumas aplicações.

A polarimetria é útil para estudar compostos orgânicos contendo estereocentros.

Os estereocentros são átomos de carbono ligados a quatro átomos ou grupos diferentes. Neste exemplo, o átomo de carbono está ligado ao hidrogênio, flúor, cloro e bromo, formando bromo-cloro-fluoro-metano.

Compostos contendo estereocentros são chamados de "quirais", o que significa que existem como isômeros de imagem espelhada: estruturas físicas não equivalentes que não podem ser giradas ou orientadas para se sobreporem umas às outras. Os isômeros de imagem espelhada são chamados de "enantiômeros" e têm propriedades físicas idênticas, com uma exceção relacionada à óptica.

Em óptica, fontes de luz não laser emitem ondas de luz que oscilam em uma variedade de planos. Essas ondas de luz são chamadas de "não polarizadas". No entanto, certos materiais são capazes de filtrar ondas de luz com base em seu plano de oscilação, transmitindo apenas as ondas de luz que oscilam em um plano específico enquanto absorvem as que oscilam em outros planos. A luz transmitida foi "polarizada no plano".

Os enantiômeros têm efeitos diferentes na luz polarizada plana. Se forem atingidos por luz polarizada plana, um enantiômero girará o plano de oscilação no sentido horário, enquanto o outro girará o plano de oscilação em um ângulo igual no sentido anti-horário. O primeiro é chamado de enantiômero "dextrorotatório" e seu nome é prefixado com um sinal de mais. Este último é chamado de enantiômero "levógiro", e seu nome é prefixado com um sinal de menos. A relação entre o ângulo de rotação e a concentração é única para cada composto e é chamada de "rotação óptica específica".

Um polarímetro detecta se um ou ambos os enantiômeros estão presentes em uma amostra. Consiste em uma fonte de luz, um polarizador, uma célula de amostra, um detector e um analisador. A fonte de luz emite ondas de luz não polarizadas, mas monocromáticas, o que significa que têm o mesmo comprimento de onda. As ondas de luz então encontram o polarizador, que transmite apenas aqueles que oscilam em um plano específico, produzindo um feixe polarizado no plano. A luz polarizada no plano então interage com a amostra na célula de amostra.

Se a amostra contiver apenas um enantiômero do composto quiral, a luz polarizada girará. O ângulo é chamado de "rotação óptica" e depende da rotação óptica específica do composto, sua concentração e o comprimento da célula de amostra. Se, por outro lado, ambos os enantiômeros estiverem presentes em concentrações iguais, eles formam uma "mistura racêmica" que não pode girar a luz polarizada. Finalmente, se um enantiômero estiver presente em maior concentração do que o outro, resulta em um "excesso enantiomérico" e o plano de oscilação será girado proporcionalmente ao excesso.

Depois que a luz polarizada passa pela amostra, ela é detectada. O analisador mede a rotação óptica.

Agora que você viu os princípios, vamos examinar um procedimento operacional típico.

O primeiro passo para usar o polarímetro é zerar o instrumento.

Primeiro, ligue o polarímetro e deixe-o aquecer por 10 min.

Defina o instrumento para o modo de rotação óptica.

A célula de amostra é tipicamente um tubo de 1 dm de comprimento com um volume de 1,5 mL. Prepare a célula limpando com acetona e lenços umedecidos.

Coloque suavemente a célula de amostra vazia no suporte e pressione "zero". Isso estabelece a linha de base.

Em seguida, calibre o polarímetro usando uma amostra pura do composto quiral sob investigação.

Neste exemplo, o enantiômero dextrógiro da carvona é usado. Pipetar 1,5 ml para a célula de amostra. Insira a célula no suporte e pressione "medir". A rotação óptica é exibida. Dividindo a rotação óptica medida pela concentração, ou densidade para substâncias puras, e o comprimento da célula produz a rotação óptica específica do composto.

A rotação óptica específica de uma incógnita purificada pode ser encontrada de forma semelhante, dissolvendo a incógnita em um solvente opticamente inativo e medindo a rotação óptica. A rotação óptica específica do composto é então determinada dividindo-se pela concentração. O composto é então identificado comparando sua rotação óptica específica com os valores da literatura.

Agora que você sabe como realizar medições, vamos explorar algumas aplicações práticas.

Na indústria farmacêutica, a polarimetria é usada para controle de qualidade. Por exemplo, tem sido usado para medir a concentração e a pureza enantiomérica da efedrina em supressores de tosse comerciais. Mesmo na presença de outros ingredientes, esta técnica pode ser usada para determinar a concentração de efedrina dentro de 1%.

Nas indústrias de alimentos e bebidas, as concentrações e purezas de sacarose são monitoradas continuamente com polarímetros de fluxo especialmente projetados. A sacarose, um dos ingredientes mais comuns nos alimentos, tem uma rotação óptica específica de 66,5 graus. Dividindo a rotação óptica do fluxo de sacarose pela rotação óptica específica da sacarose, a concentração pode ser determinada. Flutuações na rotação óptica indicariam flutuações na concentração de sacarose.

A polarimetria também tem sido usada para estudar a cinética da reação, incluindo a cinética de sistemas enzimáticos como o sistema penicilina-penicilinase. Nesse caso, a célula da amostra contém enzima e substrato, e a rotação óptica é medida em relação ao tempo. A mudança na rotação óptica é diretamente proporcional à mudança na concentração do substrato. Isso não apenas revela a cinética da reação, mas também permite a determinação simultânea das concentrações de enzimas e substratos em ensaios futuros.

Você acabou de assistir à introdução de JoVE ao polarímetro. Agora você deve entender seus princípios de operação, as etapas de configuração e medição e algumas de suas aplicações. Obrigado por assistir!