Organic Chemistry II

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Overview

资料来源: 加州大学欧文分校化学系 Vy 先生和戴安娜

这个实验将演示旋的使用, 它是一种用来确定样品的光学旋转的仪器。光学旋转是样品旋转偏振光的程度。光学活性样品将顺时针 (dextrorotatory) 旋转光的平面, 指定为d或 (+), 或逆时针 (旋), 指定为l或 (−)。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 有机化学 (2). 旋. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

旋是一种用于确定手性分子的光学旋转的定量方法。一个分子被认为是手性的, 如果它是 non-superimposable 在其镜像图像。更具体地说, 是相互镜像的手性分子被称为对映体 (图 2)。对映体具有相同的物理特性, 如熔点、沸点和溶解度;然而, 它们在偏振光的程度上不同。一个化合物的纯 (R)-映体将会以相等但相反的方向旋转光, 作为它的 (S)-映异构体。如果化合物的混合物是外消旋, 意味它包含相等的混合物 (R)-和 (S)-对映体, 则它的光学自转将是零。因此, 旋是一种表征和区分一对对映体之间的身份的方法。

旋的工作原理是通过偏光片将单色光发光, 从而产生一束线性偏振光。偏振光在经过含有该样品的旋单元后会旋转。然后, 分析器将逆时针或顺时针旋转, 以允许光线通过并到达探测器 (图 1)。利用该仪器, 可以计算出光的特定旋转, 它与溶液的浓度和细胞光的观测光旋转有关。特定的旋转由以下等式定义:

Equation 1

如果αobs是旋给定的观察到的光学旋转值, 则l是 dm 中的单元格光, c是溶液在 g/毫升中的浓度。

此外, 映过量 (ee) 是一种对一个异构体在混合物中存在的量的测量, 可以通过使用特定的旋转来确定。下面的等式给出了ee的计算:

Equation 2

其中α混合物是对映体混合物和α的特定旋转, 是纯映异构体的特定旋转。通常, 如果等式中的三值中有两个是已知的 ( ee和α混合物), 则可以计算第三值 (α)。

Figure 1

图1。概念背后的旋。

Figure 2

图2。手性分子是相互镜像的, 是对映体。

Procedure

1. 准备旋

  1. 打开仪器, 让它预热10分钟。
  2. 确保仪器设置为 "光学旋转" 模式。
  3. 在旋单元中准备一个空白样本 (1.5 毫升总样本量, 1 dm 长度), 只包含 CHCl3。确保没有气泡存在。
  4. 将空白单元格放置在支架上, 然后按 "0"。

2. 分析物样品的制备

  1. 在1.5 毫升 CHCl3中准备一份10-15 毫克手性分析物的库存溶液。请注意使用的化合物的确切数量。

3. 测量光学旋转

  1. 用含有该样品的准备好的库存溶液的1.5 毫升填充单元格。
  2. 将电池放置在支架上, 然后按 "测量"。机器读数将给予光学旋转值。记住也要记录温度。

4. 具体轮换的计算

  1. 化合物的特定旋转由以下等式定义:
    Equation 3
    如果α是旋给定的光学旋转值, 则l是 dm 中的单元格光, 而c是溶液在 g/毫升中的浓度。

Polarimeters 广泛应用于有机和分析化学, 以评估一个化学产品的纯度和研究其性质。

Polarimeters 检测到对映体的存在: 一种化合物的镜像变体, 它可能具有广泛的不同的生物活性。在包括药物在内的许多应用中, 对映体的区分是至关重要的, 因为一个对应异构体通常负责生物效应, 而另一种则通常是惰性的, 不活跃的, 或者, 如药物沙利度胺的情况下,有害.

此视频将说明旋的原理, 演示旋的设置和操作, 并讨论一些应用程序。

旋有助于研究含有 stereocenters 的有机化合物。

Stereocenters 是碳原子, 它们结合到四不同的原子或基团。在这个例子中, 碳原子与氢、氟、氯和溴结合, 形成溴-氯-氟-甲烷。

含有 stereocenters 的化合物称为 "手性", 这意味着它们作为镜像异构体存在: 非不能旋转或定向的物理结构相互叠加。镜象异构体被称为 "对映体", 它们具有相同的物理性质, 有一个例外与光学有关。

在光学中, 激光光源发出的光波在各种平面上振荡。这样的光波被称为 "偏振"。然而, 某些材料能够根据它们的振荡平面来过滤光波, 只传送那些在一个特定平面上振荡的光波, 同时吸收其他飞机上的振荡。透射光被 "平面极化"。

对映体对平面偏振光有不同的影响。如果它们被平面偏振光击中, 一个映体将顺时针旋转振荡平面, 而另一种则逆时针旋转一个相等角度的振荡平面。前者被称为 "dextrorotatory" 异构体, 它的名字以加号作为前缀。后者被称为 "旋" 异构体, 其名称以减号为前缀。每个化合物的旋转角与浓度之比是独一无二的, 称为 "特定的光学旋转"。

旋检测样品中是否存在一个或两个对映体。它由光源、偏光片、样品单元、检测器和分析仪组成。光源发出的光波是偏振而单色的, 这意味着它们具有相同的波长。光波然后遇到偏振器, 它只传送那些振荡在一个特定的平面, 产生一个平面偏振光束。然后, 平面偏振光与样品细胞中的样品相互作用。

如果样品只包含手性化合物的一个异构体, 偏振光就会旋转。这个角度被称为 "光学旋转", 它取决于化合物的特定光学旋转, 它的浓度和样品细胞的长度。另一方面, 如果两个对映体都在相同的浓度, 它们形成了 "消旋混合物", 不能旋转偏振光。最后, 如果一个异构体的浓度大于另一个, "映过剩" 的结果, 和振荡的平面将按比例旋转的过剩。

偏振光经过样品后, 会被检测到。分析仪测量光学旋转。

现在你已经看到了原则, 让我们来检查一个典型的操作过程。

使用旋的第一步是将仪器调零。

首先, 打开旋, 让它预热10分钟。

将仪器设置为光学旋转模式。

样品细胞典型地是管 1 dm 长与容量1.5 毫升。用丙酮和实验室抹布清洗细胞。

轻轻地将空样品单元放入支架, 然后按 "0"。这就建立了基线。

接下来, 使用一个纯样品的手性化合物的调查, 校准旋。

在本例中, 使用了芹的 dextrorotatory 映体。吸管1.5 毫升进入样品细胞。将单元格插入刀柄, 然后按 "测量"。将显示光学旋转。除以浓度, 或密度为纯物质的测量光学旋转, 和细胞长度产生的特定光学旋转的化合物。

通过在光学不活泼的溶剂中溶解未知并测量光旋转, 可以同样地发现纯化的未知的特定光学旋转。该化合物的特定光学旋转, 然后确定除以浓度。然后通过将其特定的光学旋转与文献值进行比较来确定化合物。

现在你知道如何执行测量, 我们将探索一些实际的应用。

在制药行业, 旋用于质量控制。例如, 它已被用来测量的浓度和映纯度麻黄碱在商业咳嗽剂。

即使在其他成分的存在, 这种技术可以用来确定麻黄碱浓度在1%。

在食品和饮料行业, 蔗糖浓度和纯度是连续监测与专门设计的流动 polarimeters。蔗糖是食品中最常见的成分之一, 具有66.5 度的特定光学旋转。通过将蔗糖的光旋转除以蔗糖的特定光学旋转, 可以确定浓度。在光学旋转的波动将表明在蔗糖浓度的波动。

旋也被用来研究反应动力学, 包括酶系统的动力学, 如青霉素-青霉素系统。在这种情况下, 样品细胞既含有酶和基质, 又测量了光的旋转时间。光旋转的变化与基体浓度的变化直接成正比。这不仅揭示了反应动力学, 但也允许同时测定酶和基质浓度在未来的化验。

你刚刚看了朱庇特的介绍旋。现在, 您应该了解其操作原则、设置和测量步骤以及它的一些应用。谢谢收看!

Results

代表结果为规程1-4 的具体自转的测量和计算。

过程步骤 阅读旋
1。4 0.000
3。2 +0.563
4。1 α]25D = + 77 (c 0.73, CHCl3)

表1。过程1的代表性结果-4.

Applications and Summary

在本实验中, 我们展示了旋的原理, 以及如何测量和计算光学活性化合物的特定旋转。

旋是精细化工和制药工业的重要工具, 用于评估化合物的特性、纯度和质量。它专门用于测量手性化合物的光学旋转, 通过确认它是否为 (R) 或 (S) 化合物来区分两个对映体的特性。这在药物合成中尤其重要, 因为一个对应异构体通常是对生物效应负责的, 而其他的映体往往不太活跃, 可能会产生不良影响。此外, 可以实现旋, 以确定示例的未知ee 。如果ee值未知, 则可以通过确定特定的旋转来使用旋计算。

1. 准备旋

  1. 打开仪器, 让它预热10分钟。
  2. 确保仪器设置为 "光学旋转" 模式。
  3. 在旋单元中准备一个空白样本 (1.5 毫升总样本量, 1 dm 长度), 只包含 CHCl3。确保没有气泡存在。
  4. 将空白单元格放置在支架上, 然后按 "0"。

2. 分析物样品的制备

  1. 在1.5 毫升 CHCl3中准备一份10-15 毫克手性分析物的库存溶液。请注意使用的化合物的确切数量。

3. 测量光学旋转

  1. 用含有该样品的准备好的库存溶液的1.5 毫升填充单元格。
  2. 将电池放置在支架上, 然后按 "测量"。机器读数将给予光学旋转值。记住也要记录温度。

4. 具体轮换的计算

  1. 化合物的特定旋转由以下等式定义:
    Equation 3
    如果α是旋给定的光学旋转值, 则l是 dm 中的单元格光, 而c是溶液在 g/毫升中的浓度。

Polarimeters 广泛应用于有机和分析化学, 以评估一个化学产品的纯度和研究其性质。

Polarimeters 检测到对映体的存在: 一种化合物的镜像变体, 它可能具有广泛的不同的生物活性。在包括药物在内的许多应用中, 对映体的区分是至关重要的, 因为一个对应异构体通常负责生物效应, 而另一种则通常是惰性的, 不活跃的, 或者, 如药物沙利度胺的情况下,有害.

此视频将说明旋的原理, 演示旋的设置和操作, 并讨论一些应用程序。

旋有助于研究含有 stereocenters 的有机化合物。

Stereocenters 是碳原子, 它们结合到四不同的原子或基团。在这个例子中, 碳原子与氢、氟、氯和溴结合, 形成溴-氯-氟-甲烷。

含有 stereocenters 的化合物称为 "手性", 这意味着它们作为镜像异构体存在: 非不能旋转或定向的物理结构相互叠加。镜象异构体被称为 "对映体", 它们具有相同的物理性质, 有一个例外与光学有关。

在光学中, 激光光源发出的光波在各种平面上振荡。这样的光波被称为 "偏振"。然而, 某些材料能够根据它们的振荡平面来过滤光波, 只传送那些在一个特定平面上振荡的光波, 同时吸收其他飞机上的振荡。透射光被 "平面极化"。

对映体对平面偏振光有不同的影响。如果它们被平面偏振光击中, 一个映体将顺时针旋转振荡平面, 而另一种则逆时针旋转一个相等角度的振荡平面。前者被称为 "dextrorotatory" 异构体, 它的名字以加号作为前缀。后者被称为 "旋" 异构体, 其名称以减号为前缀。每个化合物的旋转角与浓度之比是独一无二的, 称为 "特定的光学旋转"。

旋检测样品中是否存在一个或两个对映体。它由光源、偏光片、样品单元、检测器和分析仪组成。光源发出的光波是偏振而单色的, 这意味着它们具有相同的波长。光波然后遇到偏振器, 它只传送那些振荡在一个特定的平面, 产生一个平面偏振光束。然后, 平面偏振光与样品细胞中的样品相互作用。

如果样品只包含手性化合物的一个异构体, 偏振光就会旋转。这个角度被称为 "光学旋转", 它取决于化合物的特定光学旋转, 它的浓度和样品细胞的长度。另一方面, 如果两个对映体都在相同的浓度, 它们形成了 "消旋混合物", 不能旋转偏振光。最后, 如果一个异构体的浓度大于另一个, "映过剩" 的结果, 和振荡的平面将按比例旋转的过剩。

偏振光经过样品后, 会被检测到。分析仪测量光学旋转。

现在你已经看到了原则, 让我们来检查一个典型的操作过程。

使用旋的第一步是将仪器调零。

首先, 打开旋, 让它预热10分钟。

将仪器设置为光学旋转模式。

样品细胞典型地是管 1 dm 长与容量1.5 毫升。用丙酮和实验室抹布清洗细胞。

轻轻地将空样品单元放入支架, 然后按 "0"。这就建立了基线。

接下来, 使用一个纯样品的手性化合物的调查, 校准旋。

在本例中, 使用了芹的 dextrorotatory 映体。吸管1.5 毫升进入样品细胞。将单元格插入刀柄, 然后按 "测量"。将显示光学旋转。除以浓度, 或密度为纯物质的测量光学旋转, 和细胞长度产生的特定光学旋转的化合物。

通过在光学不活泼的溶剂中溶解未知并测量光旋转, 可以同样地发现纯化的未知的特定光学旋转。该化合物的特定光学旋转, 然后确定除以浓度。然后通过将其特定的光学旋转与文献值进行比较来确定化合物。

现在你知道如何执行测量, 我们将探索一些实际的应用。

在制药行业, 旋用于质量控制。例如, 它已被用来测量的浓度和映纯度麻黄碱在商业咳嗽剂。

即使在其他成分的存在, 这种技术可以用来确定麻黄碱浓度在1%。

在食品和饮料行业, 蔗糖浓度和纯度是连续监测与专门设计的流动 polarimeters。蔗糖是食品中最常见的成分之一, 具有66.5 度的特定光学旋转。通过将蔗糖的光旋转除以蔗糖的特定光学旋转, 可以确定浓度。在光学旋转的波动将表明在蔗糖浓度的波动。

旋也被用来研究反应动力学, 包括酶系统的动力学, 如青霉素-青霉素系统。在这种情况下, 样品细胞既含有酶和基质, 又测量了光的旋转时间。光旋转的变化与基体浓度的变化直接成正比。这不仅揭示了反应动力学, 但也允许同时测定酶和基质浓度在未来的化验。

你刚刚看了朱庇特的介绍旋。现在, 您应该了解其操作原则、设置和测量步骤以及它的一些应用。谢谢收看!

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