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 (−)。
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:
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:
其中α混合物是对映体混合物和α纯的特定旋转, 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 (即、 ee和α混合物), 则可以计算第三值 (α纯)。
图1。概念背后的旋。
图2。手性分子是相互镜像的, 是对映体。
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Procedure
1. 准备旋
- 打开仪器, 让它预热10分钟。
- 确保仪器设置为 "光学旋转" 模式。
- 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。
- 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
- 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
- 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。
- 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
- 化合物的特定旋转由以下等式定义:
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。
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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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.
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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。
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