Overview
출처: 비 M. 동과 다이앤 르, 캘리포니아 대학, 어바인, 캘리포니아 화학학과
이 실험은 시료의 광학 회전을 결정하는 데 사용되는 계측기인 극광계의 사용을 보여줍니다. 광학 회전은 샘플이 편광광을 회전하는 정도입니다. 광학 활성 샘플은 l 또는 (−)로 지정된 d 또는 (+) 또는 반시계 방향(levorotatory)으로 지정된 가벼운 시계 방향(dextrorotatory) 또는 반시계 방향(levorotatory)의 평면을 회전시킵니다.
Principles
극편계는 키랄 분자의 광학 회전을 결정하는 데 사용되는 정량적 방법입니다. 분자는 그것의 거울 심상에 비 superimposable 경우에 키랄로 간주됩니다. 보다 구체적으로, 서로의 거울 이미지인 키랄 분자는 상내(그림2)라고불린다. 엔안티오머는 융점, 비등점 및 용해도와 같은 물리적 특성을 가지고 있습니다. 그러나, 그들은 빛을 편광 하는 정도에 차이가 있다. 화합물의순수(R)-엔안티오머는 광을 동일하지만 반대 방향으로 회전시키는 것으로(S)-엔안티오머. 화합물의 혼합물이 racemic인 경우,(R)-와(S)-enantiomers의 동등한 혼합물을 포함하는 것을 의미하는 경우, 그 광학 회전은 0이 될 것이다. 따라서, 편광은 한 쌍의 상안제 사이의 정체성을 특성화하고 구별하는 방법입니다.
편광계는 편광기를 통해 단색 광을 비추며 선형편광광선을 생성합니다. 편광광은 시료를 포함하는 편광 세포를 통과한 후에 회전합니다. 그런 다음 분석기는 시계 반대 방향으로 또는 시계 방향으로 회전하여 빛이 통과하여 검출기에 도달할 수 있도록합니다(그림 1). 이 계측기를 사용하여, 빛의 특정 회전은 용액 및 세포 경로길이의 농도와 관찰된 광학 회전을 관련시키는 계산될 수 있다. 특정 회전은 다음 방정식에 의해 정의됩니다.
α강박관념이 극광계에 의해 주어진 관찰된 광학 회전 값인 경우, l은 dm내의 세포 경로길이이고, c는 g/mL내용액의 농도이다.
더욱이, 한 개의 내란성 혼합물의 양을 측정하는 상포성과잉(ee)은혼합물에서 다른 상에 존재하는 정도를 측정하고, 특정 회전을 이용하여 결정될 수 있다. ee 의 계산은 다음 방정식에 의해 제공됩니다.
α혼합물이 엔안티오머와 α 순수한 혼합물의 특정 회전인 경우순수한 내란티노머의 특정 회전이다. 일반적으로, 방정식내의 세 값 중 2개가 알려져있다면(즉, ee 및 α혼합물)이알려지면 세 번째 값(α순수)을계산할 수 있다.
그림 1. 극지계 뒤에 개념.
그림 2. 서로의 거울 이미지인 키랄 분자는 상내입니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. 폴라리미터 준비
- 악기를 켜고 10 분 동안 따뜻하게하십시오.
- 기기가 "광학 회전" 모드로 설정되어 있는지 확인합니다.
- CHCl3만포함하는 극편광계 셀(총 샘플 부피 1.5m, 길이 1dm)에서 빈 샘플을 준비한다. 기포가 없는지 확인하십시오.
- 빈 셀을 홀더에 놓고 "0"을 누릅니다.
2. 애일리테 샘플 준비
- 1.5 mL CHCl3에서치랄 무연10-15 mg의 스톡 용액을 준비한다. 사용되는 화합물의 정확한 양을 유의하십시오.
3. 광학 회전 측정
- 샘플을 포함하는 준비된 스톡 용액의 1.5mL로 셀을 채웁니다.
- 셀을 홀더에 놓고 "측정"을 누릅니다. 기계 판독값은 광학 회전 값을 제공합니다. 온도도 기록해야 합니다.
4. 특정 회전 계산
- 화합물의 특정 회전은 다음 방정식에 의해 정의됩니다.
여기서 α 극광계에 의해 주어진 광학 회전 값이고, l은 dm의 세포 경로길이이고, c는 g/mL내용액의 농도이다.
극지계는 화학 제품의 순도를 평가하고 그 특성을 조사하기 위해 유기 및 분석 화학에 널리 사용됩니다.
극지계는 상반신제의 존재를 감지합니다: 격렬하게 다른 생물학적 활동이 있을 수 있는 화합물의 거울-이미지 변이체. enantiomers 를 구별하는 것은 많은 응용 프로그램에서 중요 하다, 제약을 포함 하 여, 하나의 enantiomer는 일반적으로 생물학적 효과에 대 한 책임은 다른 일반적으로 불활성, 덜 활성, 또는, 약물 탈리도마이드의 경우와 같이, 유해한.
이 비디오는 편광법의 원리를 설명하고, 극지계의 설정 및 작동을 시연하고, 일부 응용 프로그램에 대해 설명합니다.
편광은 스테레오센터를 함유한 유기 화합물을 연구하는 데 유용합니다.
스테레오센터는 4개의 다른 원자 또는 단에 결합되는 탄소 원자입니다. 이 예에서, 탄소 원자는 수소, 불소, 염소 및 브롬에 결합되어 브로모 클로로 플루오로 메탄을 형성합니다.
스테레오센터를 포함하는 화합물은 "키랄"이라고 불리며, 이는 미러 이미지 이좀러로 존재합니다: 회전할 수 없거나 서로 겹쳐서 지향할 수 없는 비등동적인 물리적 구조. 미러 이미지 isomers는 "enantiomers"라고 하며 광학과 관련된 한 가지 예외를 제외하고 동일한 물리적 특성을 가지고 있습니다.
광학에서 비 레이저 광원은 다양한 평면에서 진동하는 광파를 방출합니다. 이러한 광파를 "양극화되지 않은"이라고 합니다. 그러나 특정 재료는 진동 평면을 기반으로 광파를 필터링하여 한 특정 평면에서 진동하는 광파만 전송하면서 다른 비행기에서 진동하는 광파만 을 흡수할 수 있습니다. 전송된 빛은 "비행기 편광"되었습니다.
Enantiomers는 비행기 편광 광에 다른 영향을 미칩니다. 비행기 편광에 부딪히면 한 개의 비앤티오머가 진동의 평면을 시계 방향으로 회전하고 다른 한 명은 시계 반대 방향으로 진동 평면을 회전합니다. 전자는 "덱스트로타토리"의 비약체라고 불리며, 그 이름은 플러스 기호로 고정되어 있습니다. 후자는 "레보로타토리" 내란성이라고 하며, 그 이름은 마이너스 기호로 고정되어 있습니다. 각 화합물마다 회전 각도에서 농도에 대한 회전 각도의 비율이 고유하며 "특정 광학 회전"이라고 합니다.
편광계는 하나 또는 둘 다 엔안티오머가 샘플에 존재하는지 여부를 감지합니다. 광원, 편광기, 샘플 셀, 검출기 및 분석기로 구성됩니다. 광원은 편광되지 않지만 단색인 광파를 방출하므로 파장이 동일합니다. 그런 다음 광파는 편광기를 마주치며, 이는 특정 평면에서 진동하는 것만 전송하여 비행기 편광 빔을 생성합니다. 그런 다음 평면 편광광이 샘플 셀의 샘플과 상호 작용합니다.
시료에 키랄 화합물의 단 하나의 비내머만 포함되어 있으면 편광광이 회전합니다. 각도는 "광학 회전"이라고하며 화합물의 특정 광학 회전, 농도 및 샘플 셀의 길이에 따라 달라집니다. 반면에 두 상안약체가 동일한 농도로 존재하는 경우 편광광을 회전할 수 없는 "racemic 혼합물"을 형성합니다. 마지막으로, 한 개의 비내머가 다른 것보다 더 높은 농도로 존재하는 경우, "내포성 과잉" 결과, 진동의 평면은 과잉에 비례하여 회전한다.
편광광이 시료를 통과하면 검출된다. 분석기는 광학 회전을 측정합니다.
이제 원칙을 살펴보았으니 일반적인 운영 절차를 살펴보겠습니다.
극광계를 사용하는 첫 번째 단계는 계측기를 제로화하는 것입니다.
먼저, 편광계를 켜고 10분 동안 따뜻하게 해줍니다.
계측기를 광학 회전 모드로 설정합니다.
샘플 셀은 전형적으로 1.5 mL의 부피를 가진 튜브 1 dm 길이입니다. 아세톤과 실험실 물티슈로 세척하여 셀을 준비합니다.
빈 샘플 셀을 홀더에 부드럽게 넣고 "0"을 누릅니다. 이렇게 하면 기준선이 설정됩니다.
다음으로, 조사 중인 키랄 화합물의 순수한 샘플을 사용하여 극광계를 교정한다.
이 예에서, 카르본의 덱스트로타토리 내포가 사용된다. 피펫 1.5 mL을 샘플 셀로 넣습니다. 셀을 홀더에 삽입하고 "측정"을 누릅니다. 광학 회전이 표시됩니다. 측정된 광학 회전을 순수 물질에 대한 농도 또는 밀도로 나누고, 세포 길이는 화합물의 특정 광학 회전을 산출한다.
정제된 미지의 특정 광학 회전은 광학비활성 용매에서 알 수 없는 것을 용해시키고 광학 회전을 측정함으로써 유사하게 발견될 수 있다. 화합물의 특정 광학 회전은 농도에 의해 분할하여 결정된다. 화합물은 그 때 문헌 값에 그것의 특정 광학 회전을 비교하여 확인됩니다.
이제 측정을 수행하는 방법을 알고 있으므로 몇 가지 실용적인 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.
제약 산업에서, 편광량은 품질 관리에 사용됩니다. 예를 들어, 그것은 상업적인 기침 억제제에 에페드린의 농도 및 내포성 순도를 측정 하기 위해 사용 되었습니다. 다른 성분이 있더라도, 이 기술은 에페드린 농도를 1% 이내로 결정하는 데 사용될 수 있다.
식음료 산업에서자당 농도와 순수성은 특별히 설계된 유동 극성으로 지속적으로 모니터링됩니다. 식재료에서 가장 흔한 성분 중 하나인 자크로즈는 66.5도의 특정 광학 회전을 가지고 있습니다. 자당 스트림의 광학 회전을 자당의 특정 광학 회전으로 나누어 서 농도를 결정할 수 있다. 광학 회전의 변동은 자당 농도의 변동을 나타냅니다.
편광량은 또한 페니실린 페니실린 계시스템과 같은 효소 시스템을 위한 운동학을 포함하여 반응 운동학을 연구하기 위하여 이용되었습니다. 이 경우, 샘플 세포는 효소와 기판을 모두 포함하고, 광학 회전은 시간에 대하여 측정된다. 광학 회전의 변화는 기판 농도의 변화에 직접적으로 비례합니다. 이것은 반응 운동학을 드러날뿐만 아니라 향후 분석에서 효소 및 기판 농도의 동시 측정을 허용합니다.
당신은 단지 극지계에 JoVE의 소개를 보았다. 이제 운영 원칙, 설정 및 측정 단계 및 일부 응용 프로그램을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
프로시저 1-4에 대한 특정 회전의 측정 및 계산에 대한 대표적인 결과.
| 절차 단계 | 극지계에서 읽기 |
| 1.4 | 0.000 |
| 3.2 | +0.563 |
| 4.1 | [α] 25D = +77°(c 0.73, CHCl3)
|
표 1. 절차 1-4에 대한 대표결과.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
이 실험에서, 우리는 극광계 뒤에 원리와 광학 활성 화합물의 특정 회전을 측정하고 계산하는 방법을 시연했다.
극광계는 화합물의 정체성, 순도 및 품질을 평가하는 미세 화학 및 제약 산업에서 중요한 도구입니다. 그것은 특히 키랄 화합물의 광학 회전의 측정에 사용되며, 이는(R)또는(S)화합물인지 확인하여 두 개의 엔안티오머의 정체성을 구별하는 데 사용될 수 있다. 이것은 제약 약물 합성에 특히 중요 한 때문에 하나의 enantiomer는 일반적으로 생물학적 효과에 대 한 책임은 다른 enantiomer 는 종종 덜 활성 및 부작용을 가질 수 있습니다. 또한, 극편계는 샘플의 알 수 없는 ee를 결정하기 위해 구현될 수 있다. ee 값을 알 수 없는 경우 특정 회전을 결정하여 극광계를 사용하여 계산할 수 있습니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
