Теоретический расчет оптического вращения. Удельное вращение и закон био Величина угла вращения зависит от
Оптической активностью, способностью вращать плоскость поляризации поляризованного луча света, обладают оптически активные вещества. Оптическая активность соединений обусловлена хиральностью их молекул и отсутствием элементов симметрии.
В зависимости от природы оптически активного соединения вращение плоскости поляризации может быть различным по направлению и углу вращения. Если плоскость поляризации вращается по часовой стрелке, направление вращения обозначают знаком «+», если против часовой стрелки - знаком «-». В первом случае вещество называют правовращающим, а во втором - ле-вовращающим. Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой а.
Угол вращения зависит от природы и толщины оптически активного вещества, температуры, природы растворителя и длины волны света.
Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют удельное вращение [a]D>. .УЭеяьное вращение - это константа оптически активного вещества, вращение плоскости поляризации монохроматического света, вызванное слоем оптически активного вещества толщиной 1 дм при пересчете на содержание 1 г вещества в 1 мл объема:
где а - измеряемый угол вращения, град; D - длина волны монохроматического света; t - температура, при которой проводилось измерение; / - толщина слоя, дм; С -концентрация раствора, выраженная в граммах вещества на 100 мл раствора.
Обычно определение удельного вращения проводят при 20 °С и длине волны, соответствующей D-линии натрия (À, = 589,3 нм).
Для жидких веществ удельное вращение
где d - плотность жидкого вещества, г/мл.
Часто вместо удельного вращения рассчитывают молярное ера-ù^Hèe (по следующей формуле:
к 100 " где M - молекулярная масса.
Измерение угла вращения производят с помощью иоляримеяг-рое (рис. 1.101), которые позволяют получать результаты с точностью ±0,02°.
Принцип работы поляриметра заключается в следующем: испускаемый от источника - натриевой лампы 1 - луч рассеянного света проходит через поляризатор 3 (призмы Николя) и превращается в плоскополяризованный. Этот луч отличается от естественного тем, что колебания векторов электромагнитного поля происходят в одной плоскости, называемой плоскостью поляри
Рис. 1.101. Поляриметр:
1 - источник света; 2 - дихроматический фильтр; 3 - поляризующие призмы Николя (поляризатор); 4 - кювета с раствором вещества; 5 - анализирующая призма Николя (анализатор); 6 - шкала; 7 - окуляр; 8 - рукоятка управления анализатором
зации. На пути поляризованного луча помещают кювету с оптически активным веществом 4, способным вращать плоскость поляризации влево или вправо на определенный угол. Для того чтобы измерить угол поворота а, вмонтирована еще одна призма Николя - анализатор 5. Путем вращения его вправо или влево добиваются полного гашения проходящего луча света. Угол, на который был при этом повернут анализатор, представляет собой наблюдаемое оптическое вращение. Значение угла фиксируют по шкале 6.
Методика измерения. Сначала устанавливают нулевое положение призм. Для этого в прибор помещают пустую кювету 4, если исследуют чистое жидкое вещество, или трубку, наполненную растворителем. Перед прибором устанавливают электрическую лампочку 1, если прибор имеет вмонтированный желтый светофильтр. Затем приводят призмы анализатора в положение, при котором оба поля зрения имеют равное освещение. Повторяют это три раза и из полученных показаний берут среднее значение, которое и принимают за нулевое положение призм. После этого помещают трубку с исследуемым раствором или жидкостью и, как было указано выше, снимают показания поляриметра.
Приготовление раствора. Тщательно взвешенный образец массой 0,1-0,5 г растворяют в мерной колбе в 25 мл растворителя. Обычно в качестве растворителей используют воду, этанол, хлороформ. Раствор должен быть прозрачным, не содержать нерастворимых взвешенных частичек и, по возможности, бесцветным. Если получен непрозрачный раствор, его следует обязательно профильтровать через бумажный фильтр, первую порцию фильтрата отбросить, а второй заполнить поляриметрическую трубку и приступить к определению.
Заполнение поляриметрической трубки. Один конец поляриметрической кюветы 4 (рис. 1.101) завинчивают с помощью насадки. Трубку ставят вертикально и заполняют раствором до тех пор, пока над верхним концом трубки не образуется круглый мениск. На конец трубки надвигают стеклянную пластинку так, чтобы в трубке не оставалось пузырьков воздуха, а затем навинчивают латунную насадку.
внимание/ Между стеклянной иластинкой и латунной насадкой кладут резиновую ирокладку. & нельзя иомецать между концом стеклянной трубки и стеклянной ирокладкой, иоскольку будет нарушен контакт «стекло-стекло».
Заполненную раствором поляриметрическую трубку помещают в поляриметр и измеряют вращение, считывая показания шкалы. Проводят не менее трех измерений и полученные данные усредняют. Наблюдаемое вращение вычисляют как разность между полученным и нулевым значениями. Этот результат используют для расчета удельного вращения по одной из приведенных формул. Рассчитанные значения [а]^ сравнивают с литературными данными.
ПРАКТИКУМ
Задание. Определите удельное вращение в воде при 20 °С следующих веществ: глюкозы, Х)-рибозы, Х-аскорбиновой кислоты, арбутина, мальтозы, сахарозы, гликогена, ^-аскорбиновой кислоты.
Теория поляриметрии
Оптическая активность веществ очень чувствительна к изменениям пространственной структуры молекул и к межмолекулярному взаимодействию.
Исследование оптической активности веществ
С помощью оптических поляриметров определяют величину вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически-активные среды (твёрдые вещества или растворы).
Поляриметрия широко применяется в аналитической химии для быстрого измерения концентрации оптически-активных веществ (см. Сахариметрия), для идентификации эфирных масел и в других исследованиях.
- Величина оптического вращения в растворах зависит от их концентрации и специфических свойств оптически-активных веществ.
- Измерение вращательной дисперсии света (спектрополяриметрия, определение угла вращения при изменении длины волны света позволяет изучать строение веществ.
См. также
Литература
- Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.-Л., 1951
- Джерасси К., Дисперсия оптического вращения, пер. с англ., М., 1962
- Терентьев А. П., Органический анализ, М., 1966
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Удельная теплоемкость
- Удельная электропроводность
Смотреть что такое "Удельное вращение" в других словарях:
Удельное вращение - см. Вращательная способность химических соединений …
удельное вращение вещества - Угол, на который поворачивается плоскость поляризации оптического излучения определенной длины волны при прохождении им пути единичной длины в веществе. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN specific rotation of… …
удельное вращение раствора - Отношение угла, на который поворачивается плоскость поляризации оптического излучения определенной длины волны при прохождении им пути единичной длины в растворе вещества, к концентрации этого вещества. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические … Справочник технического переводчика
Удельное вращение некоторых органических веществ - Вещество Растворитель Удельное вращение* Сахароза Вода +66,462 Глюкоза Вода +52,70 … Химический справочник
относительное удельное вращение вещества - Отношение удельного вращения вещества к плотности этого вещества. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN relative specific rotation of substance DE relative spezifische Materialdrehung FR rotation relative spécifique… … Справочник технического переводчика
Вращение плоскости поляризации - поперечной волны физическое явление, заключающееся в повороте поляризационного вектора линейно поляризованной поперечной волны вокруг её волнового вектора при прохождении волны через анизотропную среду. Волна может быть электромагнитной,… … Википедия
ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ - ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ, изменение направления (плоскости) колебаний лучей поляризованного света (см. Поляризация оптическая). Этим свойством обладают: 1. Все прозрачные тела, если их поместить в магнитном поле (магнитное В. п. п.). Для… … Большая медицинская энциклопедия
УДЕЛЬНОЕ МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЕ - то же, что (см. ВЕРДЕ ПОСТОЯННАЯ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
Вращательная способность химических соединений - Под именем вращательной способности химических соединений подразумевается способность, присущая некоторым из них, отклонять плоскость поляризации светового луча от ее первоначального направления. Допустим, что в луче такого поляризованного света… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Сахарозы - (хим.) название, произведенное от слова сахароза, синонима тростникового сахара; систематически употреблено для обозначения углеводов общей формулы С12Н22О11 только в настоящем Энц. сл. и в 1 м томе соч. Толленса Handb. der Kohlenhydrate (Бресл.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Многие вещества обладают свойством отклонять плоскость поляризациии при прохождении через них прямолинейно поляризованного света; это свойство называют оптической активностью. Измерение оптической активности используется в фармакопейных целях главным образом для установления подлинности вещества.
Оно может также применяться как испытание на чистоту (отсутствие оптически неактивных посторонних веществ) и как метод количественного опреде- .ления.
Оптическое вращение
Оптическое вращение - это угол, на который отклоняется плоскость поляризации при прохождении поляризованного света через слой жидкости. Вещества считаются правовращающими или левовращающими в зависимости от того, вращается ли плоскость поляризации по часовой стрелке или против нее, что устанавливается наблюдением в направлении источника света. Вращение вправо обозначается (+), а вращение влево (-).
В Международной фармакопее оптическое вращение (а) выражается в угловых градусах. В системе единиц СИ угол оптического вращения выражается в радианах (рад).
Оптическое вращение измеряют в слое жидкости подходящей толщины при длине волны, указанной в статье. Если указана D-линия спектра натрия, следует использовать линию спектра натрия с длиной волны 589,3 нм (средняя величина для дублета при 589,0 нм и 589,6 нм). Часто также используют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм. Если указана длина волны, лежащая в ультрафиолетовой области, необходимо применять фотоэлектрический поляриметр.
Измерение оптического вращения следует проводить при температуре, указанной в статье, обычно при 20-25 °С. Некоторые вещества имеют большой температурный коэффициент. поэтому необходимо особо проследить за тем, чтобы были соблюдены указанные температурные условия.
Удельное оптическое вращение (удельное вращение)
Удельное оптическое вращение жидкого вещества - это угол вращения, измеренный, как указано в статье, вычисленный в пересчете на слой толщиной 100 мм и разделенный на относительную плотность (удельную массу), измеренную при температуре, при которой определено вращение.
Удельное оптическое вращение твердого вещества - это угол вращения, измеренный, как указано в статье, и вычисленный в пересчете на слой толщиной 100 мм раствора, содержащего 1 г вещества в 1 мл.
10 000а 10 000а
Удельное вращение =
““ наблюдаемое вращение, / - длина наблюдаемого слоя оягтп’ппо 7исло праймов вещества, содержащееся в 100 мл веш?™ ^ относительная плотность и р - число граммов Щ а, содержащееся в 100 г раствора.
В Международна Ф«Р-^ щение выражается как ^ указываются растворитель,
на волны. Для ™еР^"Х В(™ У 0бщие указания, касаю- если это не вода, и концен Р ~L и приведенные выше для щиеся ДЛИН вол" " Те“ак^е Относятся к измерению удель-
ГоГГ„™есв„Г™™„„я. в
м2-рад/моль.
^Оптическое вращение измеряют при помощи периметра.
Нулевая точка вещестГГпри Наполненной опре-
деленньщ5^растворителем Поляриметр
Обычно фармакопейным целям уд ппго"и обеспечиваю-
потребоваться поляриметр с точностью измериия До 0^1 вращения утла и обеспечивают ту же в
продажеРприборыДобычно
ИГс^Тующесо НСТРЧ.
НИКфотоэлектрические поляриметры: если статья предписыва-
ГолТуГ’фот^ точность не менее 0,01 .
Измерение оптического Вращения
тичгс^ого°в^а^ения следует ^ч^ть^римденныТни^ общие
УКао“и”еские элементы прибора дол^ы ^шь„безукориз-
Г„~рД““й волны 546,1 нм. для ноляри-
метров, имеющих другую конструкцию, в качестве фильтров можно использовать кюветы, содержащие соответственна окрашенные жидкости. u
Степень точности и воспроизводимости наблюдений должна быть такой, чтобы разность между повторными изменениями или между наблюдаемой и истинной величиной вращения (последняя устанавливается калибровкой шкалы по ляр.иметра с подходящими стандартами) не превышала Ч
РещесВтваа’ ПРИВЄДЄНН0Г0 В Статье дл* вращения испытуемою
Трубки поляриметра следует заполнять таким образом чтобы в них не образовывались и не оставались пузырьки воздуха, которые мешают прохождению луча света Влияние пузырьков уменьшается, если использовав трубку у КОТо рои с одного конца расширено отверстие. Однгшо по/напол нении трубок с одинаковым отверстием тякну ° ,Р ЗПОЛ" ро- и микрозрубки, следует
предосторожности. соответствующие меры
Закрывая трубки, имеющие съемные оконпа г nnn „ ками и колпачками, последние следует затягивать лишь аД" столько, насколько это нужно чтобГжт! шь На‘
валась между оконцем и самой трубкої и^ ”Є Просачи- ние на оконце может вызвать Избыточное давле-
помехам при измерении При ппП?!РМаЦИЮ’ ЧТ° пРив°Дит к щения веществ с Низким Р пределении оптического вра-
освобождать колпачки и затягиваю мінова™ желательно довательными Отсчетами ПРИ СНЯТИИ леса между после- вратцения, а также при нс ■ Ятии воказании оптического НО устанавливаїот различия eR°roJa4Ke" Таыш о6Разом обы,-
формацией ОТ ОКОТцГ П^те ""”Х- 0бУ“ОВЛеННЫХ де-
ЩУ^подстройку ДЛЯ устранения шмех°ИЗВОДЯТ соответствУЮ-
потери при высушивании0 водыРштиДеНЫ НОрмы в отн°шении ля, требования, касающиеся ппти СОДеРжания растворите- «ого вращения, относятся к вьш-,4”0 Вращения и удель- не содержащему раствопителя вушенномУ> безводному или Результатов Пр« «ведении
воды или растворителя и потепи Ь В° внимание содержание ленные методом, указанным в сїатьТ ВЫсушнвании- опреде.
ПЫ пепЄСТВО’ ВЗВеШНВа10Т подходя-
Прибавляют растворитель в.^ТІ"сеТеТжГ^мїїки,
КдаиТли “утаротации." Во время опыта поддерживают тре-
6yeKTBemSPny(SSSer собой жидкость, доводят его температуру!6если необходимо, до требуемой и переносят
снимают не"менее 6 показаний наблюдаемого вращения їри требуемой температуре. Берут ’ £!
гя растворителем и проводят равное число измерении. Если ЧЕЕоГ^йЪ-: Нулевая1 „ГрГаТр^Г-
вычитают из знак или прибавляют, если
S™ иммт противоположный знак; таким образом получают
скорректированную величину наблюдаемого оптического вра-
«и используется фотоэлектрический поляриметр, В за- висимотти Г™Упа прибора снимают меньшее число пока- заний.
Показателем качества препаратов углеводов является удельное вращение растворов, характеризующее оптическую активность. Для установления удельного вращения глюкозу предварительно сушат при 100 - 105°С до постоянной массы. Измерение угла вращения глюкозы и сахара молочного производят с помощью поляриметра после предварительного прибавления к испытуемому раствору двух капель раствора аммиака. При этом ускоряется процесс мутаротации. Он связан с установлением равновесия в образовании двух эпимеров. Это создает усредненное значение удельного вращения раствора глюкозы.
2. Аналогично осуществляют процесс эпимеризации сахара молочного.Под действием кислоты или фермента инвертазы сахароза гидролизуется. Образующуюся смесь D-глюкозы и D-фруктозы называют инвертным сахаром. Эта смесь является левовращающей, так как оптические свойства ее складываются за счет удельного вращения глюкозы (+52,5°) и левовращающей фруктозы (-93°).
Глюкоза - удельное вращение от + 52 до + 53° (10%-ный водный раствор).
Сахар молочный - удельное вращение от + 52 до + 53,5° (5%-ный водный раствор).
Сахароза - удельное вращение от + 66,5 до + 66,8° (10%-ный водный раствор).
3. Подлинность глюкозы и лактозы устанавливают, нагревая до кипения растворы препаратов с реактивом Фелинга. При этом глюкоза образует кирпично-красный осадок оксида меди (I). Лактоза в тех же условиях дает желтый осадок, переходящий в буровато-красный. Сахароза в отличие от глюкозы и лактозы не восстанавливает реактив Фелинга.
4. При действии на глюкозу и лактозу аммиачным раствором нитрата серебра выделяется черный осадок серебра.
Сахароза не дает положительной реакции с фенилгидразином.
7. Под воздействием минеральныхкислотили щавелевой кислоты моно- и дисахариды превращаются при нагревании в пробирке на пламени горелки в фурфурол или его производные (дисахариды вначале гидролизуются в моносахариды). Из гексоз (глюкоза) образуется оксиметилфурфурол, а из пентоз (фруктоза) - фурфурол:
Фурфурол или оксиметилфурфурол, являясь летучими соединениями, взаимодействуют с анилином или новокаином, нанесенным на фильтровальную бумагу, которой накрывают пробирку. Вначале образуются основания Шиффа, имеющие светло-желтую окраску, а затем фурановый цикл раскрывается и получается полиметиновый краситель - производное оксиглютаконового альдегида (малиново-фиолетовое окрашивание):
9. Присутствие гидроксильных групп можно также доказать реакцией ацетилирования.
10. Определение подлинности крахмала проводят: при вливании в 100 мл кипящей воды при постоянном перемешивании смеси крахмала с водой (1:5) и последующем кипячении в течение 2-3 минут образуется мало прозрачный клейстер беловатого цвета с голубоватым оттенком нейтральной или слабокислой реакции.
От прибавления к остывшему крахмальному клейстеру 1 капли 0,5%-ного раствора иода появляется синее окрашивание.
Крахмальный клейстер применяют в качестве индикатора при иодометрическом титровании.
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ
Поляриметрия
ОФС.1.2.1.0018.15
Взамен ГФ
XII
,ч.1, ОФС 42-0041-07
Оптическое вращение – свойство вещества вращать плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света.
В зависимости от природы оптически активного вещества вращение плоскости поляризации может иметь различное направление и величину. Если от наблюдателя, к которому направлен свет, проходящий через оптически активное вещество, плоскость поляризации вращается по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим и перед его названием ставят знак (+); если же плоскость поляризации вращается против часовой стрелки, то вещество называют левовращающим и перед его названием ставят знак (–).
Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой α. Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, длины пути поляризованного света в оптически активной среде (чистом веществе или растворе) и длины волны света. Для растворов величина угла вращения зависит от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества. Величина угла вращения прямо пропорциональна длине пути света, т. е. толщине слоя оптически активного вещества или его раствора. Влияние температуры в большинстве случаев незначительно.
Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют величину удельного вращении [α].
Удельное оптическое вращение представляет собой угол вращения α плоскости поляризации монохроматического света при длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм), выраженный в градусах, измеренный при температуре 20 ºС, рассчитанный для толщины слоя испытуемого вещества 1 дм и приведенный к концентрации вещества, равной 1 г/мл. Выражается в градус-миллилитрах на дециметр-грамм [(º) ∙ мл ∙ дм -1 ∙ г -1 ].
Иногда для измерения используют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм.
При определении [α] в растворах оптически активного вещества необходимо иметь в виду, что найденная величина может зависеть от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества.
Замена растворителя может привести к изменению [α] не только по величине, но и по знаку. Поэтому, приводя величину удельного вращения, необходимо указывать растворитель и выбранную для измерения концентрацию раствора.
Удельное вращение определяют в пересчете на сухое вещество или из высушенной навески, что должно быть указано в фармакопейной статье.
Измерение угла вращения проводят на поляриметре, позволяющем определить величину угла вращения с точностью ± 0,02 ºС при температуре (20 ± 0,5) ºС. Измерения оптического вращения могут проводиться и при других значениях температуры, но в таких случаях в фармакопейной статье должен быть указан способ учета температуры. Шкалу обычно проверяют при помощи сертифицированных кварцевых пластинок. Линейность шкалы может быть проверена при помощи растворов сахарозы.
Оптическое вращение растворов должно быть измерено в течение 30 мин с момента их приготовления; растворы или жидкие вещества должны быть прозрачными. При измерении прежде всего следует установить нулевую точку прибора или определить величину поправки с трубкой, заполненной чистым растворителем (при работе с растворами), или с пустой трубкой (при работе с жидкими веществами). После установки прибора на нулевую точку или определения величины поправки проводят основное измерение, которое повторяют не менее 3 раз.
Для получения величины угла вращения α показания прибора, полученные при измерениях, алгебраически суммируют с ранее найденной величиной поправки.
Величину удельного вращения [α] рассчитывают по одной из следующих формул.
Для веществ, находящихся в растворе:
l – толщина слоя, дм;
c – концентрация раствора, г вещества на 100 мл раствора.
Для жидких веществ:
где α – измеренный угол вращения, градусы;
l – толщина слоя, дм;
ρ – плотность жидкого вещества, г/мл.
Измерение величины угла вращения проводят для оценки чистоты оптически активного вещества или для определения его концентрации в растворе. Для оценки чистоты вещества по уравнению (1) или (2) рассчитывают величину его удельного вращения [α]. Концентрацию оптически активного вещества в растворе находят по формуле:
Поскольку величина [α] постоянна только в определенном интервале концентраций, возможность использования формулы (3) ограничивается этим интервалом.
