Oprtische Drehung und deren Messung

IMPP-Score: 1.4

Grundlagen der Polarimetrie und ihre Anwendung in der optischen Analyse

Die Polarimetrie ist ein faszinierendes Feld der optischen Analyse, das auf der Messung der optischen Drehung basiert, welches die Fähigkeit bestimmter Moleküle ist, die Polarisationsebene von Licht zu drehen. Diese Technik findet breite Anwendung in der Chemie und Pharmazie, insbesondere bei der Unterscheidung und Analyse von chiralen Molekülen. In diesem Kapitel werden wir die grundlegenden Konzepte durchgehen und deren praktische Anwendung diskutieren.

Einführung in Chiralität und optische Aktivität

Chirale Moleküle, auch Enantiomere genannt, sind wie Bild und Spiegelbild zueinander. Sie haben identische physikalische Eigenschaften, außer in ihrer Fähigkeit, polarisiertes Licht zu drehen. Diese Eigenschaft wird als optische Aktivität bezeichnet. Diastereomere hingegen sind Stereoisomere, die nicht spiegelbildlich zueinander sind und sich in ihren physikalischen Eigenschaften, einschließlich der optischen Aktivität, unterscheiden.

Note

Verständnis der Chiralität: Chiralität und optische Aktivität sind unverzichtbar, um das Verhalten von Molekülen bei der Polarimetrie zu verstehen. Enantiomere drehen die Ebene polarisierten Lichts in entgegengesetzte Richtungen, was bei Diastereomeren nicht notwendigerweise der Fall ist.

Die spezifische Drehung

Das Konzept der spezifischen Drehung (\([α]^{20}_D\)) ist zentral in der Polarimetrie. Es ist ein Maß für die optische Aktivität einer Substanz, ausgedrückt als der Drehwinkel des polarisierten Lichts, der durch eine Substanz in einer spezifischen Konzentration und in einem bestimmten Lösungsmittel bei einer festgelegten Wellenlänge und Temperatur hervorgerufen wird. Die Formel lautet:

\[[α]^{20}_D ~= ~\frac{α}{c·l}\]

Dabei ist \(α\) der beobachtete Drehwinkel in Grad, \(c\) die Konzentration der Lösung in g/ml und \(l\) die Länge des Polarimeterrohres in Dezimetern. Die Wellenlänge von 589,3 nm (Natrium-D-Linie) und die Temperatur von 20 °C sind Standardbedingungen, die für diese Messungen verwendet werden.

Note

Wichtigkeit der spezifischen Drehung: Die spezifische Drehung ermöglicht uns, die Reinheit, Konzentration und Identität von chiralen Molekülen zu bestimmen. Der Drehwinkel hängt von Faktoren wie Wellenlänge, Lösungsmittel und Temperatur ab.

Anwendungsbereiche und Mutarotation

Die Polarimetrie spielt eine wesentliche Rolle bei der Analyse von chiralen Substanzen, wie der Bestimmung des Enantiomerenüberschusses (ee) in Gemischen oder der Überwachung der Reinheit von pharmazeutischen Wirkstoffen. Ein interessantes Phänomen, das in diesem Kontext relevant ist, ist die Mutarotation – eine zeitabhängige Änderung des Drehwinkels, die bei der Auflösung bestimmter Zuckerarten beobachtet wird. Dies ist auf die Gleichgewichtseinstellung zwischen unterschiedlichen konformeren Formen zurückzuführen, die verschiedene optische Aktivitäten aufweisen.

Experimentelle Bedingungen und Häufige Fehlerquellen

Für genaue Messungen ist die Einhaltung der experimentellen Bedingungen entscheidend. Die Verwendung von Monochromatoren zur Erzeugung von monochromatischem Licht der Natrium-D-Linie, sowie die Messung in einem Polarimeterrohr von bestimmter Länge bei 20 °C, sind unerlässlich für zuverlässige Ergebnisse. Beim Umgang mit diesen Messungen sollte besonders auf die Vermeidung von Fehlerquellen wie Luftblasen im Polarimeterrohr oder Inkonsistenzen in der Wellenlänge und Temperatur geachtet werden.

Note

Achtung bei der Polarimetrie: Verwechslungen zwischen optischer Drehung und Circulardichroismus sind ein häufiger Fehler. Während die optische Drehung die Drehung der Polarisationsebene beschreibt, bezieht sich der Circulardichroismus auf die unterschiedliche Absorption von rechts- und linkszirkular polarisiertem Licht.

Praktische Beispiele und Bedeutung

In der pharmazeutischen Industrie wird die Polarimetrie zur Identitätsprüfung und Reinheitsbewertung von Wirkstoffen verwendet. Die Bestimmung des Enantiomerenüberschusses ist von besonderer Bedeutung, da die pharmakologische Wirkung eines Arzneimittels oft stark vom Verhältnis der Enantiomere abhängig ist.

Note

Praxisnahe Anwendung: Die Polarimetrie ist ein unverzichtbares Werkzeug in der chemischen und pharmazeutischen Analytik. Sei es zur Bestimmung des Enantiomerenüberschusses oder zur Untersuchung der Reinheit und Identität von Substanzen - ein fundiertes Verständnis dieses Verfahrens ist essenziell.

Zusammenfassung

  • Chiralität und optische Aktivität sind grundlegend für das Verständnis von Enantiomeren und Diastereomeren; dabei spielt die Fähigkeit einer Substanz, polarisiertes Licht zu drehen, eine wesentliche Rolle.
  • Enantiomere sind spiegelbildliche Isomere, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten und nicht deckungsgleich sind, während Diastereomere Stereoisomere sind, die nicht spiegelbildlich zueinander sind.
  • Die spezifische Drehung ([α]D20) ist ein Maß für die optische Aktivität einer Substanz und wird mit der Formel [α]D20 = α / (c·l) berechnet, wobei α den Drehwinkel angibt, c die Konzentration in g/ml und l die Durchgangslänge in dm.
  • Mutarotation bezeichnet die Änderung der optischen Drehung einer Lösung optisch aktiver Substanzen (z.B. Zucker) über die Zeit, wodurch verschiedene Anomerformen entstehen können.
  • Das Racemat ist ein 1:1-Gemisch von zwei Enantiomeren und besitzt keine optische Aktivität, im Gegensatz zu reinen Enantiomeren, die polarisiertes Licht nach links oder rechts drehen.
  • Die spezifische Drehung einer Substanz hängt von der Wellenlänge des Lichts, der Messtemperatur (meist 20 °C) und dem verwendeten Lösungsmittel ab. Standardmessungen erfolgen oft bei 589 nm, der Natrium-D-Linie.
  • Enantiomerenüberschuss (ee) wird mittels Polarimetrie bestimmt und gibt Auskunft über das Mischungsverhältnis der Enantiomere in einer Lösung.

Feedback

Melde uns Fehler und Verbesserungsvorschläge zur aktuellen Seite über dieses Formular. Vielen Dank ❤️