旋光度的測定
化學試劑,九料化工商城 / 2020-12-03
(一)旋光度的意義:有一些化合物，尤其是很多的天然有機化合物，當平面偏振光通過時，能使偏振光的振動方向偏轉.具有這種性質(zhì)的化合物稱光學活性化合物.
具有光學活性的化合物，一般是由于下列三個因素之一而出現(xiàn)的.
1.一個四面體型分子的四個取代基都不相同、一個碳原子如具有四個不同取代基團R1，R2，R3，R4時，便稱為不對稱原子.一個有機化合物，有時會存在著多個不對稱原子.
2.螺環(huán)構類化合物( spiranes)、丙二烯類化合物( allone)和具有鄰位取代基致使環(huán)的同平面性遭受阻的芳類化合物.
3.白質(zhì)的螺旋結構
由于這些因素而出現(xiàn)光學活性的原理和規(guī)律，是應在有機化學及立體化學中討論的.
合成的有機化合物，有時雖然也含有一個或多個不對稱碳原子，但由于合成出的產(chǎn)物都是旋光性相反的混合物(稱為外消旋體)，因而并不出現(xiàn)旋光性，因此旋光測定法( polar imetry)在一般有機合成中是不用的，只有尚在發(fā)展中的“立體合成”中除外.但如將合成的外消旋體分離成各自的光學異構體后，便需用旋光測定法來檢查其純度和確定其常數(shù).至于數(shù)量眾多的天然有機化合物，往往只出現(xiàn)一種光學異構體，則比旋光度或分子旋光度便成為這些物質(zhì)的重要物理常數(shù)之一.
一個光學活性化合物的旋光性，可用它的比旋光度( pecifio rotation)或分子旋光度( molecular rotation)來表示，一般說來，一個光學活性化合物，不論是其本身或其溶液，都可使偏振光的平面偏轉.可以使它向右偏轉(以+表示)或稱順時針方向偏轉;也可使它向左偏轉(以一表示，即所謂逆時針方向偏轉，同一物質(zhì)的旋轉角度，受樣品管的長度，溶劑的種類，樣品本身或樣品溶液的溫度的影響，而最重要的，則是偏振光波長的影響，不同波長的偏振光，不但會給出不同的旋轉角，甚至會使旋轉角的方向相反，因此，測定一個化合物的旋轉角時，必須把測定時的溫度，偏振光的波長和所用的溶劑記錄下來，并于比旋光度或分子旋光度的數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出來.
如果為一個純的液體，則比旋光度為:
a
[a]25D＝----
ιd
如果為溶液，則
100a
[a]25D=--------
ιc
式中[即一個光學活性化合物在25℃時(如在其它溫度時，則寫其它溫度)在鈉光譜中的D線下的比旋光度;a即為在偏振光儀中直接觀察到的旋轉角;為樣品管的長度(以分米為單位);d為密度;c為濃度，其單位為每100毫升溶劑所含被測樣品的克數(shù)由于溶劑能影響旋光度，因此在具體數(shù)據(jù)之后，應注明所用溶劑名稱.
如將比旋光度化成分子旋光度則:
M
[aM]25D=-------[a]25D
100 (M為分子量)
對于純的光學活性化合物來說，則比旋光度和分子旋光度都是很重要的物理常數(shù).
(二)旋光計及其基本原理:一般實驗室中常用的是目測旋光計( polarimeter)可用下列斷面示意圖表示(圖3.2.3):
圖中L為單色光源，一般用鈉光燈，P為尼科耳棱鏡 (Nicol prism)，即偏振鏡( polarizer)，將工發(fā)出的向各個面振動的光，轉感只向平行平面振動的光.偏振光通過具有光學活性化合物的樣品管S后，振動平面即被旋轉了一個角度，通過第二個尼科耳校鏡A(這一尼科耳棱鏡通常稱為“分析” analyser)，這一棱鏡可隨著裝有目能的面板旋轉，以觀察偏振光的旋轉角a.
觀察偏振光的旋轉角，從理論上講，只要先在裝有沒有溶液的樣品管的儀器中，旋轉分析鏡A，至最亮處或最暗處作為零點測定溶液的旋轉角時，只需旋轉分析鏡回到最亮點或最暗點就行了但事實上，人的眼晴對于尋找最亮點或最暗點并不很靈敏，這樣做定不出準確的旋轉角.因此在偏振鏡P后，裝上二個小尼科耳棱鏡H(H稱為半陰影尼科耳， half shadow Nicol)，使由P射出的偏振光東，分成二半，每半個光束分別偏轉一個小的角度和一.因此在分析器A中望去，光東總是半明半暗，唯有轉至一點時(事實上是從原半個最亮點轉過2β角)，光束二邊亮度相等，這一點就定為零點，當測定溶液的旋光度時，將分析鏡再旋轉至光東二邊亮度相等時，便可定出旋轉角α.
(三)操作方法：
1.溶液的制備:在分析天平上正確稱取0.1至0.5克純樣品，在容量瓶中溶解于25毫升的溶劑中，一般的溶劑可選擇水、乙醇或氯仿.溶液配成后須透明無顆粒及濾紙屑，否則需經(jīng)干濾紙過濾.
液體樣品亦可直接用于旋光測定，如旋光角太大，可用較短的樣品管（九料化工http://f670.cn/）.
2.溶液填充進旋光測定計中的樣品管:將樣品管的一頭用玻蓋和銅帽封上，然后將管豎起，口向上，注入溶液至管口，并使溶液因表面張力而形成的凸液面中心高出管頂，于是樣品管上的玻璃蓋貼在管口邊上平移過去，使樣品管中不留空氣泡，然后旋上銅帽.
注意:在玻蓋與玻管之間，系直接接觸，在銅帽與玻蓋之間，須存在橡皮補墊.銅帽與玻蓋之間不可旋壓得太緊，只要不流出液體即可.如果因旋壓得太緊而使玻蓋出現(xiàn)張力，致使樣品管內(nèi)有空隙，也會出現(xiàn)對偏振光的旋轉.
3.測定旋轉度:先行開啟鈉光燈，然后調(diào)節(jié)儀器的目鏡的焦點，使旋柄在向左或向右旋轉時光域的中心明暗分界線清晰、銳利，于是旋轉旋柄使光域的二邊明暗一致，以此作為零點.確定零點后，加樣品管至儀器中，再行旋轉旋柄使光域二邊的明暗一致，以讀出旋光度，一般刻度盤的最小刻度為0.25°，加上游標，可讀至0.01°.
不論在測定零點時或測定化合物溶液的旋轉度時，每次必需反復取得五次讀數(shù)，取其平均值.
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