Удельный угол вращения лекарственных веществ зависит от

Определение оптического вращения

Для оптически активных веществ определяют величину вращения плоскости поляризации. Оптическое вращение — способность вещества отклонять плоскость поляризации при прохождении через него плоскополяризованного света. В зависимости от природы вещества вращение плоскости поляризации может иметь различные направление и величину. Различают правовращающие вещества (условно обозначают d или +) и левовращающие вещества (условно обозначаются I или -). Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают а. Величина угла зависит от природы оптически активного вещества, толщины слоя вещества, температуры и длины волны света. Величина угла вращения прямо пропорциональна толщине слоя. Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации вычисляют так называемое удельное вращение.

Удельным вращением называют вращение плоскости поляризации, вызванное слоем вещества толщиной 1 дм при пересчете на содержание 1 г вещества в 1 мл объема. Для жидких веществ удельное вращение определяют по формуле:

Для растворов веществ:

где аlpha — измеренный угол вращения в градусах; l — толщина слоя жидкости, дм; с — концентрация раствора, выраженная в граммах на 100 мл раствора; d — плотность жидкости.

Величина удельного вращения зависит также от природы растворителя и концентрации раствора. При замене растворителя может изменяться не только величина угла вращения, но и его направление. Во многих случаях удельное вращение постоянно лишь в определенном интервале концентраций. В интервале концентраций, при которых удельное вращение постоянно, можно по углу вращения рассчитать концентрацию вещества в растворе:

Ряд оптически активных веществ в растворе изменяет угол вращения до определяемой постоянной величины. Это объясняется наличием в растворе смеси стереоизомерных форм, имеющих различные значения угла вращения. Только через некоторое время устанавливается в растворе равновесие между различными оптическими изомерами. Особенно часто с этим явлением приходится встречаться при анализе сахаров. Свойство растворов в течение некоторого времени изменять величину угла вращения называется мутаротацией.

Определение угла вращения плоскости поляризации проводят в приборах, называемых поляриметрами. Правила пользования данной моделью поляриметра изложены в инструкции к прибору. Определение, как правило, проводят для D — линии натрия при 20 С.

Общий принцип устройства и работы поляриметров заключается в следующем. Луч от источника света направляется через желтый светофильтр в призму-поляризатор. Проходя через призму Николя, луч света поляризуется, колебания его совершаются только в одной плоскости. Плоскополяризованный свет пропускают через кювету с раствором оптически активного вещества. При этом отклонение плоскости поляризации света определяют с помощью второй, вращающейся, призмы Николя (анализатора), которая жестко связана с градуированной шкалой. Наблюдаемое через окуляр значительное поле, разделенное на две или три части различной яркости, следует сделать равномерно освещенным, поворачивая анализатор. Величину поворота считывают со шкалы. Для проверки нулевой точки прибора проводят аналогичные измерения без исследуемого раствора. Направление плоскости поляризации, как правило, устанавливают направлением поворота анализатора. Конструкция отечественных поляриметров такова, что если для получения однородного освещенного поля зрения приходится повернуть анализатор вправо, т. е. по часовой стрелке, то исследуемое вещество было правовращающим, что обозначается знаком + (плюс) или d. При повороте анализатора против часовой стрелки получаем левое вращение, обозначаемое знаком — (минус) или I.

В других приборах точное направление вращения определяют при помощи повторного измерения, которое проводят либо с половинной толщиной слоя жидкости либо с половинной концентрацией. Если при этом получают угол вращения а/2 или а/2+900, то можно считать, что вещество является правовращающим. Если новый угол вращения равен 90 — а/2 или 180 -а/2, то вещество обладает левым вращением. Удельное вращение не очень сильно зависит от температуры, однако для точных измерений термостатирование кюветы необходимо. При данных по оптическому вращению необходимо указывать применяемый растворитель и концентрацию вещества в растворе, например [а]о = 27,3 в воде (С=0,15 г/мл).

Поляриметрические определения применяют как для установления количественного содержания оптически активных веществ в растворах, так и для проверки их чистоты.

Источник

Зависимость угла вращения от условий измерения

Вы будете перенаправлены на Автор24

Физико – химическое исследование оптически активных веществ

Измерение вращения плоскости поляризации света оптически активных веществ осуществляется благодаря методу физико – химического исследования – поляриметрии.

Измерения осуществляют с помощью оптических приборов — поляриметров, в которых через систему двух поляризующих призм последовательно проходит луч света.

Так как между концентрацией оптически активного вещества и углом вращения существует пропорциональная зависимость, поляриметрические измерения можно использовать для количественного определения оптически активного вещества.

Оптическое вращение, найденное при помощи поляриметрии, пересчитывают в молекулярное или удельное вращение.

По результатам определения знака и величины вращения плоскости поляризации можно предположить и доказать строение, пространственную конфигурацию вещества, сделать выводы о механизме реакции и др.

Хиральные соединения по разному действуют на плоскополяризованный свет. Энантиомеры хирального вещества оказывают действие на поляризованный свет, поэтому являются оптическими изомерами.

Если раствор содержит два энантиомера с равными концентрациями, то он не вызывает вращения плоскости поляризации света и его называют рацемической смесью.

Поляриметрия широко применяется:

• В производстве антибиотиков (определение пенициллина и энзима пенициллиназы при их совместном присутствии). Пенициллин разрушается энзимом пенициллиназы. Так как продукты разрушения пеницилина не обладают оптической активностью, то оптическая активность раствора уменьшается. Изменение вращения плоскости поляризации позволяет определить изменение содержания пенициллина во времени.
• В фармацевтическом производстве для идентификации лекарственных средств.
• Для анализа алкалоидов, эфирных масел и др.

Например: Выделенная из камфорного базилика камфора дает правовращающийся раствор в спирте, при этом удельное вращение плоскости поляризации составляет +8,6º, а выделенная из полыни – дает левовращающийся раствор с удельным вращением плоскости поляризации равным -8,6º. Синтетическая камфора не вращает плоскость поляризации.

Готовые работы на аналогичную тему

Факторы, влияющие на угол вращения

Удельное вращение $[\alpha]$ можно выразить через соотношение

$φ=[\alpha]\cdot l \cdot C.$

Тогда для каждого энантиомера величина вращения зависит от:

• длины волны света;
• толщины образца;
• концентрации оптически активного вещества;
• природы растворителя;
• температуры;
• давления (для газов).

При определении изучении оптической активности вещества учитывают температуру и длину волны $<<\rm [>\alpha <\rm ]>>^t_<\lambda >$. Если вращение измерено при длине волны, которая соответствует $D$-линии натриевой лампы (при 589 нм — желтый цвет), то удельное вращение имеет вид [$\alpha $]D.

Величина молярного вращения $<<\rm [М]>>^t_<\lambda >$ соответствует выражению:

где $M$ – молекулярный вес.

При изменении длины волны, концентрации и растворителя, знак вращения может меняться.

Удельное вращение увеличивается при повышении температуры, а при увеличении длины волны – уменьшается.

Для растворов веществ, чья оптическая активность предопределена молекулярным строением, удельное вращение плоскости поляризации будет зависеть от концентрации раствора и эту зависимость выражают в виде степенного ряда.

Если удельное вращение плоскости поляризации $\alpha $ для вещества является величиной постоянной, то определяют угол вращения $\beta $, а потом по формуле

вычисляют концентрацию раствора.

На практике возможны отклонения от линейной зависимости $[\alpha]$ от концентрации за счет диссоциации, ассоциации и взаимодействия между растворенным веществом и растворителем.

Карбоновые кислоты, обладающие хиральностью, могут менять величину и знак вращения в зависимости от кислотности и основности растворителя, так как недиссоциированная кислота и ее анион характеризуются разной величиной вращения.

Метод поляриметрии применяют для изучения гидролиза сахарозы под влиянием кислоты. В результате реакции образуются $D$-глюкоза и $D$-фруктоза

Удельное вращение сахарозы — +65,5º, D-глюкоза — +52,5º, D-фруктоза — -93,0º.

В процессе гидролиза удельное вращение плоскости поляризации изменяется от +65,5 до -20,2º((+52,5-93,0)/2). Это позволяет по изменению α исследуемого раствора находить содержание сахарозы.

Электронные спектры хиральных молекул

Кривые кругового дихроизма (КД) и дисперсии оптического вращения (ДОВ) тесно связаны с электронными спектрами хиральных молекул:

При индивидуальном электронном переходе максимумы на УФ- и КД-кривых и точка, в которой кривая ДОВ меняет знак, почти совпадают.

На схеме изображен положительный эффект Коттона. В случае, когда максимум кривой КД и длинноволновой экстремум кривой ДОВ отрицательны (направлены вниз), эффект Коттона является отрицательным. При этом энантиомеры дают зеркально – симметричные кривые ДОВ и КД.

В случаях, когда есть несколько максимумов в УФ-спектре, эффект Коттона может быть сложным.

Источник

Контрактное производство

Косметических средств, БАД к пище, фасовка пищевой продукции.

• Вы здесь:
• Возможности
• Качество
• Методики и тесты
• Измерение оптического вращения

Измерение оптического вращения

Оптическое вращение

Оптическим вращением называется способность вещества вращать (поворачивать) плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света. Этим свойством обладают некоторые вещества, которые называются оптически активными. В настоящее время известно много таких веществ: кристаллические вещества (кварц), чистые жидкости (скипидар), растворы некоторых оптически активных веществ (соединений) в неактивных растворителях (водные растворы глюкозы, сахара, молочной кислоты и другие). Все они делятся на 2 типа:

• первый тип: вещества, которые в любом агрегатном состоянии оптически активны (камфора, сахара, винная кислота);
• второй тип: вещества, которые активны в кристаллической фазе (кварц).

Эти вещества существуют в правой и левой формах. Оптическая активность разных форм веществ, относящихся ко второму типу, имеет равные по абсолютной величине значения и разные знаки (оптические антиподы); они идентичны и неразличимы. Молекулы левой и правой форм веществ первого типа по своему строению представляют зеркальные отражения, они отличаются одна от другой (оптические изомеры). При этом чистые оптические изомеры друг от друга не отличаются по своим химическим и физическим свойствам, но отличаются от свойств рацемата – смеси оптических изомеров в равных количествах. Так, например, для рацемата значение температуры плавления ниже, чем у чистого изомера.

Применительно к веществам первого типа деление на «правый» (d) и «левый» (l) условно и это не указывает направление вращения плоскости поляризации, а для веществ второго типа это означает непосредственно направление вращения: «правовращающие» (вращающиеся по часовой стрелке и имеющие значения угла α со знаком «+») и «левовращающие» (вращающиеся против часовой стрелки и имеющие значения угла α со знаком «-»). Рацемат, содержащий левовращающие и правовращающие оптические изомеры, оптически не активен и обозначается знаком «±».

Поляриметрия

Поляриметрия – оптический метод исследований, который основан на свойстве веществ (соединений) поворачивать плоскость поляризации после прохождения через них плоскополяризованного света, то есть световых волн, в которых электромагнитные колебания распространяются только в одном направлении одной плоскости. При этом плоскостью поляризации является плоскость, которая проходит через поляризованный луч перпендикулярно направлению его колебаний. Сам термин «поляризация» (греч. polos, ось) означает возникновение направленности световых колебаний.

Когда поляризованный луч света пропускают через оптически активное вещество, тогда плоскость поляризации изменяется и поворачивается на некоторый определенный угол α – угол вращения плоскости поляризации. Величина этого угла, выраженная в угловых градусах, определяется с помощью специальных оптических приборов – поляриметров. Для измерений используют поляриметры различных систем, но все они основаны на одном принципе работы.

Основные части поляриметра: поляризатор – это источник поляризованных лучей и анализатор – это прибор для их исследования. Эти части представляют собой специальные призмы или пластинки, которые изготавливают из различных минералов. Для измерения оптического вращения луч света от лампы внутри поляриметра сначала проходит через поляризатор для получения определенной ориентации плоскости поляризации, и затем уже поляризованный луч света проходит через исследуемый образец, который размещают между поляризатором и анализатором. Если образец является оптически активным, то его плоскость поляризации поворачивается. Далее поляризованный луч света с измененной плоскостью поляризации попадает в анализатор и не может полностью пройти через него, происходит затемнение. А чтобы луч света прошел через анализатор полностью, его необходимо повернуть на такую величину угла, которая будет равна величине угла вращения плоскости поляризации исследуемым образцом.

Значение угла вращения конкретного оптически активного вещества зависит от его природы, от его толщины слоя, от длины волны света. Значение угла α для растворов также зависит от концентрации содержащегося вещества (оптически активного) и от природы растворителя. Если заменить растворитель, то может измениться угол вращения как по величине, так и по знаку. Угол вращения зависит и от температуры исследуемого образца, поэтому для точных измерений, при необходимости, образцы термостатируют. При повышении температуры с 20°С до 40°С увеличивается оптическая активность. При этом в большинстве случаев влияние температуры, при которой производят измерение, незначительно. Условия, при которых проводят определения (при отсутствии дополнительных указаний): 20°С, длина волны света 589,3 нм (длина волны линии D спектра натрия).

Поляриметрическим методом проводят испытания по оценке чистоты веществ, являющихся оптически активными, и устанавливают их концентрацию в растворе. Чистоту вещества оценивают по величине удельного вращения [α], которая является константой. Значение [α] – это угол вращения плоскости поляризации в конкретной оптически активной среде толщиной слоя 1 дм при концентрации этого вещества 1 г/ мл, при 20°С и длине волны 589,3 нм.

Расчет [а] для веществ, которые находятся в растворе:

Для жидких веществ (например, для некоторых масел):

Теперь, измерив угол вращения, зная величину [α] конкретного вещества и длину ℓ, можно вычислить в исследуемом растворе концентрацию вещества (оптически активного):

Надо отметить, что величина [α] является постоянной, но только в определенном интервале концентраций, которым и ограничивается возможность использования данной формулы.

Применение поляриметрии в контроле качества

Поляриметрический метод исследований применяется для идентификации веществ, проверки их чистоты и количественного анализа.

В фармакопейных целях метод используется для определения количественного содержания и подлинности веществ в лекарственных средствах, а также применяется как испытание на чистоту, подтверждение отсутствия оптически неактивных посторонних веществ. Метод поляриметрии регламентирован в ОФС 42-0041-07 «Поляриметрия» (Государственная Фармакопея РФ XII издание, часть 1).

Важность определения оптической активности для лекарственных средств связано с особенностью оптических изомеров оказывать на организм человека различное физиологическое действие: биологическая активность левовращающих часто сильнее правовращающих изомеров. Например, некоторые лекарственные средства, которые получают синтетически, существуют в виде оптических изомеров, но при этом биологической активностью обладают только в виде левовращающего изомера. Например, лекарственное средство левометицин биологически активен только в левовращающей форме.

В производстве косметической продукции поляриметрия применяется в контроле качества для анализа и определения в сырье и продукции концентрации веществ, являющихся оптически активными, а также их идентификации и чистоты. Этот метод имеет значение, например, при анализе эфирных масел, т.к. биохимическое и физиологическое действие их оптических изомеров различно, есть различия в запахе, вкусе и фармакологических свойствах. Так, (-)-α-бисаболол в ромашке лекарственной оказывает хорошее противовоспалительное действие. Но выделенный из тополя бальзамического (+)-α-бисаболол и полученный синтетически (±)-бисаболол (рацемат) оказывают аналогичное действие, но в значительно меньшей степени.

Что касается запаха, то у одного вещества оптические изомеры отличаются как качеством, так и силой запаха: левовращающие изомеры чаще обладают более сильным ароматом и качество запаха воспринимается как более приемлемое, в то время как правовращающие иногда вообще не имеют аромата. Это имеет важное значение при производстве парфюмерно-косметической продукции. Так, (+)-карвон в эфирном масле тмина и (-)-карвон в эфирном масле мяты обладают совершенно разным запахом.

В состав эфирных масел входят многие компоненты, обладающие свойством оптической активности с разным углом вращением, которые в результате смешения компенсируют друг друга, и тогда эфирное масло имеет результирующее оптическое вращение (оптическое вращение конкретного эфирного масла). Например, угол вращения (по справочным данным) для эфирного масла эвкалипта находится в пределах от 0° до +10°, для эфирного масла лаванды – в пределах от -3° до -12°, для эфирного масла пихты – в пределах от -24° до -46°, для эфирного масла укропа – в пределах от +60° до +90°, для эфирного масла грейпфрута – в пределах от +91° до +92°. При идентификации важно знать, что синтетические эфирные масла не обладают свойством оптической активности, что отличает их от натуральных.

Измерения проводят по ГОСТ 14618.9-78 «Масла эфирные, вещества душистые и полупродукты их синтеза. Метод определения угла вращения и величины удельного вращения плоскости поляризации».

В качестве примера применения поляриметрии в пищевой промышленности можно привести контроль качества меда. Как известно, этот продукт в своем составе содержит моносахариды, редуцирующие олигосахариды, некоторые гидроксикислоты и другие, имеющие различное строение молекул и пространственное расположение групп атомов в них. Эти составляющие компоненты являются оптически активными и их наличие как раз и обуславливает способность изменять плоскость поляризации. Содержащиеся в составе меда различные углеводы (фруктоза, глюкоза, сахароза и другие) вращают плоскость поляризации по-разному, и их различная оптическая активность дает представление о качестве меда. При этом выявляется фальсифицированный мед, например, сахарный мед, имеющий удельное вращение в пределах от +0,00° до -1,49° в отличие от цветочного меда, имеющего удельное вращение в среднем -8,4°. Также можно установить зрелость меда: в меде хорошего качества высокое содержание фруктозы или глюкозы и низкое содержание сахарозы. Измерения проводят по ГОСТ 31773-2012 «Мед. Метод определения оптической активности».

Поляриметрический метод испытаний ценен своей высокой точностью, он прост и занимает мало времени.

На контрактном производстве ООО «КоролёвФарм» в процессе контроля качества сырьевых компонентов и готовой продукции косметической, пищевой продукции и БАД к пище испытания по определению концентрации и чистоты некоторых веществ, обладающих свойством оптической активности, проводятся на поляриметре круговом СМ-3. Данный прибор позволяет измерять угол вращения плоскости поляризации прозрачных и однородных растворов и жидкостей. Например, определение концентрации сахара при производстве сиропов. Также прибор применяется в процессе исследовательских работ при разработке новых видов продукции. Данный поляриметр позволяет измерять угол вращения в пределах 0°-360° с погрешностью не более 0,04°. Поверка прибора в органах государственной метрологической службы с установленной периодичностью обеспечивает точность измерений, что имеет ключевое значение в процессе контроля качества при производстве и выпуске качественной и безопасной продукции.

Источник