旋光活性物质旋光度的测定幻灯片.ppt

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1、旋光活性物质旋光度的测定第1页，共31页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 物质的旋光性物质的旋光性 一、平面偏振光和物质的旋光性一、平面偏振光和物质的旋光性1平面偏振光平面偏振光光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直。第2页，共31页，编辑于2022年，星期六 在光前进的方向上放一个（在光前进的方向上放一个（Nicol）棱晶或人造偏振片，只允许）棱晶或人造偏振片，只允许与棱晶晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱晶，而在其它平与棱晶晶轴互相平行的平面上振动的光线透过棱晶，而在其它平面上振动的光线则被挡住。这种只在一个平面上振动的光称为面上振

2、动的光线则被挡住。这种只在一个平面上振动的光称为平平面偏振光面偏振光，简称偏振光或偏光。，简称偏振光或偏光。第3页，共31页，编辑于2022年，星期六2物质的旋光性物质的旋光性 能使平面偏振光振动平面旋转的物质称为物质的旋光性，具有能使平面偏振光振动平面旋转的物质称为物质的旋光性，具有旋光性的物质称为旋光性物质（也称为光活性物质）。旋光性的物质称为旋光性物质（也称为光活性物质）。能使偏振光振动平面向右旋转的物质称能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体右旋体，能使偏振光振动，能使偏振光振动平面向左旋转的物质称平面向左旋转的物质称左旋体左旋体，使偏振光振动平面旋转的角度称为，使偏振光振动平面旋转

3、的角度称为旋光度旋光度，用，用表示。表示。第4页，共31页，编辑于2022年，星期六二、旋光仪与比旋光度二、旋光仪与比旋光度1.旋光仪旋光仪 测定化合物的旋光度是用旋光仪，旋光仪主要部分是由两个尼测定化合物的旋光度是用旋光仪，旋光仪主要部分是由两个尼可尔棱晶（起偏棱晶和检偏棱晶），一个盛液管和一个刻度盘组可尔棱晶（起偏棱晶和检偏棱晶），一个盛液管和一个刻度盘组装而成。装而成。若盛液管中为旋光性物质，当偏光透过该物质时会使偏光向左若盛液管中为旋光性物质，当偏光透过该物质时会使偏光向左或右旋转一定的角度，如要使旋转一定的角度后的偏光能透过检或右旋转一定的角度，如要使旋转一定的角度后的偏光能透过检偏

4、镜光栅，则必须将检偏镜旋转一定的角度，目镜处视野才明亮，偏镜光栅，则必须将检偏镜旋转一定的角度，目镜处视野才明亮，测其旋转的角度即为该物质的旋光度测其旋转的角度即为该物质的旋光度。如下图所示：。如下图所示：第5页，共31页，编辑于2022年，星期六2.比旋光度比旋光度 旋光性物质的旋光度的大小决定于该物质的分子结构，并与测旋光性物质的旋光度的大小决定于该物质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长等因素定时溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长等因素有关。为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用比有关。为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用

5、比旋光度来表示。比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下旋光度来表示。比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下。第6页，共31页，编辑于2022年，星期六 当物质溶液的浓度为当物质溶液的浓度为1g/ml，盛液管的长度为，盛液管的长度为1分米时，所测物质的旋光分米时，所测物质的旋光度即为比旋光度。若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把公式中度即为比旋光度。若所测物质为纯液体，计算比旋光度时，只要把公式中的的C换成液体的密度换成液体的密度d即可。即可。最常用的光源是钠光（最常用的光源是钠光（D），），=589.3nm,需注明光源的波长。所用需注明光源的波长。所用溶剂不同也会影响物质的旋光度，因

6、此在不用水为溶剂时，需注明溶溶剂不同也会影响物质的旋光度，因此在不用水为溶剂时，需注明溶剂的名称。例如，右旋的酒石酸在剂的名称。例如，右旋的酒石酸在5%的乙醇中其比旋光度为：的乙醇中其比旋光度为：=+3.79(乙醇，乙醇，5%)。第7页，共31页，编辑于2022年，星期六一、手性和对称因素一、手性和对称因素1 手性手性（以乳酸（以乳酸CH3C*HOHCOOH为例来讨论）为例来讨论）乳酸有两种不同构型（空间排列）乳酸有两种不同构型（空间排列）第二节第二节 旋光性和分子结构的关系旋光性和分子结构的关系 第8页，共31页，编辑于2022年，星期六 特征：特征：（1）、不能完全重叠，）、不能完全重叠，

7、（2）、呈物体与镜象关系（左右手关系）。）、呈物体与镜象关系（左右手关系）。物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右手一样）彼此不物质分子互为实物和镜象关系（象左手和右手一样）彼此不能完全重叠的特征，称为能完全重叠的特征，称为分子的手性分子的手性。具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子叫做具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子叫做手性分子手性分子。连有四个各不相同基团的碳原子称为连有四个各不相同基团的碳原子称为手性碳原子手性碳原子（或手性中（或手性中心）用心）用C*表示。表示。凡是含有凡是含有一个手性碳原子一个手性碳原子的有机化合物分子都具有的有机化合物分子都具有手性手性，是，是手性分子。手性分

8、子。第9页，共31页，编辑于2022年，星期六3.分子对称因素分子对称因素 物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从分子中物质分子能否与其镜象完全重叠（是否有手性），可从分子中有无有无对称因素对称因素来判断，最常见的分子对称因素有对称面和对称中来判断，最常见的分子对称因素有对称面和对称中心。心。（1）对称面）对称面 假设分子中有一平面能把分子切成互为镜象的两半，该平面就假设分子中有一平面能把分子切成互为镜象的两半，该平面就是分子的是分子的对称面对称面，例如：，例如：具有对称面的分子无手性。具有对称面的分子无手性。第10页，共31页，编辑于2022年，星期六（2）对称中心）对称中心 若分

9、子中有一点若分子中有一点P，通过，通过P点画任何直线，如果在离点画任何直线，如果在离P等距离直线等距离直线两端有相同的原子或基团，则点两端有相同的原子或基团，则点P称为分子的称为分子的对称中心对称中心。例如：。例如：有对称中心的分子没有手性有对称中心的分子没有手性。物质分子在结构上具有对称面或对称中心的，就无手性，因而物质分子在结构上具有对称面或对称中心的，就无手性，因而没没有旋光性有旋光性。物质分子在结构上即无对称面，也无对称中心的，就具有手性，物质分子在结构上即无对称面，也无对称中心的，就具有手性，因而因而有旋光性有旋光性。第11页，共31页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 含一个手

10、性碳原子化合物的对映异构含一个手性碳原子化合物的对映异构 一、对映体异构体一、对映体异构体1对映体异构体对映体异构体互为物体与镜象关系的立体异构体。互为物体与镜象关系的立体异构体。含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子，含有两种不同含有一个手性碳原子的化合物一定是手性分子，含有两种不同的构型，是互为物体与镜象关系的立体异构体，称为对映异构体的构型，是互为物体与镜象关系的立体异构体，称为对映异构体（简称为对映体）。（简称为对映体）。对映异构体都有旋光性对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的，一个是右旋的。，其中一个是左旋的，一个是右旋的。所以对映异构体又称为旋光异构体。所以对映异构体又称为旋光

11、异构体。2对映体之间的异同点对映体之间的异同点（1）物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的数值相等，仅）物理性质和化学性质一般都相同，比旋光度的数值相等，仅旋光方向相反。旋光方向相反。（2）在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，如反）在手性环境条件下，对映体会表现出某些不同的性质，如反应速度有差异，生理作用的不同等。应速度有差异，生理作用的不同等。第12页，共31页，编辑于2022年，星期六第13页，共31页，编辑于2022年，星期六二、外消旋体二、外消旋体 等量的左旋体和右旋体的混合物，等量的左旋体和右旋体的混合物，左旋体所具有的旋光度，恰好被其右左旋体所具有的旋光度，恰好被其右

12、左旋体所具有的旋光度，恰好被其右左旋体所具有的旋光度，恰好被其右旋体抵销，因此失去了旋光性。这种特殊的混合物，称为旋体抵销，因此失去了旋光性。这种特殊的混合物，称为旋体抵销，因此失去了旋光性。这种特殊的混合物，称为旋体抵销，因此失去了旋光性。这种特殊的混合物，称为外消旋体。外消旋体。一般一般用（用（）来表示。）来表示。外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：旋光性旋光性 物理性质物理性质 化学性质化学性质 生理作用生理作用 外消旋体外消旋体 无旋光无旋光 mp 18 基本相同基本相同 各自发挥其左右各自发挥其左右 对映体对映体 旋光旋光 mp 53 基本相同

13、基本相同 旋体的生理功能旋体的生理功能第14页，共31页，编辑于2022年，星期六 一、实验目的一、实验目的n n 1.掌握旋光仪的使用方法。掌握旋光仪的使用方法。n n 2.了了解解手手性性化化合合物物的的旋旋光光性性及及其其测测定定的的原理、方法和意义原理、方法和意义。第15页，共31页，编辑于2022年，星期六 二、实验原理二、实验原理 1.定义：定义：n n旋光性旋光性旋光性旋光性:手性化合物使平面偏振光偏振面手性化合物使平面偏振光偏振面手性化合物使平面偏振光偏振面手性化合物使平面偏振光偏振面 旋转的性质。旋转的性质。n n旋光物质：具有旋光性的物质称为旋光物质，或旋光物质：具有旋光性

14、的物质称为旋光物质，或称为光学活性物质。称为光学活性物质。n n旋光度旋光度旋光度旋光度()：偏振面被旋转的角度：偏振面被旋转的角度：偏振面被旋转的角度：偏振面被旋转的角度 n n右右右右旋旋旋旋体体体体和和和和左左左左旋旋旋旋体体体体：若若若若手手手手性性性性化化化化合合合合物物物物能能能能使使使使偏偏偏偏振振振振面面面面右右右右旋旋旋旋(顺顺顺顺时时时时针针针针)称称称称为为为为右右右右旋旋旋旋体体体体，用用用用(+)(+)表表表表示示示示；而而而而其其其其对对对对映映映映体体体体必必必必使使使使偏偏偏偏振振振振面面面面左左左左旋旋旋旋(逆逆逆逆时时时时针针针针)相相相相等等等等角角角角度

15、度度度，称称称称为为为为左左左左旋旋旋旋体体体体，用用用用(一一一一)表示。表示。表示。表示。第16页，共31页，编辑于2022年，星期六 比旋光度比旋光度：手性化合物旋光度与溶液浓度、：手性化合物旋光度与溶液浓度、溶剂、测定温度、光源波长、测定管长度溶剂、测定温度、光源波长、测定管长度有关。因此旋光仪测定的旋光度有关。因此旋光仪测定的旋光度并非特征并非特征物理常数，同一化合物测得的旋光度就有物理常数，同一化合物测得的旋光度就有不同的值。因此为了比较不同物质的旋光不同的值。因此为了比较不同物质的旋光性能，通常用比旋光度性能，通常用比旋光度 来表示物质的旋光性，比旋光度来表示物质的旋光性，比旋光

16、度 是物是物质特有的物理常数质特有的物理常数。第17页，共31页，编辑于2022年，星期六第18页，共31页，编辑于2022年，星期六2.测定方法：测定方法：n n 手性化合物的旋光度可用旋光仪来手性化合物的旋光度可用旋光仪来 测定。实验室常用目测或自动旋光测定。实验室常用目测或自动旋光 仪。仪。n n旋光度的测定可以用来判断手性化合旋光度的测定可以用来判断手性化合物的纯度及其含量测定物的纯度及其含量测定第19页，共31页，编辑于2022年，星期六3.目测旋光仪目测旋光仪 (1)基本构造基本构造第20页，共31页，编辑于2022年，星期六(2)基本原理基本原理 从从钠钠光光源源发发出出的的光光

17、，通通过过一一个个固固定定的的Nikol棱棱镜镜起起偏偏镜镜变变成成平平面面偏偏振振光光。平平面面偏偏振振光光通通过过装装有有旋旋光光物物质质的的盛盛液液管管时时，偏偏振振光光的的振振动动平平面面会会向向左左或或向向右右旋旋转转一一定定的的角角度度。只只有有将将检检偏偏棱棱镜镜向向左左或或向向右右旋旋转转同同样样的的角角度度才才能能使使偏偏振振光光通通过过到到达达目目镜镜。向向左左或或向向右右旋旋转转的的角角度度可可以以从从旋旋光光仪仪刻刻度度盘上读出，即为该物质的旋光度。盘上读出，即为该物质的旋光度。第21页，共31页，编辑于2022年，星期六(3)外形外形 第22页，共31页，编辑于202

18、2年，星期六(4)测定测定从目镜中可观察到的几种情况：从目镜中可观察到的几种情况：(1)中间明亮，两旁较暗。中间明亮，两旁较暗。(2)中间较暗，两旁较明亮。中间较暗，两旁较明亮。(3)视场内明暗相等的均一视场。视场内明暗相等的均一视场。第23页，共31页，编辑于2022年，星期六 测测定定时时，旋旋转转手手轮轮，调调整整检检偏偏镜镜刻刻度度盘盘，应应调调节节视视场场成成明明暗暗相相等等的的单单一一视视场场，读读取取刻度盘上所示的刻度值。刻度盘上所示的刻度值。第24页，共31页，编辑于2022年，星期六读数（同游标卡尺）：读数（同游标卡尺）：第25页，共31页，编辑于2022年，星期六刻度盘分两

19、个半圆分别标出刻度盘分两个半圆分别标出0一一180，固定游标分为，固定游标分为20等分。读数时，等分。读数时，先读游标的先读游标的0落在刻度盘上的位置落在刻度盘上的位置(整整数值数值)，再用游标尺的刻度盘画线重，再用游标尺的刻度盘画线重合的方法，读出游标尺上的数值合的方法，读出游标尺上的数值(可可读出两位小数读出两位小数).第26页，共31页，编辑于2022年，星期六WZZ-2B型自动旋光仪型自动旋光仪 第27页，共31页，编辑于2022年，星期六三、实验步骤三、实验步骤 1待测溶液的配制待测溶液的配制 用用天天平平准准确确称称取取10.010.5g葡葡萄萄糖糖和和果果糖糖样样品品，在在100

20、mL容容量量瓶瓶中中配配成成溶溶液液，溶溶液液若不透明澄清，用滤纸过滤。若不透明澄清，用滤纸过滤。第28页，共31页，编辑于2022年，星期六n n 2装待测液装待测液n n 洗洗净净测测定定管管后后，用用少少量量待待测测液液润润洗洗23次次，注注入入待待测测液液，并并使使管管口口液液面面呈呈凸凸面面。将将护护片片玻玻璃璃沿沿管管口口边边缘缘平平推推盖盖好好(以以免免使使管管内内留留存存气气泡泡)，装装上上橡橡皮皮填填圈圈，拧拧紧紧螺螺帽帽至至不不漏漏水水(太太紧紧会会使使玻玻片片产产生生应应力力，影影响响测测量量)。用用软软布布擦擦净净测测定定管管，备备用用(如有气泡，应赶至管颈突出处）如有

21、气泡，应赶至管颈突出处）如有气泡，应赶至管颈突出处）如有气泡，应赶至管颈突出处）。第29页，共31页，编辑于2022年，星期六3旋光仪的零点校正旋光仪的零点校正 旋旋光光仪仪接接通通电电源源，钠钠光光灯灯发发光光稳稳定定后后(约约5min)，将将装装满满蒸蒸馏馏水水的的测测定定管管放放人人旋旋光光仪仪中中，校校正正目目镜镜的的焦焦距距，使使视视野野清清晰晰。旋旋转转手手轮轮，调调整整检检偏偏镜镜刻刻度度盘盘，使使视视场场中中三三分分视视场场的的明明暗暗程程度度一一致致，读读取取刻刻度度盘盘上上所所示示的的刻刻度度值值。反反复复操操作作两两次次，取取其平均值作为零点（零点偏差值）。其平均值作为零点（零点偏差值）。第30页，共31页，编辑于2022年，星期六4旋光度的测定旋光度的测定 换换放放盛盛有有待待测测样样品品的的测测试试管管，按按上上述述方方法法测测其其旋旋光光度度值值，重重复复两两次次，取取其其平平均均值，由葡萄糖溶液的比旋光度计算浓度。值，由葡萄糖溶液的比旋光度计算浓度。实实验验完完毕毕，洗洗净净测测定定管管，再再用用蒸蒸馏馏水水洗洗净，擦干存放。净，擦干存放。注意镜片应用软绒布揩擦，勿用手触摸。注意镜片应用软绒布揩擦，勿用手触摸。第31页，共31页，编辑于2022年，星期六