5.4: فعالیت نوری
- Page ID
- 215638
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)مطالعه کایرالیتی در اوایل قرن نوزدهم در طی تحقیقات فیزیکدان فرانسوی ژان باپتیست بایوت در مورد ماهیت نور قطبی شده سیاره آغاز شد. پرتوی از نور معمولی شامل امواج الکترومغناطیسی است که در تعداد نامحدودی صفحه در زوایای قائم نسبت به جهت حرکت خود نوسان می کنند. با این حال، هنگامی که پرتوی از نور معمولی از دستگاهی به نام پلاریزه عبور می کند، فقط امواج نوری که در یک صفحه واحد نوسان می کنند از آن عبور می کنند و گفته می شود که نور قطبی صفحه ای است. امواج نور در تمام هواپیماهای دیگر مسدود شده اند.
Biot مشاهده قابل توجهی را انجام داد که وقتی پرتوی از نور قطبی شده از طریق محلول مولکول های آلی خاصی مانند قند یا کافور عبور می کند، صفحه قطبش از طریق یک زاویه، α چرخانده می شود. همه مواد آلی این خاصیت را نشان نمی دهند، اما گفته می شود آنهایی که این خاصیت را دارند از نظر نوری فعال هستند.
زاویه چرخش را می توان با ابزاری به نام پلاریمتر اندازه گیری کرد که در شکل \(\PageIndex{1}\) نشان داده شده است. محلول مولکول های آلی فعال نوری در یک لوله نمونه قرار می گیرد، نور قطبی شده از طریق لوله عبور می کند و چرخش صفحه قطبش رخ می دهد. سپس نور از طریق یک پلاریزه کننده دوم به نام آنالایزر عبور می کند. با چرخاندن آنالایزر تا زمانی که نور از آن عبور کند، می توانیم صفحه جدید قطبش را پیدا کنیم و می توانیم بگوییم که چرخش تا چه حد رخ داده است.
علاوه بر تعیین میزان چرخش، می توانیم جهت را نیز پیدا کنیم. از نقطه دید ناظر که مستقیماً به آنالایزر نگاه می کند، برخی از مولکول های فعال نوری نور پلاریزه را به سمت چپ می چرخانند (در خلاف جهت عقربه های ساعت) و گفته می شود که شناور هستند، در حالی که دیگران نور قطبی را به سمت راست (در جهت عقربه های ساعت) می چرخانند و گفته می شود که راستگرد هستند. طبق قرارداد، چرخش به سمت چپ یک علامت منفی (-) و چرخش به سمت راست یک علامت مثبت (+) داده می شود. (-) - به عنوان مثال مورفین levorotatory است و (+) -ساکارز راست است.
میزان چرخش مشاهده شده در یک آزمایش پلاریمتری بستگی به تعداد مولکول های فعال نوری دارد که با پرتو نور مواجه می شوند. این عدد به نوبه خود به غلظت نمونه و طول مسیر نمونه بستگی دارد. اگر غلظت نمونه دو برابر شود، چرخش مشاهده شده دو برابر می شود. اگر غلظت ثابت نگه داشته شود اما طول لوله نمونه دو برابر شود، چرخش مشاهده شده دو برابر می شود. همچنین اتفاق می افتد که زاویه چرخش بستگی به طول موج نور مورد استفاده دارد.
برای بیان چرخش های نوری به روشی معنی دار به طوری که بتوان مقایسه کرد، باید شرایط استاندارد را انتخاب کنیم. چرخش خاص، [α] D ، یک ترکیب به عنوان چرخش مشاهده شده تعریف می شود زمانی که نور 589.6 نانومتر (nm؛ 1 nm = 10 −9 m) طول موج با طول مسیر نمونه l از 1 دسی متر (dm؛ 1 dm = 10 سانتی متر) و غلظت نمونه c 1 g/cm 3 استفاده می شود. (نور 589.6 نانومتر، به اصطلاح خط سدیم D، نور زرد ساطع شده از لامپ های خیابانی سدیم معمولی است.)
\[[\alpha]_{\mathrm{D}}=\frac{\text { Observed rotation (degrees) }}{\text { Pathlength, } l(\mathrm{dm}) \times \text { Concentration, } c\left(\mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3\right)}=\frac{\alpha}{l \times c} \nonumber\]
هنگامی که چرخش نوری به این روش استاندارد بیان می شود، چرخش ویژه، [α] D، یک مشخصه ثابت فیزیکی یک ترکیب فعال نوری معین است. به عنوان مثال، (+) -اسید لاکتیک دارای [α] D = +3.82، و (-) -اسید لاکتیک دارای [α] D = -3.82 است. یعنی دو انانتیومر نور پلاریزه سیاره ای را دقیقاً به همان اندازه اما در جهت مخالف می چرخانند. توجه داشته باشید که واحدهای چرخش خاص [(deg · cm 2) /g] هستند اما مقادیر معمولاً بدون واحد بیان می شوند. برخی از نمونه های اضافی در جدول ذکر شده \(\PageIndex{1}\) است.
| مرکب | [α] د | مرکب | [α] د |
|---|---|---|---|
| پنی سیلین V | +233 | کلسترول | −۳۱٫۵ |
| ساکارز | +۶۶٫۴۷ | مرفین | −۱۳۲ |
| کافور | +44.26 | کوکائين | −۱۶ |
| کلروفرم | ۰ | اسید استیک | ۰ |
یک نمونه 1.20 گرم کوکائین، [α] D = -16، در 7.50 میلی لیتر کلروفرم حل شد و در یک لوله نمونه با طول مسیر 5.00 سانتی متر قرار داده شد. چرخش مشاهده شده چه بود؟
استراتژی
از آنجا که
\[\alpha]_{\mathrm{D}}=\frac{\alpha}{l \times c} \nonumber\]
سپس
\[\alpha=l \times c \times[\alpha]_{\mathrm{D}} \nonumber\]
جایی که \([\alpha]_{\mathrm{D}}=-16 ; l=5.00 \mathrm{~cm}=0.500 \mathrm{dm} ; c=1.20 \mathrm{~g} / 7.50 \mathrm{~cm}^3=0.160 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3\)
راه حل
\[\alpha=(-16)(0.500)(0.160)=-1.3^{\circ} \text {. } \nonumber\]
آیا کوکائین (به عنوان مثال کار شده ) دکستروتوراتیک یا levorotatory است؟
- پاسخ
-
تسطیح
یک نمونه 1/50 گرم از کونیین، عصاره سمی شوکران، در 10.0 میلی لیتر اتانول حل شد و در یک سلول نمونه با طول مسیر 5.00 سانتی متر قرار داده شد. چرخش مشاهده شده در خط سدیم D 1/21 درجه بود. محاسبه [α] D برای مخروط.
- پاسخ
-
+۱۶٫۱°