实验四+旋光度测定

对映体
旋光
mp 53℃
基本相同
旋体的生理功能
一、实验目的
1. 掌握旋光仪的使用方法。 2. 了解手性化合物的旋光性及其测 定的原理、方法和意义。

二、实验原理
1.定义：




旋光性 :手性化合物使平面偏振光偏振面 旋转的性质。 旋光物质：具有旋光性的物质称为旋光物质， 或称为光学活性物质。 旋光度(α) ：偏振面被旋转的角度 右旋体和左旋体：若手性化合物能使偏振面右 旋(顺时针)称为右旋体，用(+)表示；而其对映 体必使偏振面左旋(逆时针)相等角度，称为左 旋体，用(一)表示。
A B C D A' A B C D A' B' A' D' C' 旋光性物质 B' A' D' C' 不Leabharlann Baidu光物质 A 乙醇
A
乳酸
α
能使偏振光振动平面向右旋转的物质称右旋体，能使偏振光振动 平面向左旋转的物质称左旋体，使偏振光振动平面旋转的角度称为 旋光度，用α表示。
二、旋光仪与比旋光度
1.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 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。 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 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α。如下图所示：
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 仪。 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

3.目测旋光仪
(1)基本构造
(2)基本原理
从钠光源发出的光，通过一个固定的 Nikol棱镜——起偏镜变成平面偏振光。平 面偏振光通过装有旋光物质的盛液管时， 偏振光的振动平面会向左或向右旋转一定 的角度。只有将检偏棱镜向左或向右旋转 同样的角度才能使偏振光通过到达目镜。 向左或向右旋转的角度可以从旋光仪刻度 盘上读出，即为该物质的旋光度。
第三节 含一个手性碳原子化合物的对映异构
一、对映体异构体 1．对映体异构体——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 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）。 对映异构体都有旋光性，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。 2．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 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 应速度有差异，生理作用的不同等。
测定温度 旋光度（旋光仪上的读数）
[α ] = λ
比旋光度 波长 （钠光D)
t
α L x C
溶液的浓度（g/ml）
盛液长度（分米dm）
当物质溶液的浓度为1g/ml，盛液管的长度为1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，只要把公式中的C换成液体的密度d即可。
最常用的光源是钠光（D），λ=589.3nm,需注明光源的波长。
镜子 COOH 透视式 H C COOH C H
OH CH 3
HO H3C
OH
COOH 顺时针排列
CH 3反时针排列
特征： （1）、不能完全重叠， （2）、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 能完全重叠的特征，称为分子的手性。 具有手性（不能与自身的镜象重叠）的分子叫做手性分子。 连有四个各不相同基团的碳原子称为手性碳原子（或手性中 心）用C*表示。 凡是含有一个手性碳原子的有机化合物分子都具有手性，是 手性分子。
(3)外形
(4)测定
从目镜中可观察到的几种情况： (1)中间明亮，两旁较暗。 (2)中间较暗，两旁较明亮。 (3)视场内明暗相等的均一视场。
测定时，旋转手轮，调整检偏镜刻度 盘，应调节视场成明暗相等的单一视 场，读取刻度盘上所示的刻度值。
读数（同游标卡尺）：
刻度盘分两个半圆分别标出0一 180°，固定游标分为20等分。读 数时，先读游标的0落在刻度盘上 的位置(整数值)，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(可读出两位小数) .

3．旋光仪的零点校正
旋光仪接通电源，钠光灯发光稳定后(约 5min)，将装满蒸馏水的测定管放人旋光 仪中，校正目镜的焦距，使视野清晰。 旋转手轮，调整检偏镜刻度盘，使视场 中三分视场的明暗程度一致，读取刻度 盘上所示的刻度值。反复操作两次，取 其平均值作为零点（零点偏差值）。
4．旋光度的测定
换放盛有待测样品的测试管，按上述方 法测其旋光度值，重复两次，取其平均 值，由葡萄糖溶液的比旋光度计算浓度。 实验完毕，洗净测定管，再用蒸馏水洗 净，擦干存放。 注意镜片应用软绒布揩擦，勿用手触摸。
旋光活性物质旋光度的测定
第一节 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
光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直。
光束前进方向
B C
A
D' C'
光源 （1 ）光的前进方向与振动方向 图 6-1 光的传播
D
A'
B'
（2）普通光的振动平面
在光前进的方向上放一个（Nicol）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
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平 面偏振光，简称偏振光或偏光。
晶轴 A B C D A' 普通光 Nicol棱晶 B' A' 平面偏振光 D' C' A
2．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 旋光性的物质称为旋光性物质（也称为光活性物质）。
COOH
COOH
H
CH3 CH3 OH HO H
乳酸的两种构形
二、外消旋体
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。一般用（±）来表示。
外消旋体与对映体的比较（以乳酸为例）：
旋光性 外消旋体 无旋光 物理性质 mp 18℃ 化学性质 基本相同 生理作用 各自发挥其左右
A B C D
A' B' A' 旋光性物质 D'
A
乳酸
α
目镜（亮）
起偏镜
盛液管
检偏镜
2.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
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 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。
WZZ-2B型自动旋光仪
三、实验步骤
1．待测溶液的配制 用天平准确称取10.0～10.5g葡萄糖和果 糖样品，在100mL容量瓶中配成溶液， 溶液若不透明澄清，用滤纸过滤。
2．装待测液 洗净测定管后，用少量待测液润洗 2—3次，注入待测液，并使管口液面 呈凸面。将护片玻璃沿管口边缘平推 盖好(以免使管内留存气泡)，装上橡 皮填圈，拧紧螺帽至不漏水(太紧会 使玻片产生应力，影响测量)。用软 布擦净测定管，备用 (如有气泡，应赶至 管颈突出处） 。
所用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5%的乙醇中其比旋
光度为： [α ]20 = +3.79 (乙醇，5%)。 D
第二节
旋光性和分子结构的关系
一、手性和对称因素
1． 手性 （以乳酸CH3C*HOHCOOH为例来讨论）
乳酸有两种不同构型（空间排列）
比旋光度：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 有关。因此旋光仪测定的旋光度α并非特征 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 性能，通常用比旋光度 t 来表示物质的旋光性，比旋光度 α D是物 质特有的物理常数 。
2.测定方法：
（2）对称中心
若分子中有一点P，通过P点画任何直线，如果在离P等距离直线 两端有相同的原子或基团，则点P称为分子的对称中心。例如：
H Br P Br COOH H H Br COOH H H H CH3 H CH3 H H Br
P
H H
H
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，因而没 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， 因而有旋光性。
3.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 有无对称因素来判断，最常见的分子对称因素有对称面和对称中 心。 （1）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 是分子的对称面，例如：
H 对称面 Cl H C H Cl C Cl CH3 对称面
C
Cl
具有对称面的分子无手性。