Spezifischer Drehwinkel

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet von Drehwert)
Wechseln zu: Navigation, Suche
Spezifischer Drehwinkel
 \left[ \alpha \right]_\text {D}^{25} = + 28 \mathrm{ \ (\rho = 2; \ H_2O) }

 \left[ \alpha \right]_{589}^{20} = - 147 \mathrm{ \ (\rho = 4; \ CHCl_3) }

Beispiele für die Angabe des spezifischen Drehwinkels [α] einer chiralen Substanz inklusive der Messbedingungen. Oben: positives Vorzeichen, 25 °C Messtemperatur, gelbes Natriumlicht (Natrium-D-Linie), Konzentration 2 g Substanz gelöst zu 100 ml in Wasser. Unten: negatives Vorzeichen, 20 °C Messtemperatur, 589 nm Wellenlänge, Konzentration 4 g Substanz gelöst zu 100 ml in Chloroform.

Der spezifische Drehwinkel [\alpha], oft auch spezifische Drehung genannt, ist eine physikalische Größe in der Polarimetrie, der die optische Aktivität einer chemischen Substanz oder ihrer Lösung angibt.[1] Der Drehwinkel \alpha auch Drehung oder Drehwert genannt, ist eine Messgröße. Er wird mit Hilfe eines Polarimeters bestimmt und gibt die Drehung der Ebene von linear polarisiertem Licht beim Durchgang durch eine optisch aktive Substanz an.[2]

Drehwinkel[Bearbeiten]

Der Drehwinkel \alpha trägt üblicherweise die Einheit Grad und hat ein Vorzeichen. Wird die Ebene des Lichts beim Blick in Richtung der Lichtquelle im Uhrzeigersinn gedreht, ist das Vorzeichen positiv (+) und man spricht von einer Rechtsdrehung. Im umgekehrten Fall ist das Vorzeichen negativ (−), man spricht von einer Linksdrehung. Die meisten Reinstoffe haben einen Drehwinkel von 0°, sind also optisch inaktiv. Racemate (1:1-Gemische von Enantiomeren) haben auch einen Drehwert von 0°, da sich die Drehwinkel der Enantiomeren gegenseitig aufheben. Viele Naturstoffe (Alkaloide, Aminosäuren, Terpene, Zucker etc.) sind im Unterschied dazu jedoch chiral und kommen in der Natur fast immer als enantiomerenreine Stoffe vor, die einen Drehwert \alpha \neq 0 besitzen.

Spezifischer Drehwinkel[Bearbeiten]

Der gemessene Drehwinkel \alpha hängt von den Messbedingungen ab. Neben der Konzentration der chemischen Substanz und der Schichtdicke der Messanordnung hängt der Wert von dem verwendeten Lösemittel, der Temperatur und der Wellenlänge des verwendeten Lichtquelle ab. Um den Wert davon unabhängig zu machen, wird der spezifische Drehwinkel [\alpha] angegeben:

 \left[ \alpha \right]_\lambda^t = \frac{ \alpha}{\beta \cdot d}

mit

  • dem gemessenen Drehwinkel \alpha; üblicherweise in Grad
  • der Massenkonzentration  \beta der Lösung; üblicherweise in Gramm (g) Substanz je Deziliter (dl) Lösungsmittel
  • der durchstrahlten Dicke d; üblicherweise in Dezimeter (dm)
  • der Messtemperatur t; üblicherweise in Grad Celsius (°C)
  • der Wellenlänge \lambda des Lichts; üblicherweise in Nanometer (nm).

Bei den üblichen Messungen mit gelben Licht der Na-D-Linie (589 nm) wird oft das Kürzel  \left[ \alpha \right]_\text{D}^t verwendet. Der spezifische Drehwinkel [\alpha] hat somit üblicherweise die Einheiten °·cm2·g−1, SI-Einheiten wären rad·m2·kg−1. Das verwendete Lösungsmittel muss zusätzlich angegeben werden. Für einen Stoff ist [\alpha] eigentlich eine intensive Größe, unter Umständen hängt [\alpha] doch von der Konzentration ab und so sollte die Konzentration bei der Messung angegeben werden. Ein Lösemittel kann auch chemische Reaktionen auslösen, siehe Mutarotation.

Molarer spezifischer Drehwinkel[Bearbeiten]

Gelegentlich werden molare spezifische Drehwinkel angegeben, da sie einen besseren Vergleich unterschiedlicher optisch aktive Verbindungen ermöglichen.[3]

 \left[ \alpha \right]_\text{mol} = \frac{ M [\alpha]}{100}

Dieser Drehwinkel wird auch molare Drehung oder Molrotation genannt.[4] Als Symbole werden auch [M], [\Phi] und nach IUPAC \alpha_\text{m} verwendet.

Reine Flüssigkeiten und Feststoffe[Bearbeiten]

Für reine Flüssigkeiten und Feststoffe gilt:

 \left[ \alpha \right]_\lambda^t = \frac{ \alpha}{\rho \cdot d}

Anwendung in Pharmazie und Chemie[Bearbeiten]

Mit Hilfe des spezifische Drehwinkels lassen sich chirale Arzneistoffe identifizieren und ihre Reinheit kontrollieren.[5]

Bei enantioselektiven Synthesen hat man früher mit Hilfe des Drehwinkels die optische Reinheit op (englisch optical purity) des hergestellten Stoffes bestimmt: wenn der gemessene Drehwert bei bekannten Substanzen – z. B. Naturstoffen – identisch mit dem höchsten Literaturdrehwert war, klassifizierte man die optische Reinheit mit 100 %. Heute werden solche analytischen Untersuchungen meist chromatographisch (Dünnschichtchromatographie[6] nach dem Prinzip der chiralen Ligandenaustauschchromatographie,[7][8][9] Gaschromatographie,[10] Hochdruckflüssigkeitschromatographie) unter Verwendung einer chiralen stationären Phase durchgeführt.

In der Lebensmittelchemie wird mittels der Polarimetrie die Konzentration von Zuckerlösungen bestimmt (Saccharimetrie).[11]

Literatur[Bearbeiten]

  • International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC): Quantities, units and symbols in physical chemistry, Blackwell Science, Oxford, 1993. ISBN 0-632-03583-8 (PDF).

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Eintrag: optical rotatory power. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.O04313 (Version: 2.3.1).
  2.  Eintrag: angle of optical rotation. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.A00348 (Version: 2.3.1).
  3. Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.): Lexikon der Chemie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001.
  4. Jürgen Falbe, Manfred Regitz (Hrsg.): CD Römpp Chemie Lexikon. Thieme, Stuttgart, 1995.
  5. Herbert Feltkamp, Peter Fuchs, Heinz Sucker (Hrsg.): Pharmazeutische Qualitätskontrolle. Georg Thieme Verlag, 1983, ISBN 3-13-611501-5, 249–251.
  6. K. Günther, J. Martens, M. Schickedanz: Dünnschichtchromatographische Enantiomerentrennung mittels Ligandenaustausch. In: Angewandte Chemie. 96, 1984, S. 514–515, doi:10.1002/ange.19840960724.
  7. K. Günther: Thin-layer chromatographic enantiomeric resolution via ligand exchange. In: Journal of Chromatography. 448, 1988, S. 11–30.
  8. K. Günther, M. Schickedanz, J. Martens: Thin-Layer Chromatographic Enantiomeric Resolution. In: Naturwissenschaften 72, 1985, S. 149–150.
  9. Teresa Kowalska, Joseph Sherma (Hrsg.): Thin Layer Chromatography in Chiral Separations and Analysis, CRC Press Taylor & Francis Group, Chromatographic Science Series. Band 98, 2007, ISBN 978-0-8493-4369-8.
  10. Kurt Günther, Jürgen Martens und Maren Messerschmidt: Gas Chromatographic Separation of Enantiomers: Determination of the Optical Purity of the Chiral Auxiliaries (R)- and (S)-1-Amino-2-methoxymethylpyrrolidine. In: Journal of Chromatography A. 288, 1984, S. 203–205, doi:10.1016/S0021-9673(01)93696-9.
  11.  Reinhard Mattisek, Gabriele Steiner, Markus Fischer: Lebensmittelanalytik. 4. Auflage. Springer, Berlin 2010, ISBN 978-3-540-92205-6, doi:10.1007/978-3-540-92205-6.