Сахариметр

Субтитры

В последнем видеоролике мы увидели, как определять абсолютные конфигурации карвона. И мы увидели, что (R)-карвон пахнет перечной мятой, а (S)-карвон пахнет тмином. И, к слову говоря, я синтезировал немного мятной эссенции на этой неделе – немного (R)-карвона – из лимонена. То есть фактически вы можете трансформировать запах апельсинов в запах перечной мяты. Так что это очень интересный эксперимент. Я настоятельно рекомендую вам попробовать, если у вас будет возможность. Итак, оказывается (R)-карвон и (S)-карвон оптически активны. И они являются энантиомерами друг для друга. И они пахнут по-разному, однако они имеют полностью идентичные точки плавления и точки кипения. И если я проверю точку плавления (R)-карвона, то она будет равна 25. И у (S)-карвона она также будет равна 25. Точками кипения будут 231 и 231. И это объяснимо, потому что эти физические свойства обусловлены внутримолекулярными силами, а (R)-карвон и (S)-карвон обладают идентичными внутримолекулярными силами. Они лишь зеркальные изображения того, как все взаимодействует. Поэтому вполне логично, что все эти значения будут совпадать. Помимо различий в запахе два этих вещества обладают различной оптической активностью. Они будут вести себя по-разному при помещении их в так называемый плоско-поляризованный свет. Итак, давайте посмотрим на эту небольшую схему, чтобы разобраться, каким образом эти молекулы будут взаимодействовать с плоско-поляризованным светом. Итак, у нас есть так называемый поляриметр. Вот он, этот поляриметр, он представляет собой просто трубку. Подпишу название. Отлично. И внутрь поляриметра мы собираемся поместить раствор нашего энантиомера. Итак, если мы выберем один из этих энантиомеров карвона и сделаем из него раствор а затем поместим его в эту трубку, то у нас получится некоторое количество молекул, которые будут плавать внутри этой трубки. Вот так. Теперь нам потребуется источник света. И вот здесь, с левой стороны, у нас есть источник света. Я сейчас нарисую неполяризованный свет, который производится источником света. Итак, это неполяризованный свет. И, как правило, источником света является натриевая лампа. Вот здесь наш свет будет выходить из натриевой лампы, которая эмиттирует свет с длиной волны порядка 589 нанометров. И это называется D-линией натрия. Итак, это D-линия натрия. И когда этот неполяризованный свет проходит через поляризующий фильтр – то вот здесь у нас расположен поляризующий фильтр. И в поляризующем фильтре имеются линии, которые позволяют проникать через них лишь определенным типам света. Итак, когда этот неполяризованный свет проходит через поляризующий фильтр, только эта вертикальная плоскость света может пройти через него. Из всех неполяризованных лучей света только этот один будет проходить. Подпишу мой поляризующий фильтр. Теперь у нас есть плоскость поляризованного света. Эта плоскость поляризованного света поступает в трубку здесь. И когда эта плоскость неполяризованного света (я попытаюсь изобразить ее направление поровней) сталкивается с молекулой, находящейся в растворе в трубке, то она поворачивается в результате взаимодействия с этими частицами. Смотрите внимательно. Эта плоскость света действительно вращается при столкновении с этой частицей. И когда она выходит из трубки – давайте скажем, что она будет двигаться преимущественно в этом направлении – итак, плоскость поляризованного света повернулась в результате взаимодействия с молекулой в трехмерном пространстве – одного из энантиомеров карвона. И когда она выходит из трубки вот здесь, она поступает на анализатор. Вот здесь расположен анализатор. И анализатор похож на фильтр, который вы можете сделать, он пропускает всего лишь один тип плоско-поляризованного света. И если вы хотите, чтобы эта плоскость поляризованного света прошла через него –вот она, вышла из нашего поляриметра вот здесь, наподобие этого –то вам потребуется развернуть ваш анализатор, чтобы позволить этой плоскости света пройти через него. Итак, вам необходимо повернуть ваш анализатор в эту сторону вот под таким углом. И теперь наша плоскость поляризованного света может пройти через наш анализатор. Вот так. И в действительности, она развернулась. Когда мы впервые получили эту плоскость поляризованного света, она была направлена прямо вверх и вниз. Согласны? Так. И теперь она повернута под углом вот таким образом. И мы можем узнать угол наблюдаемой ротации, который обозначается буквой альфа. Вот это - наблюдаемая ротация. Давайте продолжим и перерисуем эту картинку. и мы сможем увидеть немного лучше. Мы начали с плоскости поляризованного света проходящего прямо вверх и вниз. И после того, как плоскость поляризованного света сталкивается с нашей хиральной частицей, она поворачивается вправо. И действительно, она формирует угол между двумя плоскостями вот здесь. Итак, здесь у нас угол, который мы обозначаем как альфа, который равен нашей наблюдаемой ротации. Итак, альфа обозначает наблюдаемую ротацию. И поскольку наша плоскость поляризованного света повернулась вправо –значит она пошла по часовой стрелке. И это мы называем ротацией света по часовой стрелке, мы можем сказать, что это положительная ротация. Итак, это положительная. И здесь на анализаторе, если плоскость повернулась направо, то мы говорим, по часовой стрелке. И называем это положительной ротацией. И вы можете услышать термин декстроротация. Итак, это декстроротация поляризованного света. И теперь, что же произойдет, если плоскость поляризованного света повернется налево? Итак, она прошла через пробирку вот здесь. И в это же время вы должны повернуть анализатор в левую сторону чтобы плоскость света могла пройти. Давайте я изображу это здесь. Итак, мы начнем опять с вертикальной плоскости. И теперь она выходит с этой стороны. И таким образом, наша наблюдаемая ротация будет направлена в левую сторону на этот раз, и поэтому плоскость поворачивается влево. Мы называем это отрицательной ротацией. И поэтому я ставлю здесь знак «минус». Она направлена против часовой стрелки. Также вы можете называть ее леворотацией. Итак, леворотация и декстроротация происходят от латинских слов, обозначающих лево и право, в зависимости от того, куда поворачивается ваша плоскость поляризованного света. Итак, альфа обозначает наблюдаемую ротацию. И понятно, что альфа будет зависеть оттого, сколько молекул будут участвовать в столкновении. Согласны? И если вы удвоите концентрацию в вашей пробирке – если вы увеличите количество молекул в ней – то плоскость поляризованного света будет сталкиваться с большим и большим количеством этих молекул. И она будет поворачиваться все больше и больше. Итак, если вы удвоили концентрацию, то вы фактически удвоили наблюдаемую ротацию. Аналогичная идея справедлива в отношении длины. Я имею ввиду длину трубки. Я могу изменить ротацию меняя концентрацию, которая будет обозначаться С. И я также могу изменить наблюдаемую ротацию, путем изменения длины трубки. Если я удлиню трубку, то плоскость поляризованного света столкнется с большим количеством молекул. И, следовательно, это приведет к более выраженной ротации. И если вы удвоите длину трубки или, так называемую, длину пути, (итак, l это длина пути) то вы так же удвоите наблюдаемую ротацию. Итак, мы можем комбинировать эти моменты в уравнении. Давайте посмотрим на уравнение для наблюдаемой ротации чтобы просто стандартизировать все. Итак, наша наблюдаемая ротация – которая обозначается альфа –изменяется под влиянием концентрации – которая обозначается С –и длины пути –которая обозначается l. Итак, С умножить на l—или длину пути. Это будет равно – давайте обозначим это как специфическую ротацию. И давайте поставим альфа в скобки. И теперь мы можем отметить это как специфическую ротацию. Итак, специфическая ротация представляет собой физическую константу – по аналогии с точкой кипения. Она уникальна для любого оптически активного вещества. И мы можем стандартизировать наши условия в отношении концентрации и длины пути. И таким образом мы можем сравнивать ротации различных веществ и наблюдать сходства и различия в зависимости от того, как они вращают плоско-поляризованный свет вследствие их оптической активности. Итак, в стандартных условиях делается концентрация – стандартная концентрация будет 1 грамм на миллилитр. И длина пути будет 1 дециметр. Итак, 1 дециметр равен 10 сантиметрам, просто чтобы вы имели представление. И это позволяет нам вычислить специфическую ротацию для множества различных веществ. Специфическая ротация также восприимчива к таким вещам, как температура и длина волны. Все так. И если вы измените температуру, то, очевидно, что вы сможете повлиять на вращение. И если вы измените длину волны света, то вы также измените ее. Итак, мы можем также уточнить специфическую ротацию. В терминах температуры в градусах Цельсия. Указываете это как примечание сверху. И после этого длина волны, которая выражается в нанометрах. И это еще один способ узнать специфическую ротацию различных веществ. Давайте посмотрим на эти две оригинальные молекулы, о которых мы говорили – (R)-карвон и (S)-карвон. И если вы возьмете (R)-карвон, чистый образец (R)-карвона, и поместите его в в поляриметр и измерите специфическую ротацию, то вы узнаете, что специфическая ротация (R)-карвона при 20 градусах– то есть, при комнатной температуре – и длине волны, которая будет... которая будет D-линией натриевой лампы – она будет отрицательной и равна 61 градусу. Итак, (R)-карвон будет вращать плоскость света влево. (S)-карвон, как оказывается, будет иметь значение специфической ротации положительное, 61 градус. То есть, он будет вращать вправо. И это очень интересно. Мы можем переписать (R)-карвон, (S)-карвон вот здесь. Мы можем обозначить вот это как (R)-карвон, и мы знаем что это (R), однако она поворачивает плоскость света влево. Поэтому мы ставим здесь отрицательный знак. Вот так вот. А для (S)-карвона, мы знаем, что он обозначается как (S). Мы помним об этом из последнего видеоролика. И он поворачивает плоскость света вправо, и поэтому мы получаем положительный знак. Вы можете использовать положительный знак для того, чтобы пометить свой энантиомер, или вы можете использовать обозначение (S). И корреляция между (R) и (S) отсутствует, так же, как и между положительными и отрицательными значениями. Иногда студенты думают, что она должна быть, однако это не так. Это две совершенно разных вещи. Положительный и отрицательный знаки указывают нам направление, в котором эти молекулы поворачивают плоско-поляризованный свет. (R) и (S) имеют совсем другое значение. Между ними нет никакой связи. Первое, что важно понять в этой концепции – что энантиомеры обладают специфической ротацией, равной по силе, но противоположной по направлению ротации – и автором этого открытия был Луи Пастер. Он, несомненно, очень знаменитый ученый. Он внес огромный вклад в стереохимию. И он кристаллизовал некоторые соли тартрата, и он обратил внимание на то, что кристаллы представляли собой отражения друг друга. И он сидел и сортировал их с помощью пинцета. И затем, когда он растворил их в воде, то обнаружил их специфическую ротацию. И он установил, что при использовании чистых растворов энантиомеров он получал одну оптическую ротацию, а другие энантиомеры показывали значения, полностью противоположные по знаку, но равные по силе. Он был первым, кто открыл это явление. Также он был первым, кто открыл, что если вы берете 50% смесь (R) и 50% смесь (S), то вы получите оптическую ротацию, равную 0. Итак, давайте запишем, что же это будет. И если у вас есть 50% смесь (R) и 50% смесь (S), то есть, абсолютно равные количества энантиомеров, ваша оптическая ротация будет равна 0. Поскольку плоскость поляризованного света сталкивается с этими молекулами, она начинает вращаться в одном направлении. И затем она сталкивается с другой молекулой – энантиомером–которая будет вращать ее в противоположном направлении. И эти два вращения аннулируют друг друга, и в результате вы получите оптически неактивную смесь. Это называется "рацемическая смесь". Итак, давайте запишем это. Рацемическая смесь – это 50% смесь энантиомеров– точная смесь половина-на-половину. И вы увидите, что существует множество химических реакций, которые мы обсудим в будущем, где получаются рацемические смеси. И в следующем видеоролике мы обсудим еще несколько вычислений с участием оптически активных веществ. Subtitles by the Amara.org community