ROTACION OPTICA DE ENANTIOMEROS POR POLARIMETRIA Curso de química orgánica I (QM 234), Escuela de Química, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad Autónoma de Chiriquí, David, Chiriquí, Republica de panamá Acosta, Eibar 4-796-2066 & Méndez, Mónica 4-801-998 Resumen
El presente ensayo, se hizo con la finalidad de describir el polarímetro y su funcionamiento e identificar la familia óptica de los compuestos analizados por polarimetría. Inicialmente se realizó la preparación de las soluciones de glucosa, sacarosa, fructosa y xilosa al 10%. Seguidamente procedimos a utilizar el polarímetro donde graduamos la lámpara hasta obtener una imagen brillante en el ocular, luego colocamos la celda que contenía cada solución y precedimos a enfocar el ocular y buscar la posición de mínima iluminación. Culminando este periodo se realiza la lectura de las soluciones para saber a qué familia óptica pertenecía. La solución de sacarosa nos indicó un [ α] de +12 donde se utilizó una celda de 2 dm y determinamos que es dextrógira (+), luego la solución de galactosa que nos indicó un [ α] de +15.05 donde se utilizó una celda de 2 dm y determinamos que es dextrógira (+). Con la solución de xilosa utilizamos una celda de 1 dm, donde [ α] nos indicó un +18.05 y nos indicó que es dextrógira (+). Y por último la solución de fructosa donde se utilizó una celda de 1dm y nos indicó que es levógira (-) con un [ α] de -30. Para concluir se pudo identificar la familia óptica de cada compuesto analizado en este laboratorio y comprobándolo con la teoría. Palabras calve
Enantiomerismo, polarímetro, dextrógiro, levógiro, sacarosa. Objetivos
1. Describir el polarímetro y su funcionamiento. 2. Identificar la familia óptica de los compuestos analizados por polarimetría. 3. Determinar la rotación óptica de compuestos orgánicos ópticamente activos. Marco teórico
Los enantiómeros son imágenes especulares no superponibles. Se caracterizan por poseer un átomo unido a cuatro grupos distintos llamados asimétricos o quiral. La presencia de un carbono asimétrico (con sustituyentes distintos: metilo, hidrógeno, cloro y bromo) hace posible que la molécula y su imagen especular sean distintas. La presencia de un carbono unido a cuatro sustituyentes diferentes (CH3, -H, -NH2 y -COOH) convierte conviert e a la alanina en un compuesto quiral y ópticamente activo, con una imagen especular (enantiómero) no superponible. (Galagovsky, 2009) Los enantiómeros tienen las mismas propiedades químicas y físicas, a excepción excepció n de su respuesta ante la luz polarizada (actividad óptica). Por ello se los denomina isómeros ópticos. Las moléculas aquirales, sin estereocentros, son ópticamente inactivas. La rotación específica de la luz polarizada, que se mide por medio de un polarímetro, es una propiedad física característica de la estructura de cada enantiómero, de su concentración y del disolvente empleado en la medición. [α]25°D. La
medida de la rotación específica indica la composición enantiomérica del producto. Los dos enantiómeros enantiómeros de la talidomida: la (R)-(+)-talidomida es sedante y no teratógena; su isómero óptico, la –)-talidomida presenta acción teratógena. (S)-( – También tienen las mismas propiedades químicas, excepto si reaccionan con otras moléculas quirales. De hecho, los enantiómeros son moléculas quirales. Por eso, presentan muy diferente actividad biológica ya que la mayoría de las moléculas presentes en los seres vivos son quirales. Por ejemplo, la R()adrenalina es más potente que la S(+)adrenalina. (Galagovsky, 2009) La mezcla en cantidades equimolares de cada enantiómero en una solución se denomina mezcla racémica y es ópticamente inactiva. Uno de los aparatos más usados para determinar la rotación de la luz polarizada causada por los isómeros ópticos. (Gómez, 2012) El polarímetro es un instrumento mediante mediant e el cual se puede determinar el valor de la desviación de la luz polarizada por un estereoisómero ópticamente activo. A partir de un rayo r ayo de luz que atraviesa un filtro polarizador, se puede obtener un rayo de luz polarizada plana, que al pasar por un portamuestras que contiene un enantiómero en disolución, se desvía. Según la orientación relativa entre los ejes de los dos filtros polarizantes, la luz polarizada pasará por el segundo filtro o no. ( Daub, 2005) Materiales y reactivos
Materiales Material
Capacidad
Cantidad
Vaso químico Probeta
250 y 100 mL 50 mL
2 1
Reactivo
Cantidad
Toxicidad
Sacarosa
5g
Reactivos Contacto ocular: Lavar con abundante agua, mínimo durante 15 minutos. Contacto dérmico: Retirar la ropa y calzado contaminados. Lavar la zona afectada con abundante agua y jabón. Inhalación: Mantener la víctima en reposo. Ingestión: Lavar la boca con agua. Ojos: Lavar con agua abundante manteniendo los párpados abiertos. Ingestión: En caso de malestar, pedir atención médica. Inhalación: Ir al aire fresco. Contacto ocular: Lavar con agua. Contacto dérmico: Lavar con Agua, a lo menos por 5 minutos. Inhalación: Si es inhalado, trasladar al aire libre. Si no está
Glucosa
5g
Fructosa
5g
Sigilosa
5g
respirando, dar respiración artificial. Ingestión: No provocar el vómito a menos que lo indique expresamente el personal médico. No dar nada por boca a una persona. Tras inhalación: aire fresco. Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Eliminar ropa contaminada. Tras contacto con los ojos: aclarar con abundante agua. Tras ingestión (grandes cantidades): consultar al médico si subsiste malestar.
Metodología
Cálculos
Prepar Prep arar ar 50 mL de so solu luci cion ones es de glucosa, fructosa, sacarosa y xilosa al 10%. llllen enar ar un una a ce cels lsa a po pola lari rime metr tric ica a con agua destilada y com´ruebe que no tiene burbu bur bujas jas y pre precip cipita itado dos. s.
Cálculos para la rotación óptica observada y especifica: [] =
porcentaje de error:
∙
− 100
Gradue la posicion de la lampara hasta obtener una imagen brillante en el ocular, y verifique que puede onservar todo to doss lo loss ca camp mpos os.. col olo oqu que e la ce celd lda a pola lari rime mettri rica ca con agu gua a dest stiila lad da y gi gira ran ndo el cont co ntro roll o pe peri rilllla a de dell an anal aliz izad ador or..
Sacarosa: 12 0.1(2) 66.3 − 60 66.3
= 60
100 = 9.5%
Galactosa: 15.05 0.1(2)
Anotar el correspond correspondiente iente valor de la es esca cala la,, utitililiza zand ndo o el no noni nio o adosado a la misma. repetir 2 veces mas al ajuste, y promedio de los valores obtenidos. Proceder como en 3 pero con soluciones de glucosa, fructo fru ctosa sa sac sacaro arosa sa y xi xilos losa. a. Proceda a enfocar el ocular y busque la posicion de la maxima penumbra o minima iluminacion.
= 75.25
79 − 75.2 75.25 5
100 = 4.7%
79
Xilosa:
18.05 0.1(1)
= 180.5
18.5 18.5 − 180. 180.5 5 18.5
100 = 878%
Fructosa: 30 0.1(1)
Resultados
93.7 93.73 3 − 300 300
Tabla 1. Lecturas del polarímetro
93.73
Soluci ón
C (g/100m L)
Longit ud de la celda
(α) Observa da
Famil ia óptic a
Sacaro sa galacto sa Xilosa
5g/50m L 5g/50m L 5g/50m L 5g/50m L
2 dm
+12
d
2 dm
+15.05
d
1 dm
+18.05
d
1 dm
-30
l
Fructos a
= 300
100 = 220%
Tabla 2. Resultados del polarímetro solución
(α) calculada
% de error
sacarosa
+60
9.5%
galactosa
+75.25
4.7%
xilosa
+180.5
878%
fructosa
-300
220%
Discusión
En primera instancia se el profesor procede a encender la lámpara de sodio esta la utilizamos porque La fuente de luz debe ser monocromática (luz de una única longitud de onda) debido a que el poder rotatorio específico está definido para una longitud de onda determinada, generalmente la correspondiente a la banda D de emisión de sodio (589nm). Es por ello que es frecuente el uso de lámparas de sodio como fuentes de luz en polarimetría. Seguido preparamos las soluciones de glucosa, fructosa y sacarosa al 10%, utilizamos estas soluciones porque tienen una propiedad importante que permite identificar los carbohidratos, y determinar el grado de pureza de los mismos, particularmente monosacários es la rotación óptica ocasionada por la presencia de centros asimétricos o quirales en la estructura molecular, los cuales desvían el plano de luz polarizada. Esta propiedad no es exclusiva de los carbohidratos pues la presentan todas aquellas sustancias denominadas óptimamente activas, por tener en su estructura centros quirales. (Bruice, 2008). Luego continuamos llenando la celda con agua destilada, generalmente el cero no coincide con la posición máxima de penumbra. Entonces, es necesario determinar el cero con la ayuda de la celda polarimétrica que contiene agua destilada y corregir los valores leídos restándolo a los valores que se obtengan en la lectura de cada muestra. seguidamente después de haber graduado el polarímetro se procede a enfocar el ocular y buscar la posición de máxima penumbra o mínima iluminación. La primera lectura fue con la sacarosa obteniendo una (α) Observada y calculada (ver tabla 1 y 2) considerable con la de la teoría “+66.3” (Merckmillipore.com, 2018), obteniendo así un porcentaje de error aceptable. La segunda lectura se hizo con la galactosa (ver tabla 1 y 2) obteniendo un porcentaje de error muy pequeño en comparación con la teoría “+79” (Merckmillipore.com, (Merckmillipore.com, 2018). La tercera y cuarta lectura se desviaron considerablemente del valor teórico, esto puede estar relacionado en cierto errores a considerar como: 1) mala corrección del cero; esto puede debido a una mala corrección a la hora de ajustar el cero antes de empezar con la práctica, 2) preparación de las soluciones; si las soluciones no se preparan de la manera correcta esta afectaría la el rendimiento a obtener del polarímetro, 3) mal uso
del equipo; al momento utilizar el polarímetro resulta que es un poco complicado en la primera instancia debido a que se tiene que distinguir en la mínima iluminación para tener un dato preciso y a la hora de leer la escala escal a se debe tener una buena vista para alinear las rayas y obtener la escala correcta. Conclusión
Describimos el polarímetro polarímetro y su funcionamiento eficazmente logrando aprender a utilizarlo de la menara correcta. Se identificó la familia óptica de cada compuesto analizado en este laboratorio y comprobándolo con la teoría. Se determinó la rotación óptica de los compuestos orgánicos en este caso carbohidratos los cuales son ópticamente activos por poseer centros quirales.
Referencia bibliográfica
Galagovsky, l. (2009). química orgánica fundamentos teórico-prácticos para el laboratorio. 1st ed. buenos aires: editorial universitaria de buenos aires, p.33. Bruice, P. (2008). Química orgánica. Naucalpan de Juárez (México) [etc.]: Pearson Educación. Wade, L. (2012). Quí mica org á nica. Me ́ xico: Pearson Educaci o ́ n. Daub, G., Seese, W. and Fern a ́ ndez Alvarado, E. (2005). Quí mica. Me ́ xico: Pearson Educaci o ́ n de Me ́ xico. Gomez, juan (2012) química organica EcuRed. [online] disponible en: https://www.ecured.cu/E_de_quimicaorganica.net Merckmillipore.com. Merckmillipore.com. (2018). D(+)-Xilosa CAS 58-86-6 | 108692. [online] disponible en: http://www.merckmillipo http://www.merckmillipore.com/GT/es re.com/GT/es/produ /produ ct/D+-Xylose,MDA_CHEM108692?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fw ww.google.com%2F [Accessed [Acces sed 6 May 2018]. Merckmillipore.com. Merckmillipore.com. (2018). Sacarosa CAS 57-50-1 | 107687 . [online] disponible en: http://www.merckmillipo http://www.merckmillipore.com/GT/es re.com/GT/es/produ /produ ct/Sucrose-saccharose,MDA_CHEM107687?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fw ww.google.com%2F [Accessed [Acces sed 6 May 2018]. Merckmillipore.com. (2018). D(+)-Galactosa CAS 59-23-4 | 104058 . [online] disponible en:
http://www.merckmillipore.co http://www.merckmillipore.com/GT/es/pro m/GT/es/produ du ct/D+-Galactose,MDA_CHEM104058?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fw ww.google.com%2F [Accessed [Acces sed 6 May 2018]. Merckmillipore.com. (2018). D(-)-Fructosa CAS 57-48-7 | 104007 . [online] disponible en: http://www.merckmillipo http://www.merckmillipore.com/GT/es re.com/GT/es/produ /produ ct/D-Fructose,MDA_CHEM104007?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fw ww.google.com%2F [Accessed [Acces sed 6 May 2018].
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Anexos
Cuestionario 1. Hacer un cuadro que muestra la formula estructural, punto de fusión y solubilidad de los compuestos empleados en la práctica. Compue sto Sacarosa
Forma estructural
Punto de fusión 186 °C
Solubilidad Soluble en: Agua en: Agua 203,9 g/100 ml (293K)
Glucosa
Soluble 146 °C en: Agua, en: Agua, Á Á (419 K cido acético )
Xilosa
144145 °C
Galactosa
Soluble en: 440,15 Agua K (167 ° C)
550 g/l
2. Defina los conceptos: Rotación óptica: es la propiedad que presentan algunas sustancias líquidas o
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solutos en solución de rotar el plano de polarización de la luz polarizada que incide sobre la misma. Actividad óptica: óptica: es la capacidad de una sustancia quiral para rotar el plano de la luz polarizada. Rotación especifica: Actividad óptica de una sustancia por unidad de concentración y por unidad de longitud del camino óptico. Enantiómero: son una clase de estereoisómeros de estereoisómeros tales que en la pareja de compuestos la molécula de uno es imagen especular de la molécula del otro y no son superponibles. Quiral o quiralidad: es la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen su imagen especular. Familia óptica: un enantiómero que gira el plano de la luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj, es dextrógiro (d), y se le asigna el símbolo (+) y el otro enantiómero que provoca rotación en el sentido contrario al de las agujas del reloj, es levógiro (l), y se le asigna el símbolo (-), a ambas denominaciones de les denomina familia óptica.
