PRÁCTICA N° 4

POLARIMETRÍA(ROTACIÓN ESPECÍFICA DE SUSTANCIAS ÓPTICAMENTE ACTIVAS)

4.1 OBJETIVOS

Identificar los componentes de un Polarímetro, utilizado para detectar la rotación especifica de sustancias ópticamente activas.

Adquirir destreza en la calibración del Polarímetro, para la posterior eficacia en la toma de lecturas.

Determinar el valor de la rotación especifica de sustancias ópticamente activas. Estudiar el efecto que tienen ciertas sustancias sobre la luz polarizada.

4.2 MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES REACTIVOS

Polarímetro POLAX-2L Balón aforado de 100 ml

Soluciones de: glucosa, sacarosa, maltosa.

Vaso de precipitado de 500 ml Agua destilada. Espátula Balanza analítica Papel absorbente

4.3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La polarimetría, en su acepción más amplia, comprende todas las investigaciones de los fenómenos ópticos en que interviene la luz polarizada. Para los fines de este estudio el tema se limita a la medida de la rotación del plano de polarización de la luz cuando esta atraviesa una capa de una sustancia ópticamente activa. La estereoquímica, es el estudio de la estructura tridimensional de las moléculas. El descubrimiento de la eterioisomería fue uno de los hitos más importantes de la teoría estructural de la química orgánica.

Podríamos definir a los estereoisomeros, como aquellos que difieren sólo en la orientación espacial de sus átomos, pero que son iguales en cuanto a que los átomos están unidos entre sí. Existen dos tipos principales de isomería: la isomería geométrica o cis - trans, que se produce cuando la rotación de un carbono respecto a otro se encuentra impedida por la presencia de un enlace doble o en estructuras cíclicas, y la isomería óptica. Los isómeros ópticos, tienen las mismas propiedades químicas y físicas, excepto en la dirección en que hacen rotar el plano de una luz polarizada. El valor de la rotación especifica es el mismo, pero en sentido opuesto. Estos compuestos se llaman enantiómeros. Para que un compuesto sea ópticamente activo, sus moléculas deben ser quirales (quiros = manos), es decir que una molécula y su imagen especular no deben ser superponibles. El instrumento utilizado para medir la rotación específica de las sustancias ópticamente activas es el polarímetro.

El polarímetro consta básicamente de dos elementos polarizantes, uno de los cuales es fijo y el otro gira montado en una escala graduada que permite medir su orientación respecto al primero; la luz monocromática de la lámpara de sodio esta paralela al eje del aparato a través de un colimador y es polarizada por un prisma de Nícol. Existe un prisma auxiliar dispuesto de tal forma que intercepta la mitad del rayo de luz. La radiación pasa después a través de la muestra contenida en un tubo de vidrio de 20 cm de longitud; posteriormente atraviesa el otro prisma de Nícol (analizador) y va al ocular.

El primer auxiliar divide el campo en dos porciones semicirculares iguales, la posición de equilibrio se alcanza girando la escala; entonces una mitad reduce su intensidad luminosa y la otra la aumenta hasta que se consigue que las dos mitades tengan la misma intensidad de luz. Al introducir una sustancia ópticamente activa entre los dos prismas de Nícol (polarizador y analizador) se deshace el equilibrio y es necesario mover la escala para restablecerlo. El movimiento de la escala nos da una medida directa de la actividad óptica de la sustancia.

Para eliminar posibles errores, es preferible hacer primero una medida con el tubo lleno de disolvente (agua, en el caso de disoluciones acuosas). Es preciso asegurarse de que no haya burbujas de aire en el tubo del polarímetro estas burbujas significarían interferencias en el paso del haz de luz, y por tal razón una medida errónea. Para obtener medidas exactas es preciso tener cuidado en llenar el tubo y asegurarse de que no hay filtraciones de luz por ninguna rendija. Las dos tapas del tubo deben estar cuidadosamente limpias y secas. Antes de realizar medida alguna deberá mantenerse encendida la lámpara de vapor de sodio durante 10 a 15 minutos para que, una vez caliente, de su luz característica.

4.4 PROCEDIMIENTO

4.4.1 Calibración del Polarímetro “POLAX-2L”:

Para comenzar a desarrollar la siguiente práctica es esencial la calibración del equipo, debido a la importancia de los resultados que se desean obtener, para lo cual se procede de la siguiente manera:

Encender el Polarímetro POLAX-2L, para el cual se enchufa a un toma de corriente de 110 V y se acciona el swiche que se encuentra al lado del cable ubicado en la parte posterior del equipo.

Tomar el tubo polarimétrico de 200 mm el cual es el indicado para los líquidos claros, llenarlo con agua destilada hasta rebosar y deslizar el lente de vidrio que trae la tapa del tubo de manera horizontal evitando que queden burbujas de aire dentro del tubo y finalmente colocar la tapa del tubo.

Abrir la cubierta del polarímetro y colocar el tubo polarimétrico en el porta tubo del equipo. Cerrar la cubierta del polarímetro.

Descripción del teclado:

a) La tecla R de color azul indica el primer campo.

b) La tecla L de color azul indica el segundo campo.

c) La tecla de color rojo indica la velocidad para ubicar cualquiera de los dos campos.

Proceder a buscar los campos a través de las teclas anteriormente descritas teniendo en cuenta que la tecla roja debe mantenerse siempre oprimida al mismo tiempo en que se manejan ya sean la tecla R o L para una mayor velocidad, visualizándolos de la siguiente forma:

Rotación Derecha (Primer Campo).

Rotación Izquierda (Segundo Campo).

Después de ubicar el primer y segundo campo se procede a ubicar el tercer campo devolviéndose con una leve rotación de tal manera que quede ubicado en la mitad de R y L

Esperar hasta que se ilumine un botón de color verde que se encuentra ubicado debajo de la tecla ZERO y se oprime inmediatamente esta tecla.

En la pantalla del polarímetro debe aparecer la lectura 0.00 indicando que el equipo ya se encuentra calibrado.

Nota: Después de calibrar el equipo es indispensable retirar el tubo polarimétrico desocuparlo y lavarlo con agua destilada para continuar con el análisis de la muestra.

4.4.2 Determinación de la rotación específica:

Para la determinación de la rotación específica, se toman las distintas muestras de sustancias ópticamente activas que se desean analizar y se procede de la siguiente manera:

Tomar el tubo polarimétrico de 200 mm el cual es el indicado para líquidos claros, se desecha el agua destilada utilizada en la calibración del equipo y se procede a llenarlo con la muestra a analizar hasta rebosar y deslizar el lente de vidrio que trae la tapa del tubo de manera horizontal evitando que queden burbujas de aire dentro del tubo y finalmente colocar la tapa del tubo.

Abrir la cubierta del polarímetro y colocar el tubo polarimétrico en el porta tubo del equipo. Cerrar la cubierta del polarímetro.

Proceder a buscar los campos a través de la teclas anteriormente descritas (R o L), teniendo en cuenta que la tecla roja debe mantenerse siempre oprimida al mismo tiempo en que se manejan ya sea la tecla R o L para una mayor velocidad, visualizándose los diferentes campos.

Campo uno Campo dos

Después de ubicar el primer y segundo campo se procede a ubicar el tercer campo devolviéndose con una leve rotación de tal manera que quede ubicado en la mitad de R y L, en este campo se identifica si la muestra es dextrógira o levógira dependiendo de la tecla que se haya utilizado para ubicar este campo: si utilizo la tecla R la sustancia es dextrógira, si utilizo la tecla L la sustancia es levógira.

Inmediatamente ubicado el tercer campo se procede a tomar la lectura de la sustancia.

4.4.3 CÁLCULOS:

4.5 RECOLECCIÓN DE DATOS Y RESULTADOS

La práctica Polarimetría (Rotación específica de sustancias ópticamente activas), se realizo en el equipo Polarímetro POLAX-2L.

4.5.1 Preparación de soluciones:

Se prepararon soluciones de glucosa, sacarosa y maltosa, la glucosa se preparo en el laboratorio para comenzar la práctica, las soluciones de sacarosa y maltosa se prepararon con la finalidad de utilizarlas como muestras problema.

Solución de Glucosa: se peso en la balanza analítica 10,02 g de glucosa, y se adiciono en un vaso de precipitado de 500 ml, se adiciona un poco de agua destilada hasta dilución agitando vigorosamente por unos minutos. Una vez diluida la solución de glucosa se transfiere a un balón de 100 ml y se afora con agua destilada. Se rotula como se observa en la imagen 4-1; Teniendo en cuenta que la concentración se expresa en (g/100 ml).

Figura 4-1 Solución de glucosa 10.02 %

Las siguientes soluciones fueron preparadas con la finalidad de ser utilizadas como solución problema.

Solución de Maltosa: se peso en la balanza analítica 1,497 g de Maltosa, y se adiciono en un vaso de precipitado de 500 ml, se adiciona un poco de agua destilada hasta dilución agitando vigorosamente por unos minutos. Una vez diluida la solución de Maltosa se transfiere a un balón de 100 ml y se afora con agua destilada.

Solución de Sacarosa: se peso en la balanza analítica 1,57 g, y se adiciono en un vaso de precipitado de 500 ml, se adiciona un poco de agua destilada hasta dilución agitando vigorosamente por unos minutos. Una vez diluida la solución de se transfiere a un balón de 100 ml y se afora con agua destilada.

4.5.2 Determinación de la rotación específica:

Una vez preparadas las soluciones, se procede a comenzar con la realización de la práctica. El equipo Polarímetro POLAX-2L se encendió con una anterioridad de 15 minutos antes de comenzar con el desarrollo de la práctica.

Se realizó la calibración del Polarímetro “POLAX-2L”, como se indica en el apartado 4.4.1; en el cual se ubicaron los tres campos polarimétricos y se procedió a oprimir la tecla Zero una vez se ilumine el botón de color verde.

Figura 4-2 Tercer campo polarimétrico ubicado.

Figura 4-3 Polarímetro POLAX-2L calibrado.

Con el polarímetro calibrado se procede a determinar la rotación específica de las diferentes muestras para las cuales se sigue el apartado 4.4.2 (Procedimiento para el análisis de la muestra). Los datos obtenidos por las distintas muestras se registraron en la tabla 4-1.

Sustancia Concentración g/100 ml

Rotación observada en el polarímetro

Rotación Específica

Solución de glucosa 10,02 % 12,20 (+) 60,88 °Solución de maltosa 3,65 % 4,10 (+) 137 °Solución de sacarosa 1,497 % 4,85 (+) 66,37 °

Tabla 4-1 Datos obtenidos por las diferentes muestras ópticamente activas.

Con los datos obtenidos por parte del polarímetro se procede a realizar los diferentes cálculos para determinar la rotación específica de la solución de glucosa y los cálculos necesarios para determinar las concentraciones de las muestras problema (solución de maltosa y solución de sacarosa). Los cálculos se realizaron de la siguiente manera:

Solución de glucosa: el tercer campo se ubico oprimiendo la tecla R, por lo que podemos concluir que la muestra es dextrógira, la rotación reportada por el polarímetro POLAX-2L fue de 12,20 como se puede observar en la figura 4-4.

Figura 4-4 Rotación reportada para la solución de glucosa.

Con este dato se puede determinar la rotación específica de la muestra aplicando la formula de la rotación específica:

Teniendo en cuenta la formula de la rotación específica se procede a realizar los cálculos

Longitud del tubo polarimétrico POLAX-2L = 200 mmLongitud del tubo polarimétrico en decímetros = 200 mm * 1dm /100 mmLongitud del tubo polarimétrico en decímetros = 2 dm

[α] = 12,20 * 100 = 60,88°10,02g/ 100ml * 2 dm

La rotación específica de la solución de glucosa es de (+) 60,88 ° por lo que podemos decir que la glucosa es dextrógira.

Las siguientes dos soluciones fueron las utilizadas como muestras problema dentro del desarrollo de la práctica:

Solución de sacarosa: el tercer campo se ubico oprimiendo la tecla R, por lo que se pudo concluir que la muestra de sacarosa es dextrógira, la rotación reportada por el polarímetro POLAX-2L fue de 4,85 como se puede observar en la figura 4-5.

Figura 4-5 Rotación reportada para la solución de sacarosa.

Se conoce teóricamente que la rotación específica de la sacarosa a 25 °C es de (+) 66,37°. Con base en la formula de la rotación específica se puede determinar la concentración de sacarosa en la muestra, para la cual se procedió así:

C = α * 100[α] * L(dm)

La longitud del tubo polarimétrico en decímetros es de: 2 dm

C = 4,85 * 100 = 3,65 g / 100 ml (+) 66,37° * 2 dm

La concentración de la solución de sacarosa es de 3,65 g / 100 ml.

Solución de Maltosa: el tercer campo se ubico oprimiendo la tecla R, por lo que se pudo concluir que la muestra de maltosa es dextrógira, la rotación reportada por el polarímetro POLAX-2L fue de 4,10 como se puede observar en la figura 4-6

Figura 4-6 Determinación de la rotación específica de la solución de maltosa.

Se conoce teóricamente que la rotación específica de la sacarosa a 25 °C es de (+) 137°. Con base en la formula de la rotación específica se puede determinar la concentración de sacarosa en la muestra, para la cual se procedió así:

C = α * 100[α] * L(dm)

La longitud del tubo polarimétrico en decímetros es de: 2 dm

C = 4,10 * 100 = 1,497 g / 100 ml (+) 137° * 2 dm

La concentración de la solución de maltosa es de 1,497 g / 100 ml.

4.6 CUESTIONARIO:

1. ¿En que consiste la polarimetría?

R/ la polarimetría permite la medida de la rotación del plano de polarización de la luz cuando esta atraviesa una capa de una sustancia ópticamente activa, la medida puede ser detectada por medio de un polarímetro.

2. ¿Qué se entiende por una sustancia ópticamente activa?

R/ una sustancia ópticamente activa es la que rota el plano de la luz polarizada.

3. ¿A qué se le llama sustancias dextrógiras y a cuáles levógiras?

R/ se entiende por sustancia dextrógira (+) cuando su ángulo de rotación se orienta hacia la derecha o en sentido de las manecillas del reloj, son sustancias levógiras (-) si su ángulo de rotación se orienta en sentido contrario a las manecillas del reloj o hacia la izquierda.

4. Una solución de 2 g de (+) - gliceraldehido HOCH2-CHOH-CHO en 10 ml de agua, se coloca en un tubo polarimétrico de 100 mm, con el polarímetro se encontró una rotación de + 1,74 a 25°C. calcular la rotación especifica del (+) – gliceraldehido?

R/ 2 g /10 ml --------------- 0,2 g/ml concentración de la solución de gliceraldehido

Luego se transforma la longitud del tubo polarimétrico en dm

100 m x 1dm / 100mm ---------------------- 1 dm

Luego se determina la rotación específica.

[α] = 1,74° * 100 = 8,7° 0,2 g /ml * 1 dm

La rotación específica del gliceraldehido es de 8,7°

5. Una solución de 0,5 g de (-) epinefrina disueltos en 10 ml de HCL diluido se colocó en un tubo polarimétrico de 20 cm. Con el polarímetro, se encontró que la rotación era de - 5,0° a 25°C. calcular la rotación especifica de la epinefrina?

R/ 0,5 g/ml ----------------- 5g/100 ml concentración de la solución de epinefrina

Luego se transforma la longitud del tubo polarimétrico en dm

20 cm x 1dm / 10 cm---------------------- 2 dm

Luego se determina la rotación específica.

[α] = 5° * 100 = 50,0° 5g / 100ml * 2 dm

La rotación específica de la epinefrina es de 50°

4.7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt, y John A. Dean. Métodos Instrumentales de Análisis, Ed. Continental S.A., 4 a edición, (1972)

William F. Pickering. Química analítica moderna, Ed. Reverte S.A, 2 a edición (1980)

E. Solano Oria, E. Pérez Pardo, F. Tomás Alonso, Prácticas de Laboratorio de Química Orgánica, Practica # 7 Polarimetría, Universidad de Murcia, Secretariado de publicaciones e intercambio científico (1991).

L. G. Wade, JR. Química Orgánica, Capítulo 5, Tema 5.4 Actividad Óptica, Editorial Pearson Educación S.A, Prentice Hall 5 a edición, (2004) Madrid.