DETERMINAZIONE DEL POTERE ROTATORIO SPECIFICO DELLA D- E DELLA L-FENILALANINA

DETERMINAZIONE DEL POTERE ROTATORIO SPECIFICO DELLA D- E DELLA L-FENILALANINA

OBIETTIVO

DIMOSTRARE CHE UNA DELLE PROPRIETà INTRINSECHE DI UNA SOSTANZA è LA ROTAZIONE SPECIFICA DELLA SOSTANZA STESSA, OTTICAMENTE ATTIVA, MISURATA IN CONDIZIONI FISSATE CON PRECISIONE.

STRUMENTI & VETRERIA

cella polarimetrica

polarimetro

MATRACCIO DA 100 mL

matraccio da 10 mL

navicella di polietilene

pipetta graduata da 5 ml

pipetta pasteur con gommino

bottiglia a spruzzetta in polietilene

Composti chimici

l-fenilalanina

d-fenilalanina

acqua deionizzata

CENNI TEORICI

La rotazione specifica è una proprietà, intrinseca delle sostanze otticamente attive, che si conura come la proprietà di quest'ultime di ruotare il proprio piano di polarizzazione quando sono attraversate da un raggio di luce  piano-polarizzata. Questo fenomeno ottico riguarda la direzione di vibrazione di un'onda luminosa rispetto alla direzione di proazione che consiste nella predominanza di una particolare direzione di vibrazione tra tutte quelle possibili, la luce ordinaria può risultare polarizzata se il mezzo che essa attraversa è caratterizzato da proprietà ottiche opportune. La luce, costituita da onde elettromagnetiche oscillanti in un numero infinito di piani disposti ad angolo retto rispetto alla direzione di proazione della stessa, rappresenta il raggio ordinario che viene fatto passare attraverso il polarimetro, strumento atto a misurare l'ampiezza ed il verso del piano di polarizzazione in cui una soluzione contenente molecole organicamente attive viene posta in un tubo   porta-campione e la luce che lo attraversa fa verificare la suddetta rotazione, dove le onde di luce oscillanti in un singolo piano emergono, mentre quelle che oscillano in tutti gli altri piani vengono bloccate. La luce è polarizzata in modo destrorotatorio, ruota verso destra in senso orario e presenta un valore positivo, e levorotatorio, ruota a sinistra in senso antiorario presentando un valore negativo. Nel caso in cui una soluzione equimolare consiste di due sostanze, la prima destrorotatoria e la seconda levorotatoria aventi il medesimo valore ma di segno opposto, essa si conura in ultima istanza come racemo o miscela racemica formata da due opposti enantiomeri di un composto chirale e quindi non provoca alcuna rotazione del piano della luce polarizzata perché i contributi delle due sostanze si annullano vicendevolmente. Un enantiomero di una molecola è un composto che ha la sua stessa connessione degli atomi ma differisce per il modo in cui i legami sono orientati nello spazio infatti otteniamo due immagini speculari non sovrapponibili, mentre un composto chirale è costituito da molecole le cui immagini speculari non sono sovrapponibili tra loro.

procedimento

Nell'esperimento abbiamo preso 1 delle 2 navicelle di polietilene ed inserita nella bilancia,  dopodiché abbiamo azzerato il valore corrispondente al peso della navicella, e tramite una spatolina, affinché la misurazione risultasse più accurata, abbiamo aggiunto della D- fenilalanina fino a quando il valore so sul display non diventasse circa uguale a 2,0 g più precisamente 2,0004 g/l. Allo stesso modo ci siamo comportati con la L-fenilalanina ed il campione pesato era di 2,0004 g/l. Successivamente abbiamo riversato, mediante l'uso di due imbuti (uno per la D e l'altro per la L- fenilalanina), il contenuto delle due navicelle rispettivamente nei due matracci da 100 mL. Mediante l'aggiunta di ACQUA DEIONIZZATA abbiamo portato a volume le due soluzioni, dopodiché abbiamo lavato gli imbuti e provveduto a richiudere accuratamente i matracci per evitare la fuoriuscita di gocce di soluzione. Per far avvenire la reazione più velocemente abbiamo cominciato ad agitare i due matracci così facendo abbiamo provveduto ad aumentare gli urti tra le molecole e di conseguenza l'energia cinetica. Quando la soluzione è risultata perfettamente omogenea, ossia non era più visibile la D-fenilalanina da una parte e la L- fenilalanina dall'altra, abbiamo prelevato 5 mL di D-fenilalanina dal primo matraccio e 5 mL di L- fenilalanina dal secondo matraccio, mediante l'utilizzo delle 2 pipette graduate, una per ciascuna soluzione, per evitare di titolare i campioni sottratti dai due matracci, e le abbiamo opportunamente riversate nel matraccio tarato da 10 mL costituendo così la miscela racemica. In seguito ci siamo proposti di preparare una soluzione in cui la D-fenilalanina e L-fenilalanina fossero presenti in rapporto di 1:2(v/v) in cui il volume della D-fenilalanina risultasse la perfetta metà di quello utilizzato per la L-fenilalanina, quindi abbiamo prelevato dal primo matraccio 3,30 mL di D- fenilalanina e dal secondo matraccio 6,70 mL di L-fenilalanina utilizzando il medesimo metodo sovra descritto. Una volta preparate queste ultime due soluzioni abbiamo potuto effettuare la misura polarimetrica. Innanzitutto abbiamo provveduto ad accendere l'apparecchio e pazientato 30 minuti che l'emissione della lampada al sodio si fosse completamente stabilizzata. A questo punto abbiamo riempito la cella polarimetrica di acqua deionizzata*, che rappresenta il nostro solvente, l'abbiamo inserita nel polarimetro e provveduto ad azzerare il valore so sul display. Dopodiché abbiamo svuotato la cella, l'abbiamo asciugata e riempita con la soluzione contenente il campione da analizzare ossia la D-fenilalanina tramite la misurazione abbiamo ottenuto un valore positivo. Allo stesso modo abbiamo fatto con il campione di L-fenilalanina ed abbiamo ottenuto un valore negativo. Per quanto riguarda la miscela racemica anche in questo caso il valore del potere rotatorio specifico è stato negativo, allo stesso modo per l'eccesso enantiometrico, presente in una soluzione in cui i valori del volume sono differenti, come in questo caso la L-fenilalanina presenta un valore di volume pari al doppio dell'altro enantiomero, ed il valore ottenuto è risultato negativo.

CALCOLI

Prepariamo una soluzione 20 g/l in 100 mL, impostando la proporzione:

20 g/l : 1 l = x_grammi/litro : 100 mL

X = = 2,00 g/l

da notare che questo processo va ripetuto dopo la fine di ogni misurazione al fine di pulire la cella polarimetrica da eventuali tracce di soluzione appena misurata.

1)SOLUZIONE: D in 100 mL

Pesiamo 2,0004 g/l di D FENILALANINA(D) e la portiamo a VOLUME=100mL

2)SOLUZIONE: L in 100 mL

Pesiamo 2,0004 g/l di L FENILALANINA(L) e la portiamo a VOLUME=100mL

Calcoliamo le concentrazioni di D ed L nei matracci da 100 mL:

C_D = 0,020004 g/mL

Concentrazione = g/mL

C_L = 0,020004 g/mL

CALCOLIAMO IL POTERE ROTATORIO (

+0,677

(specifico) D = che mediamente dà +0,6755

+0,674

_D = +33,7683

-0,689

(specifico) L=    che mediamente dà -0,689

-0,689

_L = -34,380

3)SOLUZIONE: MISCELA RACEMICA (D:L) (1:1)

Calcoliamo i grammi di D ed L presenti nei 5 mL che abbiamo prelevato dai rispettivi matracci, da 100 mL, per formare la miscela racemica:

D- fenilalanina: 2,0004 g : 100 mL = x_grammi : 5 ml

x_{grammi = =} 0,10002g

L- fenilalanina:  2,0004 g : 100 mL = x_grammi : 5 ml

x_{grammi = =} 0,10002g

Concentrazione racemo = = 0,020004 g/mL

CALCOLIAMO IL POTERE ROTATORIO ( ) DELLA MISCELA RACEMICA:

-0,001

(specifico) D+L =   che mediamente dà -0,002

-0,003

_[D+L]

4)SOLUZIONE: MISCELA CON ECCESSO ENANTIOMERICO (D:L) (1:2)

Volume di D da prelevare  1 ml : 3 mL = x : 10 mL

X = 3,30 mL

Volume di L da prelevare   2 mL : 3 mL = x : 10 mL

X = 6,70 mL

gD:    2,0004 g : 100 mL = x : 3,30 mL

x = 0,066 g

gL:    2,0004 g : 100 mL = x : 6,70 mL

x = 0,132 g

Concentrazione [D:2L] x = 0,02 g

CALCOLIAMO IL POTERE ROTATORIO( ) DELLA SOLUZIONE CON ECCESSO ENANTIOMERICO:

-0,211

(specifico) D+2L= che mediamente dà -0,2105

-0,210

_[D+2L] = = -l0,585

calcoliamo la purezza ottica, ovvero l'eccesso enantiomerico:

eccesso enantiomerico

Conclusioni

Il potere rotatorio di una sostanza rappresenta la caratteristica proprietà di ruotare il piano di vibrazione della luce polarizzata posseduta dai composti cosiddetti otticamente attivi, quindi in un enantiomero di un composto chirale ma non in una miscela racemica perché essendo formata da due enantiomeri aventi stesso valore di segno opposto la sua rotazione specifica viene annullata assumendo un valore pari o prossimo allo zero. Quando si ha una coppia di enantiomeri è basilare essere in possesso di un mezzo per descrivere la composizione della miscela ed il grado di eccesso di un enantiomero in relazione alla sua immagine speculare. Il metodo più comune consiste nell'utilizzare la purezza ottica percentuale, o eccesso enantiomerico, che è pari al rapporto tra la rotazione specifica di una miscela di enantiomeri e la rotazione della sostanza enantiomericamente pura.