光学纯度和对映体过剩

所有关于光学纯度而且对映体过量

什么是外消旋混合物？什么是“光学活性”，“光学非活性”和“光学纯”。条款是什么?”l”和“d”是什么意思?公式是什么光学纯度？两者有什么区别光学纯度而且对映体过量？[好吧，这个很快:它们是一样的]。

在这篇文章中，我们将回答所有这些迫切的问题，并做一些工作的例子光学纯度而且对映体过量除了。

目录

1. 路易斯·巴斯德与“对映体”的发现
2. 外消旋混合物是两个对映体的等量混合物，比旋度为0°(光学无活性)。
3. “光学纯”溶液只包含一种对映体
4. 条款l -“而且”d -请参阅每种对映体的“左旋(-)”和“右旋(+)”形式
5. 光学纯度公式
6. 用“光学纯度”测定混合物的摩尔成分
7. 光学纯度=对映体过剩
8. 对映体过剩的另一个实践问题
9. 光学纯度练习题
10. 笔记

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这篇文章是与Matt Pierce共同撰写的有机化学解决方案．问问马特安排在线辅导课程的事在这里．

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1.路易斯·巴斯德与“对映体”的发现

在我们上一篇关于旋光的文章中(看到帖子:旋光性，旋光性，比旋)我们看到，当路易斯·巴斯德将一种化合物的盐结晶时，这种化合物被称为“消旋酸”，他发现它形成了两种不同的晶体。

当重新溶解在水中时，一组晶体顺时针旋转平面偏振光(右旋，“向右”)。

另一组晶体旋转平面偏振光完全一样的程度，但逆时针(左旋，“向左”)。

这令人惊讶有两个原因。

• 首先，消旋酸在当时被认为是一种单一化合物。结果是50:50的混合两个化合物!
• 第二，外消旋酸不会旋转平面偏振光:换句话说，它是光学活性的．然而，这两个组件都是它们自己光学活性的:他们将平面偏振光旋转到相等和相反的程度。

这立即解释了为什么外消旋酸没有光学活性:就像两个大小相等、方向相反的向量相互抵消得到零一样，由每个分量引起的大小相等、方向相反的旋转相互抵消。

巴斯德还注意到晶体形态是彼此的镜像。然后，在不知道分子的精确结构的情况下，他提出了一个见解的飞跃分子本身是彼此的镜像。［注1］

我们现在知道这是真的。我们称两个分子为彼此不可重叠的镜像。”对映体”。

(那些互为重叠镜像的分子，我们称之为“相同的分子”。在化学中，“∀”只是旋转后的“A”)

2.外消旋混合物是两个对映体的等量混合物，比旋度为0°(光学无活性)。

“消旋酸”的两个组分是(2S,3S)-酒石酸，它是左旋的，或(-);和(2 r, 3 r)酒石酸，它是右旋的，或(+)。他们是对映体彼此的:立体异构体，它们是不可重叠的镜像。

我们现在用"外消旋混合物，指的是两者各占一半的比例对映体．(“Racemic”来自拉丁语racemus或者“一串葡萄”，这是对酒石酸晶体也被称为“葡萄酒钻石”的事实的认可)

巴斯德的成就是第一决议的外消旋混合物．

3.“光学纯”溶液只包含一种对映体

就像我们说的，这两个对映体酒石酸的平面偏振光旋转到相等和相反的程度。在上一篇文章中，我们介绍了一种更精确的说法，即that the two对映体酒石酸有等号和对号特定的旋转。

这些“比旋”必须通过实验来测量:手性中心的构型(R或年代)和旋光。

这个术语“比旋”是指对于给定的浓度、温度、波长和溶剂

• 100%的“光学纯”(或“对映纯”)溶液(,年代)酒石酸和0% (R, R)酒石酸的旋光度为-12°。
• 100%的“光学纯”溶液(R, R)酒石酸和0% (,年代)酒石酸的旋光度为+12°。

我们还看到a外消旋混合物的50% (,年代)酒石酸及50% (R, R)酒石酸的旋光度为0°。

4.条款l -“而且”d -请参阅每种对映体的“左旋(-)”和“右旋(+)”形式

如果我们称酒石酸为“左旋式”(-)形式l -和酒石酸的右旋(+)形式d -，那么我们就可以在图上画出以下三个点。[注:在现实世界中，这张图并不总是线性的，但它可以满足我们的目的]

100%光学纯l-酒石酸的比旋度为-12°，随着比例的增加，比旋度逐渐上升至0°d对映体增加到50%。它的摩尔比d形状增加了，旋光性也增加了，对于纯光学来说再次上升到+12°d对映体。

5.光学纯度公式

这提出了一个想法。假设你有一个non-racemic但光不洁净的的混合物l而且d对映体，这种情况在现代有机化学中经常出现[注2]。

对于特定旋度已知的化合物，通过测量其混合物的旋度，就可以算出它的旋度光学纯度并且可以反向计算出对映体．［注3］

例如，假设有一种混合物对映体酒石酸的一种，其旋转度为+6°。

我们可以定义光学纯度随着观察到的旋转混合物的旋光率纯对映体(在相同条件下获得)。

对于酒石酸溶液，观察到旋转为+6°，我们的光学纯度是50%

6.从“光学纯度”到确定混合物的摩尔成分

现在是有时会让人绊倒的部分。混合物的摩尔比是多少?

你的第一个答案可能是50:50。50％d -和50%l -。

但当你仔细想想，那不可能是对的:50-50的混合是对的外消旋，它根本就没有旋光性!

一个“光学纯度的50%实际上意味着主要对映体（d -在这种情况下，由于溶液是右旋的)存在于比次要对映体多50%。（l -)

摩尔比l -而且d -表格的总和必须为100%:

用一些基本的代数知识，我们可以用这两个方程来计算对映体．

例如，在公式2中，我们可以分离出%的d -作为(50% + %l -)．然后，我们可以把这个值代入公式1，得到的值% l -25%。的值% d -那么必须是75%。

所以，远不是50-50，而是50%的混合物光学纯度实际上是75%: 25%的混合物对映体．

一种看待50%价值的方法是"光学纯度50%是显性对映体，50%是a外消旋混合物．

7.光学纯度=对映体过剩

如果你在上面的例子中做了计算，你会注意到d-对映体(75%)超过的百分比l -对映体(25%)乘以50%。这也是我们计算的值光学纯度．

因此,光学纯度等于百分比吗主对映体多于次对映体。

这个术语是"对映体过量，或“e.e”。”for short, is equivalent to the光学纯度实际上更常用于表示混合物的对映体纯度。

所以“光学纯”溶液含有100%的d-对映体和0%的l -对映体会有对映体过量:

100% - 0% = 100%

的光学纯溶液也是如此l -对映体:100% e.e。

一个外消旋混合物，如我们所见，有一个光学纯度的0%。所以，也对映体过量也是0%。

50％d- 50%l= 0%

8.对映体过剩的另一个实践问题

我们再做一道题!

2-溴丁烷有一个对映体过量(e.e.) 75%的人赞成d-对映体。每种对映体的百分比是多少?

首先，确定相关方程:

E.e . = %d- - - - - -% l= 75%

%d -+ %L - = 100%

接下来，对任意一个变量解一个方程，这样你就可以把它代入另一个方程。在这种情况下，我们任意求解%的d-对映体使用第二个方程。

现在，把我们发现的代入第一个方程，在这种情况下，解出的百分比d -对映体。

然后，求解%d我们知道总数等于100%

前两步包含了答案，但我们还可以将这些数字代入e.e的方程中进行检查。

所以含有75% ee的混合物实际上由87.5%的主对映体和12.5%的次对映体组成。

我们之前说过，另一种看待它的方法是75%由主对映体组成，25%由a组成外消旋混合物．

9.光学纯度练习题

让我们做一个稍微不同的问题，这次用光学纯度．

混合物含有3g的(+)-2-溴丁烷和2g的(-)-2-溴丁烷。混合物的旋度是多少，已知(+)-2-溴丁烷的比旋度是+23.1°。

首先，让我们计算一下对映体过量/光学纯度作为十进制数。注意这里的单位(克)可以消掉。

现在，我们要用方程来解出混合物的旋转光学纯度．同样，我们将使用十进制形式，也就是0.2光学纯度(或对映体过量)．

这使混合物旋转了4.62°。

就是这样!顺便说一下，这和有机化学入门课上的数学课一样紧张。不客气

这结束了我们两部分的讨论，光学活度，极化，比旋，和光学纯度．

对这篇文章有问题或评论吗?在下面留下一个!

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再次感谢Matt对这篇文章的帮助。请马特做你的家教!

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笔记

注1。这是1848年提出的，比范霍夫提出四面体碳早了25年。巴斯德的工作是范霍夫提出他的建议的基础之一;有四个不同基团的碳只能以两个不同的形式存在对映体如果碳是四面体。如果碳是方形平面的，这是不可能的。

注2。当对非手性化合物进行对映选择性反应时，这些情况经常发生环氧化反应为巴里·夏普莱斯赢得2001年冠军诺贝尔奖(这个反应恰当地使用了对映体酒石酸使产品具有“手性”)。酶可能是一种更常见的对映选择性催化剂:面包酵母例如，已用于酮的对映选择性还原。

注3。旋光测量(即偏振测量)实际上是一种不可靠的确定方法对映体过量．原因有三。

• 纯粹的旋光对映体可能不知道
• 少量的光学活性杂质可能会导致实验给出完全错误的结果[更新:就像在现实生活中的例子Frondisin B]。
• 旋光性并不总是线性关系对映体过量就像我们在这里说的那样。这是因为Horeau效应．

一种更常见的测量方法对映体过量是通过具有手性固定相的HPLC或GC，还是通过莫舍法．