ACTIVIDAD OPTICA Y POLARIMETRO

ACTIVIDAD OPTICA Y POLARIMETRO
La actividad óptica es una propiedad de las moléculas quirales, por la cual
modifican el plano de rotación de la luz polarizada. Una molécula quiral es
ópticamente activa y hace girar el plano de polarización de la luz polarizada
a la derecha o a la izquierda.
La actividad óptica se debe a la asimetría.
Si la molécula tiene un átomo de carbono quiral, es asimétrica, y por lo tanto, la
sustancia presentará actividad óptica.
Con todo, la presencia de un átomo de carbono quiral no es una condición
necesaria para la existencia de actividad óptica. Por ejemplo: el ion complejo
hexacoordinado dicloro bis etilendiamincobalto(III), no tiene ningún carbono
quiral, y sin embargo presenta actividad óptica, debido a que su estructura es
asimétrica Por el contrario, existen moléculas que, aún teniendo carbonos
quirales, presentan por “compensación interna” una simetría tal que resultan
ópticamente inactivas. Este es el caso, por ejemplo, de uno de los isómeros del
ácido tartárico (ácido dihidroxibutanodioico), compuesto que presenta dos
carbonos quirales iguales entre sí (unidos a idénticos grupos).
Luz polarizada:
En la luz común, no polarizada, las oscilaciones del campo eléctrico y
magnético ocurren en todas las direcciones perpendiculares a la dirección de
propagación de la luz
Si la luz atraviesa un filtro polarizador (diferentes tipos de cristales), las ondas
luminosas emergen oscilando en un solo plano del espacio.
Cuando la luz polarizada pasa a través de una solución que contiene ciertos
tipos de moléculas asimétricas, el plano de oscilación gira.
(Para dar una idea de cómo funciona esto, imagine que se ata una cuerda a un
árbol del jardín del vecino, sosteniendo el otro extremo en la mano.
Supongamos además que la cuerda pasa entre dos palos verticales de una valla
a mitad de camino. Si se agita la cuerda arriba y abajo, las ondas pasarán entre
los dos palos e irán a parar al árbol. La valla sería entonces "transparente" a
dichas ondas. Pero si las ondas son de derecha a izquierda, chocarán contra los
palos y no pasarán.)
La dirección y magnitud de ese giro ha permitido a los químicos deducir
muchas cosas acerca de la estructura real de las moléculas, y sobre todo de las
orgánicas. De ahí la enorme importancia de la luz polarizada para la teoría
química.
EL POLARÍMETRO
El dispositivo que se utiliza para medir el efecto de la luz polarizada
sobre los compuestos ópticamente activos es un polarímetro. En la figura se
muestra su diagrama. Las partes fundamentales de la operación de un
polarímetro son:
1) una fuente de luz (por lo general una lámpara sodio)
2) un polarizador
3) un tubo para mantener la sustancia (o solución) ópticamente activa en
el rayo luminoso
4) un analizador
5) una escala para medir el número de grados que el plano de la luz
polarizada ha girado.
El analizador de un polarímetro no es más que otro polarizador. Si el tubo del
polarímetro esta vacío, o si se encuentra presente una sustancia ópticamente
inactiva, los ejes de la luz polarizada plana y del analizador estarán
completamente paralelos cuando el instrumento da una lectura de 0º y el
observador detectará que se transmite una cantidad máxima de luz. Si por lo
contrario, el tubo contiene una sustancia ópticamente activa, por ejemplo una
solución de un enantiómero, el plano de polarización de la luz habrá girado un
ángulo α a medida que pasa a través del tubo. Para detectar la máxima
brillantez de la luz el observador tendrá que hacer girar α(º) el eje del
analizador en dirección de las manecillas del reloj o en dirección contraria. Si el
analizador gira en dirección de las manecillas del reloj, se dice que la rotación es
positiva (+). Si la rotación es contraria a la de las manecillas del reloj, se dice que
la rotación es negativa (-). Se dice también que una sustancia que hace girar la
luz polarizada plana en la dirección de las manecillas del reloj es dextrógira y la
que hace girar la luz polarizada plana en dirección opuesta es levógira.
El ángulo α varía de acuerdo al número de moléculas con actividad óptica que se
encuentren en el trayecto de la luz polarizada, por lo que la rotación observada
dependerá de la longitud de la trayectoria que recorra la luz polarizada a través
de la muestra ópticamente activa y de la concentración si está en solución El
ángulo depende de la longitud de onda de la luz empleada, razón por la cual los
polarímetros trabajan con luz de una determinada longitud de onda.
Cada sustancia ópticamente activa se caracteriza por una determinada rotación
específica [α]que se define como:
Ley de Biot
donde α es la rotación (en grados) medida en el polarímetro, l es la longitud del
tubo con la muestra (en decímetros), y c es la concentración (gramos de soluto
en 100mL de solución). La longitud de onda λ de la luz del polarímetro y la
temperatura de trabajo se especifican como subíndice y superíndice
respectivamente. Los polarímetros más sencillos utilizan en general una
lámpara de vapor de sodio; línea amarilla D correspondiente a 589 nm. La
rotación específica es una propiedad característica como el punto de fusión, el
punto de ebullición, etc.
Debido a que los enantiómeros son isómeros con igual estructura pero
configuración opuesta, producen el mismo ángulo de rotación del plano de
vibración de la luz polarizada pero en sentido contrario
Los enantiómeros tienen iguales propiedades físicas y químicas,
excepto:
a) su acción sobre la luz polarizada (siendo diferente el sentido
de la rotación pero igual el valor del ángulo)
b) la reacción con otro compuesto ópticamente activo.
Por ejemplo: en los procesos fisiológicos pueden observarse diferencias entre
los enantiómeros; éstas se deben a que en el organismo reaccionan con enzimas,
cuyas moléculas también son quirales.
Si tenemos una mezcla formada por iguales cantidades de ambos enantiómeros
de una determinada sustancia, no se desviará el plano de la luz polarizada,
debido a que los efectos levógiro y dextrógiro se contrarrestarán.
La mezcla ópticamente inactiva formada por ambos enantiómeros en iguales
cantidades se denomina mezcla racémica.
Material seleccionado por las profs. Raquel Berobide y Claudia Uzal de:
a) trabajos del Prof Alberto Lahore
b) material del Departamento de física de la Universidad de Córdoba
(España)
c) “Cien Preguntas Básicas”, Isaac Asimos
Mayo de 2012