TPL VI - Polarimetría 2016

UNIVERSIDAD NACIONAL DE JUJUY
FACULTAD DE INGENIERIA
QUIMICA ORGANICA
TRABAJO PRACTICO DE LABORATORIO
Polarimetría- Isomería óptica
OBJETIVOS
1.- Calcular la rotación específica de un hidrato de carbono
2.- Calcular la concentración del hidrato de carbono en una muestra problema.
3.- Determinación de la rotación específica de azúcar invertido.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA:
Luz polarizada:
Un rayo de luz natural lleva asociada una onda electromagnética, cuya vibración tienen lugar en un
número infinito de planos perpendiculares a la dirección de propagación. Si pudiéramos ver dicho
rayo por un extremo, veríamos las vibraciones en todas las direcciones. Cuando esta luz atraviesa
un polarizador, solamente las ondas que vibran en la misma dirección que el eje del filtro
(polarizador) pueden pasar a través de él, así la luz que emerge vibra solamente en una dirección y
se dice que está polarizada.
Ondas vibrando en
todas las direcciones
Ondas vibrando en
un solo plano
Podemos sentir los efectos de una lente polarizada al colocarnos un par de anteojos polarizados
para el sol. Estos anteojos sólo permiten pasar la luz que oscila en un solo plano, y es la causa de
que bloqueen las reflexiones (el resplandor) mejor que los lentes para sol no polarizados.
Isomería óptica:
Existen numerosos compuestos orgánicos que poseen actividad óptica. Aquellos que desvían el
plano de luz polarizada hacia la derecha, es decir en el mismo sentido que el movimiento de las
agujas del reloj, reciben el nombre de sustancias dextrógiras (positivas), mientras que aquellas
que hacen girar el plano de polarización en sentido opuesto se denominan levógiras (negativas).
El instrumento con el que se mide esta propiedad se denomina polarímetro y su funcionamiento se
esquematiza en la siguiente figura
La luz de una lámpara de sodio pasa a través de un filtro que selecciona la luz amarilla de emisión
(la línea D, haz monocromático). Ésta atraviesa por un prisma de Nicol (filtro polarizador), la luz
que sale de este filtro se encuentra polarizada en un plano, esta luz se hace pasar a través del tubo
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de extremos de vidrio transparente y perfectamente planos (este tubo contiene la muestra a
analizar), y después el rayo pasa a través de un segundo prisma de Nicol (filtro analizador). El
analizador está unido a un disco D con escala graduada en grados y fracciones de grado que
puede rotarse con el que se mide la desviación del plano de polarización causada por la muestra.
El rayo sigue a través de un sistema de lentes apropiado y finalmente llega al ocular donde se
ubica el ojo del observador. El sistema está montado en un pie adecuado.
El punto “cero” de la escala es aquél en que la transmisión de luz es máxima estando el tubo del
polarímetro vacío o lleno con una sustancia sin actividad óptica o sea que la máxima luminosidad
indica que los ejes de transmisión del analizador y del polarizador son paralelos. Si se hace girar el
analizador 90º con respecto a la posición cero, la transmisión de la luz polarizada se desvía hacia
un lado o hacia el otro y la luz que llega al ojo del observador está disminuida en intensidad;
haciendo girar el analizador, se alcanza un punto en que queda restablecida la intensidad original.
Indudablemente, en esta posición el eje de transmisión del analizador es paralelo al plano de
polarización de la luz y el ángulo de desviación, en uno u otro sentido, se puede leer en la escala.
El campo de observación del polarímetro se divide en dos o más partes (generalmente dos) que
pueden ser comparadas con una precisión de hasta 0,01º.
El poder rotatorio de una sustancia dada, en estado disuelto, depende de la concentración de
la solución, de la longitud del tubo polarimétrico, de la temperatura a que se practique la
observación, de la longitud de onda de la luz empleada y de la naturaleza del solvente. Los
resultados suelen expresarse en términos de: [α] rotación específica, que es el número de grados
desviados del plano de la luz polarizada, por una solución que contenga 1g de sustancia por
mililitro de solución en un tubo de 1 dm de largo a una temperatura y longitud de onda determinada.
A partir de la rotación observada α, se calcula la rotación específica con la siguiente ecuación:
 TD
=

L C
(1)
Donde: C es la concentración de la solución en g/mL ; L= longitud del tubo en dm
T es la temperatura en °C, D indica que la luz incidente es la línea D del Sodio,
α es la desviación observada y [α] es la rotación específica
El valor resultante, que puede ser positivo (sustancias dextrógiras) o negativo (sustancias
levógiras) se expresa indicando la temperatura a que se hizo la medición y la naturaleza de la
fuente luminosa o la longitud de onda. También hay que indicar la naturaleza del solvente y la
concentración de la solución.
Ejemplo:
[α]D20 = + 66,53º (agua, 0,26 g/mL)
Significa que a 20ºC de temperatura, utilizando la línea D del Na (5893Ǻ ), una muestra en
solución acuosa de concentración 0,26 g/mL tiene una rotación específica de + 66,53º.
El α (ángulo real leído) en un tubo de 1 dm (10 cm) será:
α = 0,26 x 66,53 = 17,3
α = 17,3º ( 17º 19’ en el sistema sexagesimal)
Rotación especifica de algunas sustancias:
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PARTE EXPERIMENTAL
1. EQUIPO Y MATERIALES
• Polarímetro: Se utilizará un polarímetro cuyo tubo polarimétrico tiene 2 dm (20cm) de largo. El
tubo debe estar perfectamente limpio.
• Balanza
• Matraz aforado
• Probeta
• Erlenmeyer.
• Refrigerante.
• Regla
• Embudo
• Varilla de vidrio
• Hidratos de carbono seleccionados.
• HCl al 20%.
• Agua destilada
2.
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Procedimiento General
Determinar el cero del aparato, que generalmente coincide con 0° (cero grados) de la escala,
para ello se llena el tubo T (que deberá estar perfectamente limpio) con agua destilada que no
es ópticamente activa y cuidando que no queden burbujas de aire en su interior, se tapa, se
seca exteriormente con un paño limpio y se lo coloca en el polarímetro y se observa por el
ocular el aspecto del campo. Se gira el analizador hasta que los dos hemicampos estén
igualmente iluminados. Se lee esta posición: L0.
Colocamos en el tubo la solución de la sustancia de concentración conocida a una temperatura
T conocida. Tener la precaución de enjuagar el tubo con la solución a medir.
Si la sustancia es ópticamente activa, desaparecerá la igualdad de iluminación en las dos
zonas del campo (hemicampos). Se hace girar el analizador y junto con él girará la escala
graduada, hasta obtener nuevamente igualdad de iluminación. La sustancia en observación
será dextrógira si para establecer la igualdad de iluminación es necesario girar el analizador
hacia la derecha o será levógira en caso contrario.
Giramos el analizador hasta conseguir igual iluminación en los dos hemicampos. Anotamos la
nueva posición L1. Calculamos α = L1 – L0. Realizar tres mediciones de la misma muestra.
Determinamos la rotación específica mediante la fórmula (1)
3. Determinación de la concentración de una solución de un hidrato de carbono
 Preparar una solución de glucosa o fructosa, según se indique, al 10% p/v en un matraz
aforado. Agitar la mezcla hasta disolver
 Medir la actividad óptica. Anotar tanto la dirección como el número de grados de la rotación
para la solución del hidrato de carbono.
 Calcular la rotación específica de la disolución. Compararla con el valor correspondiente a la
glucosa pura y a la fructosa pura.
 Calcular el error relativo.
 Luego, se coloca en el tubo del polarímetro la solución incógnita, cuya concentración queremos
determinar.
 Determinamos la concentración utilizando la fórmula (1) y utilizando el valor de α calculado
anteriormente.
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ANEXO:
4. Determinación de la rotación específica de la sacarosa y de azúcar invertido.
Prepare una solución al 5% p/v de sacarosa y use una alícuota para llenar el tubo del
polarímetro de modo que no queden burbujas. Mida su rotación óptica y calcule la rotación
especifica de la sacarosa.
 Prepare otra solución con 5 g de sacarosa en 60 mL de agua destilada y 40 mL de HCl al 20
%, y determine su rotación óptica a t=0. Proceda a calentar esta solución con un refrigerante
de aire a 40°C (no a mayor temperatura) hasta reacción completa y mida cada 20 minutos la
rotación óptica y calcule la rotación especifica de la mezcla para cada tiempo de medida.
El azúcar invertido es el producto de la hidrólisis completa en medio ácido de la sacarosa en
fructosa y glucosa ¿Qué conclusiones puede sacar de esta experiencia respecto al nombre “azúcar
invertido”?
Reacción
HCl
Tener las siguientes precauciones:
a) La temperatura de la solución desconocida debe coincidir exactamente con la temperatura T
a la que se midió la muestra conocida. Si así no ocurriese, enfriar o calentar, según
convenga.
b) Enjuagar dos o tres veces el tubo T con la muestra incógnita, desechando el líquido de
enjuague.
Cuestionario
1) Defina isomería. ¿Qué tipos de isómeros conoce?
2) I) ¿Qué entiende por isomería geométrica?
II) Describa y dé ejemplos de todos los tipos de isómeros geométricos que conozca.
3) ¿Qué tipo de isomería presentan el ácido fumárico y el ácido maleico?
4) I)¿Qué son isómeros ópticos?.
II)¿Todos los isómeros ópticos necesariamente son óptimamente activos? Justifique la
respuesta dando ejemplos.
5) ¿Cómo efectúa la determinación de la rotación específica de la glucosa?.
6) ¿Qué datos adicionales deben acompañar al valor numérico de α?.
7) ¿Cuáles son la unidades de [α]. : α : C : I? .
8) ¿Cuál será la concentración de una solución cuyo [α].= +85 y el ángulo real leído con el
polarímetro de l = 1 dm es de 18,3º?.
9) ¿Cuál será la concentración de una solución de fructosa si su [α]. = -92º, el [α] observado =
-15º y l = 20 cm?
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