Activitat òptica
.svg){kind=link}
La rotació òptica, també coneguda com a rotació de polarisació o birrefringencia circular, és la rotació de l'orientació del pla de polarisació sobre l'eix òptic de la llum polarisada linealmente a mida que viaja a través de certs materials. La birrefringencia circular i el dicroísmo circular són les manifestacions de la activitat òptica. L'activitat òptica ocorre solament en materials quirales, aquells que carixen de simetria d'espill microscòpic. A diferència d'atres fonts de birrefringencia que alteren l'estat de polarisació d'un fes, l'activitat òptica es pot observar en els decorreguts. Açò pot incloure gasos o solucions de molècules quirales com a sucres, molècules en estructura secundària helicoidal com algunes proteïnes i també cristals líquits quirales. També es pot observar en sòlits quirales com certs cristals en rotació entre plans cristalins adjacents (com el cuarzo) o metamateriales.
En observar la font de llum, la rotació del pla de polarisació pot ser cap a la dreta (dextrorrotativo — d-rotatiu, representat per (+), en el sentit de les agulles del rellonge), o cap a l'esquerra (levorrotario — l-rotatiu, representat per (-), en sentit contrari a les agulles del rellonge) segons l'estereoisómero dominant. Per eixemple, la sacarosa i l'alcamfor són d-rotatius mentres que el colesterol és l-rotatiu. Per a una substància donada, l'àngul pel qual gira la polarisació de la llum d'una llongitut d'ona específica és proporcional a la llongitut del camí a través del material i (per a una solució) proporcional a la seua concentració.
L'activitat òptica es medix utilisant una font polarisada i un polarímetro. Esta és una ferramenta particularment utilisada en l'indústria azucarera per a medir la concentració de sucre de l'aixarop i, en general, en química per a medir la concentració o proporció enantiomérica de molècules quirales en solució. La modulació de l'activitat òptica d'un cristal líquit, vista entre dos polarisadors de full, és el principi de funcionament de les pantalles de cristal líquit (utilisades en la majoria dels televisors i monitors de computadora moderns).
Formes
[editar | editar còdic]La dextrorotación i la levorotación[1][2][3] són térmens utilisats en química i física per a descriure la rotació òptica de la llum polarisada en un pla. Des del punt de vista de l'observador, la dextrorotación es referix a la rotació en el sentit de les agulles del rellonge o cap a la dreta, i la levrotación es referix a la rotació en el sentit contrari a les agulles del rellonge o cap a l'esquerra.[4][5]
Un compost químic que causa la dextrorotación es diu dextrorrotatorio, mentres que un compost que causa levrotación es diu levorrotatorio.[6] Els composts en estes propietats consistixen en molècules quirales i es diu que tenen activitat òptica. Si una molècula quiral és dextrógira, la seua enantiómero (image especular geomètrica) serà levógiro i viceversa. Els enantiómeros giren la llum polarisada en un pla el mateix número de graus, pero en direccions opostes.
Prefixos de quiralidad
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Quiralidad (química).
Un compost es pot etiquetar com dextrógiro usant el prefix "(+)-" o " d -". Aixina mateix, un compost levógiro pot etiquetar-se usant el prefix "(-)-" o " l -". Els prefixos " d -" i " l -" en minúscules estan obsolets i són distints dels prefixos " D -" i " L -" en MAYÚSCULAS PEQUEÑAS . Els prefixos " D -" i " L -" s'utilisen per a especificar el enantiómero dels composts orgànics quirales en bioquímica i es basen en la configuració absoluta del compost en relació en el (+)- gliceraldehído, que és la forma D per definició. El prefix que s'usa per a indicar la configuració absoluta no està directament relacionat en el prefix (+) o (-) que s'usa per a indicar la rotació òptica en la mateixa molècula. Per eixemple, nou dels dèneu L - aminoàcits que es troben naturalment en les proteïnes són, a pesar del prefix L -, en realitat dextrógiros (a una llongitut d'ona de 589 nm), i la D - fructosa a voltes es denomina "levulosa" perque és levógira.
Els prefixos D i L descriuen la molècula com un tot, de la mateixa manera que els prefixos (+) i (-) per a la rotació òptica. Pel contrari, els prefixos (R)- i (S)- de les regles de prioritat de Cahn-Ingold-Prelog caracterisen la configuració absoluta de cada estereocentro quiral específic en la molècula, en lloc d'una propietat de la molècula com un tot. Una molècula que té exactament un estereocentro quiral (generalment un àtom de carbono asimètric) es pot etiquetar (R) o (S), pero una molècula que té múltiples estereocentros necessita més d'una etiqueta. Per eixemple, l'aminoàcit essencial L-treonina conté dos estereocentros quirales i s'escriu (2 S ,3 S ) -treonina. No existix una relació estricta entre les designació R/S, D/L i (+)/(−), encara que existixen algunes correlació. Per eixemple, dels aminoàcits naturals, tots són L i la majoria són (S). Per a algunes molècules, el enantiómero (R) és el enantiómero dextrógiro (+), i en atres casos és el enantiómero levógiro (-). La relació deu determinar-se cas per cas en medicions experimentals o models informàtics detallats.[7]
Història
[editar | editar còdic]
.jpg){kind=link}
La rotació de l'orientació de la llum polarisada linealmente va ser observada per primera volta en 1811 en cuarzo pel físic francés François Arago.[8] En 1820, l'astrònom anglés Sir John F. W. Herschel va descobrir que diferents cristals de cuarzo individuals, les estructures cristalines dels quals són imàgens especulares entre sí, giren la polarisació llineal en cantitats iguals pero en direccions opostes.[9] Jean Baptiste Biot també va observar la rotació de l'eix de polarisació en certs líquits[10] i vapors de substàncies orgàniques com la trementina.[11] En 1822, Augustin-Jean Fresnel va descobrir que la rotació òptica podia explicar-se com una espècie de birrefringencia: mentres que els casos d'birrefringencia coneguts anteriorment es devien a les diferents velocitats de la llum polarisada en dos plans perpendiculars, la rotació òptica es devia a les diferents velocitats de la llum dreta. -Llum polarisada circularmente esquerra i dreta. Des de llavors, s'han utilisat polarímetros simples per a medir les concentracions de sucres simples, com la glucosa, en solució. De fet, un nom per a la D-glucosa (l'isòmer biològic) és dextrosa, en referència al fet de que fa que la llum polarisada linealmente gire cap a la dreta o cap a el costat dret. De manera similar, la levulosa, més comunament coneguda com fructosa, fa que el pla de polarisació gire cap a l'esquerra. La fructosa és inclús més fortament levorrotatoria que la glucosa és dextrorrotatoria. l'aixarop de sucre invertit, format comercialment per la hidrólisis de l'aixarop de sacarosa a una mescla de sucres simples components, fructosa i glucosa, rep el seu nom del fet de que la conversió fa que la direcció de rotació es "invertixca" de dreta a esquerra.
En 1849, Louis Pasteur va resoldre un problema relacionat en la naturalea del àcit tartárico.[12] Una solució d'este compost derivat dels sers vius (en concret, les emboliques de vi) gira el pla de polarisació de la llum que ho travessa, pero l'àcit tartárico derivat per síntesis química no té tal efecte, encara que les seues reaccions són idèntiques i la seua composició elemental és el mateix. Pasteur va notar que els cristals vénen en dos formes asimètriques que són imàgens especulares entre sí. La classificació dels cristals a mà va donar dos formes del compost: les solucions d'una forma giren la llum polarisada en el sentit de les agulles del rellonge, mentres que l'atra forma gira la llum en el sentit contrari a les agulles del rellonge. Una mescla igual dels dos no té efecte polarisador sobre la llum. Pasteur va deduir que la molècula en qüestió és asimètrica i podria existir en dos formes diferents que s'assemblen entre sí, com ho farien els guants esquerre i dret, i que la forma orgànica del compost consistix únicament en un tipo.
En 1874, Jacobus Henricus van 't Hoff[13] i Joseph Achille Li Bel[14] varen propondre de forma independent que este fenomen de l'activitat òptica en els composts de carbono podria explicar-se assumint que els 4 enllaços químics saturats entre els àtoms de carbono i els seus veïns estan dirigits cap als vèrtiços d'un tetraedre regular. Si els 4 veïns són tots diferents, llavors hi ha dos ordenacions possibles dels veïns al voltant del tetraedre, que seran imàgens especulares entre sí. Açò va conduir a una millor comprensió de la naturalea tridimensional de les molècules.
En 1945, Charles William Bunn[15] va predir l'activitat òptica de les estructures aquirales, si la direcció de propagació de l'ona i l'estructura aquiral formen un apany experimental que és diferent de la seua image especular. Esta activitat òptica deguda a la quiralidad extrínseca es va observar en la década de 1960 en cristals líquits.[16][17]
En 1950, Sergey Vavilov[18] va predir l'activitat òptica que depén de l'intensitat de la llum i l'efecte de l'activitat òptica no llineal es va observar en 1979 en cristals de yodato de liti.[19]
L'activitat òptica s'observa normalment per a la llum transmesa. No obstant, en 1988, M. P. Silverman va descobrir que la rotació de polarisació també pot ocórrer per a la llum reflectida per substàncies quirales.[20] Poc despuix, es va observar que els mijos quirales també poden reflectir ones polarisades circularmente cap a l'esquerra i cap a la dreta en diferents eficiència.[21] Estos fenomens d'birrefringencia circular especular i dicroísmo circular especular es coneixen conjuntament com a activitat òptica especular. L'activitat òptica especular és molt dèbil en materials naturals.
En 1898, Jagadish Chandra Bose va descriure la capacitat de les estructures artificials retortillades per a rotar la polarisació de les microones.[22] Des de principis de el XXI, el desenroll de materials artificials ha dut a la predicció[23] i la realisació[24][25] de metamateriales quirales en una activitat òptica superior a la dels mijos naturals en órdens de magnitut en la part òptica de l'espectre. S'ha observat que la quiralidad extrínseca associada en l'allumenament oblicua de metasuperficies que carixen de doble simetria rotacional conduïx a una gran activitat òptica llineal en transmissió[26] i reflexió,[27] aixina com una activitat òptica no llineal que supera la del yodato de liti en 30 millons de voltes.[28]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ The first word component dextro- menges from the Latin word dexter, meaning "right" (as opposed to left). Laevo- or levo- menges from the Latin laevus, meaning "left side".
- ↑ The equivalent French terms llaure dextrogyre and levogyre. These llaure used infrequently in English.
- ↑ (2001) Sebti (ed.). Farnesyltransferase inhibitors in cancer therapy, p. 126. ISBN 9780896036291.
- ↑ LibreTexts Chemistry – Polarimetry
- ↑ (2017) «Determination of optical rotation and specific rotation», The International Pharmacopoeia, World Health Organization. ISBN 9789241550031.
- ↑ Solomons, T.W. Graham; Fryhle, {{{nom2}}} (2004). Organic Chemistry, 8th edició, Hoboken: John Wiley & Sons, Inc..
- ↑ See, for example,(2003).Chirality.15
- S57–64.doi:10.1002/chir.10270.
- ↑ Arago (1811) "Mémoire sur unix modification remarquable qu'éprouvent els rayons lumineux dans leur passage à travers certains corps diaphanes et sur quelques autres nouveaux phénomènes d'optique" (Memoir on a remarkable modification that light rays experience during their passage through certain translucent substances and on some other new optical phenomena), Mémoires de la classe dones sciences mathématiques et physiques de l'Institut Impérial de France, 1st part : 93–134.
- ↑ Herschel, J.F.W. (1820) "On the rotation impressed by plates of roc crystal on the plans of polarization of the rays of light, as connected with certain peculiarities in its crystallization," Transactions of the Cambridge Philosophical Society, 1 : 43–51.
- ↑ Biot, J. B. (1815) "Phenomene de polarisation successive, observés dans dones fluides homogenes" (Phenomenon of successive polarization, observed in homogeneous fluids), Bulletin dones Sciences, parell la Société Philomatique de Paris, 190–192.
- ↑ Biot (1818 & 1819) "Extrait d'un mémoire sur els rotations que certaines substances impriment aux axes de polarisation dones rayons lumineux" (Extract from a memoir on the [optical] rotations that certain substances impress on the axes of polarization of light rays), Annales de Chimie et de Physique, 2nd séries, 9 : 372-389 ; 10 : 63-81 ; for Biot's experiments with turpentine vapor (vapeur d'essence de térébenthine), see pp. 72-81.
- ↑ Pasteur, L. (1850) "Recherches sur els propriétés spécifiques dones deux acides qui composent l'acide racémique" (Researches on the specific properties of the two acids that compose the racemic acid), Annales de chimie et de physique, 3rd séries, 28 : 56–99 ; see also appendix, pp. 99–117.
- ↑ van 't Hoff, J.H. (1874) "Sur els formules de structure dans l'espace" (On structural formules in space), Archives Néerlandaises dones Sciences Exactes et Naturelles, 9 : 445–454.
- ↑ Li Bel, J.-A. (1874) "Sur els relations qui existent entre els formules atomiques dones corps organiques et li pouvoir rotatoire de leurs dissolutions" (On the relations that exist between the atomic formules of organic substances and the rotatory power of their solutions), Bulletin de la Société Chimique de Paris, 22 : 337–347.
- ↑ Bunn, C. W. (1945). Chemical Crystallography, New York: Oxford University Press, p. 88.
- ↑ (1968).Physical Review Letters.21(6)doi:10.1103/PhysRevLett.21.342.
- ↑ (1969).Journal of Chemical Physics.50(3)doi:10.1063/1.1671194.
- ↑ Vavilov, S. I. (1950). Mikrostruktura Sveta (Microstructure of Light), Moscow: USSR Academy of Sciences Publishing.
- ↑ (1979).JETP Letters.29
- ↑ (1988).Journal of the Optical Society of America A.5(11)doi:10.1364/JOSAA.5.001852.
- ↑ (1992).Optics Letters.17(12)doi:10.1364/OL.17.000886.
- ↑ (1898).Proceedings of the Royal Society.63(389–400)
- 146–152.doi:10.1098/rspl.1898.0019.
- ↑ (2001).Applied Physics Letters.78(4)doi:10.1063/1.1342210.
- ↑ (2005).Physical Review Letters.95(22)doi:10.1103/PhysRevLett.95.227401.
- ↑ (2007).Applied Physics Letters.90(22)doi:10.1063/1.2745203.
- ↑ (2008).Applied Physics Letters.93(19)doi:10.1063/1.3021082.
- ↑ (2016).Applied Physics Letters.108(14)doi:10.1063/1.4944775.
- ↑ (2012).Nature Communications.3doi:10.1038/ncomms1805.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Actividad óptica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.