第三章 折射、旋光和圆二色性法总结

第三章 折射、旋光和圆二色性法-学习总结 通过折射、旋光和圆二色性法的学习，我主要掌握了以下的一些基本 知识：2-1 折射法折射法 (Refractometry) 是通过测量物质的折射率来获得某些分析信息的方法。这种方法的优点是快速，设备简单。但由于折射率是物质的一种非专一的性质，所以在分析化学中的 应用受到很大的限制。2-1-1 折射法基本原理1. 折射现象nvsin 0n = t = i =i21 nvsin0真 空 ：1 2 2 n=1空气：n=1.000272. 影响折射率测量的因素温度n20波长n20D压力 对气体折射率的影响大3. 比折射度与摩尔折射度辐射光束在介质中的传播速度，与其中电子的密度及电子周围的环境有关。这一情况可以通 过比折射度这一参数来表征。混合溶液的比折射度具有加合性：n 2 1 mn 2 1 mn 2 1 m1 1 + 2 2 =m、 n2 + 2 dn2 + 2 dn2 + 2 dml、m2分别为混合液、组分1组分2的质量1 12 24. 色散系数nD: 钠黄光 589.3nmn 1nF: 氢蓝光 486.1nmN = dn n nc: 氢红光 656.3nmFc2-1-2 折射仪1. 折射计nsm申=np:棱镜的折射率npsin a = n sin P(90 申)+ (90 P) + r = 180 on = sin a cos y + sin r-n 2 sin2 ap光源为单色光阿贝折射计光源为白光，利用Amici棱镜作补偿器，消除钠黄光以外光线的干扰。1869 年， Ernst Abbe 搭建了第一台折射仪。2. 干涉仪 利用光干涉的原理进行测量。精度高，无可动部件，可以连续测定某一样品，适合于动力学 研究。参考液体的折射率应当已知。2-1-3 应用1定性分析根据已知的折射率数据，判断有机化合物的纯度 食品检验，如牛奶是否被掺水。2定量分析 二元混合物的分析 简单体系微量杂质的测定 3有机物结构鉴定 根据色散系数进行鉴定2- 2 旋光和圆二色性法旋光法(Polarime try)是一种很早就出现并应用广泛的研究分子非对称性结构的光学方法。 随着旋光色散 (或称旋光光谱 OpticalRotatoryDispersion，ORD) 和圆二色谱 (Circular Dichroism， CD) 这些灵敏方法的出现，使得人们有可能从这些实验技术中得到一些新的结 构信息，为更深入地研究分子的立体化学和电子结构提供了条件.ORD和CD在测定手性化 合物的构型和构象、确定某些官能团(如羰基)在手性分子中的位置方面有独到之处，是其它 光谱无法代替的。2-2-1 旋光法基本原理1. 旋光及旋光光谱平面偏振光可以分解成左右圆振光。叠加原理 一束自然光可以分解或看作两束相互垂直而没有相位关系的平面偏振光的加和。 平面偏振光可以分解成两束相位相等而旋转方向相反的圆偏振光的加和。当振幅相等，并同步的左、右圆偏振光相加，则产生平面偏振光；如果这两束圆偏振光的振 幅不等则产生椭圆偏振光(ellip tically polarized ligh t)两束相互垂直而相位相差1/4 波长的平面偏振光可以加和成一束圆偏振光 平面偏振光通过旋光活性介质后，由于左、右圆偏振光的折射率不同，振动方向发生改变， 转了一个角度Q。这种现象称为旋光，为旋光度。朝光源看，偏振面按顺时针方向旋转的，称为右旋，用“+”号表示；偏振面按逆 时针方向旋转的，称为左旋，用“-”号表示比旋光度QT100QTQ t =九入lc摩尔旋光度MM T =一 Q T 九100九T：温度九：波长l：介质厚度P：介质密度c ： g/100mLMr :相对分子量测量不冋波长下的Q得到旋光色散曲线。两种类型的旋光色散曲线： 平坦型：旋光度随波长单调上升或下 降。 科顿效应曲线：存在波峰或波谷，一般 在吸收带附近。 统称旋光光谱。化合物无发色团时，对旋光度为负值的化合物，ORD谱线从紫外到可见区呈单调上升；而旋 光值为正的化合物是单调下降。两种情况下都趋向和逼近入=0的线，但不与O线相交， 即谱线只是在一个相内延伸，没有峰也没有谷。这类 ORD 谱线称为正常的或平坦的旋光谱 线，。分子中有一个简单的发色团(如羰基)的ORD谱线，ORD曲线在紫外光谱入max处越过零点， 进入另一个相区。形成的一个峰和一个谷组成的 ORD 谱线，称为简单科顿效应 (Connton effect,CE) 谱线。当波长由长波一端向短波一端移动时，ORD谱由峰向谷变化称为正的康顿效应；而ORD 谱线由谷向峰变化则称为负的康顿效应。而ORD与零线相交点的波长称为入K。谷至峰之间 的高度称为振幅。2. 圆二色性Circular Dichroism， CD) 光学活性分子对左、右圆偏振光的吸收也不同，使左、右圆偏振光透过后变成椭圆偏振光，9T = 0.576lc(e -e )九l d9 T = 1BL入 IcM9Tr_X-Ic这种现象称为圆二色性。椭圆度9比椭圆度9摩尔椭圆度9 圆二色性的表示吸收(率) 差eA = eL - eRA = AL - AR椭圆度9，摩尔椭圆度99=2.303(AL - AR)/49 = 3298(eL - eR) -3300 (eL - eR)在蛋白质研究中，常用平均残基摩尔椭圆度旋光色散与圆二色相互转换旋光色散和圆二色是同时产生的， 他们包括同样的分子结构信息， 并且可以由 Kronig-Krammers 转换方程相互转换。2-2-2 旋光法和圆二色性法的仪器1. 旋光计一般得到钠黄光处的旋光度2. 分光旋光计绘制旋光光谱3. 圆二色计(圆二色谱仪)2-2-3 旋光法和圆二色性法的应用1. 单波长旋光法 简单体系的分析和纯度鉴定，动力学研究反应机理研究2. 旋光色散法有机物结构分析3. 圆二色性法用于蛋白质折叠、蛋白质构象研究,DNA/RNA反应，酶动力学，光学活性物质纯度测量，药 物定量分析。天然有机化学与立体有机化学，物理化学，生物化学与宏观大分子，金属络合 物，聚合物化学等相关的科学研究。折射、旋光和圆二色性法应用十分广泛，以下举例说明：1、应用圆二色谱(CD谱)，测定了小麦多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)在不同pH和温度 影响下的构象变化，并和生物活性作了比较.天然小麦PGIP的CD谱显示2nm处的单一负 峰，此时小麦PGIP含有较多B -折叠(43.7%)和13.1%a -螺旋，这是关于小麦PGIP二级结 构的首次报道.pH和温度引起小麦PGIP的活力改变与CD谱的变化有密切的关系.活性降低 时,CD谱峰峰值变小，活性完全丧失时，负峰蓝移根据给出的8 值计算结果，发现B -折 叠与小麦PGIP的活性直接相关.(网址： yyyhiswxb200105006.aspx)2、根据马吕斯定律 ，通过实验分析溶于有机溶剂酒石酸钾中的 K2Cr2O7 共振区的旋光色散(ORD)，给出有机环境下使实验产生偏差的影响因子，并根据提出的单共振区ORD的正弦 曲线分布模型，对多共振区采用正弦叠加法，拟合多共振区的ORD曲线，在波长350 680 nm波段内，拟合曲线与实验曲线非常逼近，从而为解决共振区的ORD提供了一种准确 简捷的方法 ，使共振区内的 ORD 能以具体的函数形式定量的表示出来 ，对分析共振区内的 ORD 有重要的理论参考价值。( 网址：htt p:/)