Optische Aktivität

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    Polarimeter - optische Aktivität
    By User:DrBob~commonswiki, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45461312

    Definition

    Die optische Aktivität ist die Eigenschaft durchsichtiger Materialien (Flüssigkeiten, Lösungen, Kristalle)  die Schwingungsebene linear polarisierten Lichts (die sogenannte Polarisationsrichtung)  zu drehen. (siehe Bild oben)

    Beim Durchgang von linear polarisiertem Licht durch ein optisch aktives Medium wird die Polarisationsebene des Lichts an jedem Molekül ein wenig gedreht. Bei chiralen Molekülen mittelt sich dieser an jedem Einzelmolekül auftretende Effekt nicht mit statistischer Sicherheit wieder zu Null heraus, so dass sich die Einzeldrehungen akkumulieren können. Es resultiert nach Durchgang des Lichts durch den gesamten Substanzkörper ein  messbarer Netto-Drehbetrag.

    Die Bestimmung erfolgt mit einem Polarimeter.


    Theorie – optische Aktivität

    Damit eine Lösung optische Aktivität zeigt, muss eine unterschiedliche Menge der Enantiomere enthalten sein. Entsprechen sich die Mengen spricht man von einem Racemat (oder auch razematischen Lösung). Hier heben sich die optischen Effekte auf.

    Optische Aktivität beruht auf dem Effekt der zirkularen Doppelbrechung. Stellt man sich ein Enantiomer in der Lösung als eine große Anzahl von kleinen rechtsdrehenden Schrauben (Helices) vor, so drehen diese immer in die gleiche Richtung unabhängig von Ihrer Orientierung.


    Geschichte

    Die Rotation von linear polarisiertem Licht wurde zuerst im Jahre 1811 an einem Quarzkristall durch den französichen Physiker Francois Jean Dominique Arago beobachtet. Im Jahre 1817 hat Biot [1] die Grundlage der Spektralpolarimetrie geschaffen. Er erkannte, dass der Drehwinkel größer wird, wenn man bei der Messung zu kürzeren Wellenlängen übergeht. 1822 entdeckte der englische Astronom Sir John F.W. Herschel das Quarz-Kristalle, deren Struktur sich wie Bild und Spiegelbild verhalten das linear polarisierte Licht um die gleichen absoluten Winkel, aber in entgegengesetzter Richtung rotieren.

    Pasteur hat Biot’s- Werk weitergeführt, indem er die Kristallformen mehrere Salze der Weinsäure untersuchte und feststellte, dass es vier verschiedene Isomere gibt: die Rechtsdrehende (D-) 17, die Linksdrehende (L+) 16, die so genannte Racemische und eine, die als meso-Weinsäure 18 bezeichnet wird. Die meso-Form dreht die Ebene des polarisierten Lichts nicht. Die beiden Formen der Weinsäure, die das polarisierte Licht in unterschiedlichen Richtungen drehen, verhielten sich wie Bild und Spiegelbild zueinander. [2] [3]

    1874 berichteten Jacobus Henricus van´t Hoff und Joseph Achille Le Bel unabhängig von einander über die Rotation in Kohlenstoff-Verbindungen. Sie postulierten dass die vier gesättigten Verbindungen zwischen dem zentralen Kohlenstoffatom und seinen Bindungspartnern in die vier Ecken eines regulären Tetraeders zeigen müssten. Wenn alle vier Bindungspartner unterschiedlich sind, gibt es zwei unterschiedliche Konfigurationen, welche sich wie Bild und Spiegelbild verhalten. Dies führte zu einem besseren Verständnis der dreidimensionalen Struktur von Molekülen.


    Literatur & Quellen

    1. J. B. Biot, Mem. Acad. Sci. Inst. Fr 1817,2, 41.
    2. L. Pasteur, Ann. Chem. Phys. 1848, 24 [3], 442.
    3. Hoffmann-Yoneva, A. (2007) „Chromatographische Racemattrennung neuer topologisch chiraler Isomere und Cycloenantiomere“ LINK