Polarimetrie

Antwort A ist korrekt.

Die spezifischen Drehungen beider Enantiomere eines Racemats heben sich auf, da beide Enantiomere das Licht um denselben Betrag in entgegengesetzte Richtungen drehen. Da in einem Racemat beide Enantiomere in gleicher Konzentration enthalten sind, ist folglich keine spezifische Drehung bestimmbar.

¹

Antwort D ist korrekt.

Die spezifische Drehung kann man mit folgender Formel berechnen: ⚠ $ \alpha_{20,D} = \frac{\alpha }{c \cdot l} $, [α] = °, [c] = g/ml, [l] = dm
Mit den gegebenen Werten ergibt sich folgendes Ergebnis: ⚠ $ \alpha_{20,D} = \frac{76,875 ° }{0,75 g/ml \cdot 1 dm} = +102,5 \frac{° \cdot ml}{g \cdot dm}$

²

Antwort D ist korrekt.

Generell sind alle chiralen Substanzen polarimetrisch quantifizierbar, allerdings ist im Fall von Weinsäure die spezifische Drehung nicht proportional zur Konzentration, weswegen eine Quantifizierung nicht möglich ist. Cisplatin ist nicht chiral, dreht also linear polarisiertes Licht überhaupt nicht. ^{5 6}.
1.Weinsäure
2.Ketamin
3.
⁷
4.
⁸
5.
⁹

Antwort B ist korrekt.

¹¹.

Antwort C ist korrekt.

Die vermessene Lösung enthält in je einem ml 1 g D-Carvon. Der theoretisch gemessene Drehwinkel müsste somit eigentlich -61 ° betragen, in der Realität wird jedoch nur ein Winkel von -15,25 ° gemessen.
Da ein negativer Drehwinkel gemessen wurde, muss der Anteil an D-Carvon in der Lösung größer sein, als der Anteil an L-Carvon. Der gemessene Winkel entspricht einem Viertel des theoretisch messbaren Winkels, welches wiederum einer Konzentration von 0,25 mg/ml D-Carvon entsprechen würde. Folglich muss ein Konzentrationsunterschied von 0,25 g/ml zwischen den beiden Konzentrationen bestehen. Mit diesen beiden Voraussetzungen kann nur Lösung C richtig sein.

^{12 13}.

Es gibt hier mehrere Fehlerquellen bzw. ungenaue Angaben. Zunächst muss die Messung bei einer Temperatur von 20±0,5ᵒC erfolgen. Außerdem muss für die Nullwert-Messung ebenso dest. Wasser verwendet werden. Ein weiteres Problem ist, dass die Glucoselösung zwischen Herstellung und Messung 30 Minuten hätte stehen gelassen werden müssen, damit sich ein Gleichgewicht zwischen den Anomeren der Glucose ausbilden kann. Was ebenfalls die Gleichgewichtsausbildung der Mutarotation beschleunigt, ist verdünnte Ammoniaklösung R, wovon laut Arzneibuch vor den 30 Minuten 0,2 mL hinzugegeben hätten werden sollen. ^{14 15}

Konzentration der Lösung: ⚠ $\beta = \frac{m_{Brombutan}}{V_{Wasser}} = \frac{19,5 g}{100 ml} = 0,195 g/ml$
Spezifische Drehung der Lösung: ⚠ $\alpha_{20,D}= \frac{\alpha}{\beta \cdot l} =\frac{2,8°}{0,195 g/ml \cdot 1dm} = 14,36 \frac{°ml}{g \cdot dm} $
Optische Reinheit: ⚠ $ \% optische Reinheit = \frac{α_{gemessen}}{α_{reines Enantiomer}} \cdot 100\% = \frac{14,36 \frac{°ml}{g \ cdot dm}}{23,0 \frac{°ml}{g \cdot dm}} \cdot 100\% = 62,435\% $ = Enantiomerenüberschuss % e.e.
Für die Bestimmung des Enantiomerenverhältnisses gibt es jetzt 2 Möglichkeiten:
(1)
⚠ $\% Enantiomer 1 = \% e.e. + \frac{Anteil Racemat}{2} = 62,435 \% + \frac{100\% - 62,435 \%}{2} = 81,22 \% $
⚠ $\% Enantiomer 2 = 100 \% - 81,22\% = 18,78 \%$
(2)
⚠ $\% e.e. = \frac{Enantiomer1 - Enantiomer2}{Enantiomer1 + Enantiomer2} \cdot 100\%$
Zusätzlich gilt folgende Beziehung: ⚠ $Enantiomer1 = \frac{\% e.e.}{100 \%} + Enantiomer2$
Daraus ergibt sich: ⚠ $\frac{\% e.e.}{100 \%}= \frac{\frac{\% e.e.}{100 \%} + Enantiomer 2 - Enantiomer 2}{\frac{\% e.e.}{100 \%} + Enantiomer 2 + Enantiomer 2} = \frac{\frac{\% e.e.}{100 \%}}{\frac{\% e.e.}{100 \%} + 2 \cdot Enantiomer 2} $
Multiplikation mit dem Nenner und folgende Ausmultiplizierung ergibt:⚠ $\frac{\% e.e.}{100 \%}= \frac{\% e.e.}{100 \%} \cdot 2 \cdot Enantiomer 2 + (\frac{\% e.e.}{100 \%})^2$
Nach Enantiomer 2 umgestellt: ⚠ $Enantiomer2 = \frac{\frac{\% e.e.}{100 \%} - (\frac{\% e.e.}{100 \%})^2}{2 \cdot \frac{\% e.e.}{100 \%}}$
⚠ $Enantiomer2 = \frac{\frac{62,435 \%}{100 \%} - (\frac{62,435 \%}{100 \%})^2}{2 \cdot \frac{62,435\%}{100 \%}} = 0,1878 = 18,78 \%$
⚠ $Enantiomer1 = 100 \% - Enantiomer2 = 100\% - 18,78 \% = 81,22 \%$

Bei einer Verunreinigung wären die Werte für die optische Reinheit und der Enantiomerenüberschuss nicht gleich. Bei der Vermessung eines Racemates sind sowohl optische Reinheit als auch Enantiomerenüberschuss gleich 0. ¹⁶

Das Nicolsche Prisma besteht aus zwei Kalkspat-Prismen, die über eine Schicht aus Kanadabalsam verbunden sind. Kalkspat besitzt zwei Brechungsindices und sorgt damit für eine Doppelbrechung des einstrahlenden unpolarisierten Lichts in einen ordentlichen- und einen außerordentlichen Strahl. Diese sind nun senkrecht zueinander polarisiert, für den außerordentlichen Strahl weist dabei der Kalkspat den größeren Brechungsindex auf. Der Kanadabalsam hat einen Brechungsindex der zwischen den beiden Brechungsindices des Kalkspats Strahls liegt. Trifft der ordentliche Strahl auf den Kanadabalsam am Grenzübergang der beiden Prismen, wird dieser so gebrochen, dass es zur Totalreflexion kommt, der Strahl wird zur Oberseite des Prismas abgelenkt. Dort trifft er auf eine licht-absorbierende Beschichtung. Der außerordentliche Strahl hingegen wird an der Grenzfäche zum Kanadabalsam gebrochen und zu einem geringen Teil reflektiert. Das Gleiche passiert am zweiten Grenzflächenübergang vom Kanadabalsam zum zweiten Prisma. Der außerordentliche Strahl verlässt das Prisma als linear polarisierter Licht.

¹⁷

¹⁸

Halbschattenpolarimeter und automatisches Polarimeter unterscheiden sich in der Helligkeitsmessung. Als neues Bauteil ist im Halbschattenpolarimeter ein Hilfsprisma/Hilfsnicol entscheidend, da das menschliche Auge keine absolute Helligkeit wahrnehmen kann. Bei dem automatischen Polarimeter wird die Intensität des Lichts absolut mit einem Sekundärelektronenvervielfacher oder Photodioden bestimmt. Zur relativen Intensitätseinschätzung wird im Halbschattenpolarimeter der Strahlengang vor der Probe getrennt und ein Teil durch das Hilfsprisma geschickt, welches das polarisierte Licht um einen geringen Winkel (z.B. 10°) dreht. Der Analysator wird so weit verdreht, bis oberer und unterer Strahlengang gleich hell erscheinen und die Helligkeit des oberen Strahlengangs dient dann als Referenz, sobald die Probe in den unteren Strahlengang eingebracht wird. ^{19 20}

Bei einem Halbschattenpolarimeter wird die Helligkeit zweier Schatten verglichen, da das menschliche Auge Helligkeitsunterschiede besser und genauer erkennen kann als absolute Helligkeit. Zu Beginn der Messung wird der Analysator dafür soweit gedreht, dass man, wie in der Abbildung zu sehen, zwei gleich stark abgedunkelte Flächen sieht. Wird nun die optisch aktive Probe in den Strahlengang gebracht, hellt sich der untere Schatten auf. Um nun den Drehwinkel zu bestimmen, wird der Analysator so weit gedreht, bis beide Schatten wieder gleichmäßig abgedunkelt sind.

^{21 22 23}

(1) rechts- und linkszirkular polarisiertes Licht
(2) absorbiert
(3) optisch aktive Substanzen
(4) CD
(5) die zirkulardichroistische Absorption
(6) die Wellenlänge
(7) Lösungsmittel
(8) der Temperatur
(9) Dichrograph
(10) CD-Modulator
(11) Europäischen Arzneibuchs
(12) Zirkulardichroistische Absorption
(13) Dissymmetrie-Faktor
(14) Molare Elliptizität
(15) einheitenlos
(16) molaren Absorption
(17) CD Maximum / Minimum
(18) Absorption

^{24 25 26}

²⁷

ADP = Ammoniumdihydrogenphosphat ²⁸

Der CD-Modulator erzeugt im Zirkulardichrographen abwechselnd rechts- und linkszirkulares Licht aus dem eintreffenden, bereits linear polarisierten Lichtbündel. Dazu ist ein Ammoniumdihydrogenphosphatkristall in Glycerol als lichtdurchlässige Elektrodenflüssigkeit an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Die Spannung bewirkt Modifikationen im Kristallaufbau, wodurch der Kristall doppelbrechende Eigenschaften erhält. So kommt es zur Aufspaltung in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl, zwischen denen ein spannungsabhängiger spezifischer Gangunterschied herrscht. Dieser führt bei Änderung der Spannungsrichtung zu einer Änderung zwischen rechts- und linkszirkularem Licht (Kerr-Effekt). ^{29 30}

Das Halbschattenpolarimeter eignet sich besonders gut zur Identitätsprüfung in einer Apotheke z.B. im Rahmen der Eingangsprüfung. Das lichtelektrische Polarimeter kann auch zur Reinheitsprüfung oder Gehaltsbestimmung verwendet werden; beide Methoden finden vielerlei Anwendung im Arzneibuch. Der Zirkulardichrograph wird hingegen eher in der Pharmazeutischen Industrie verwendet, um Konformationsbestimmungen und Sekundärstrukturanalysen von Biopolymeren durchzuführen. So sind z.B. Verhältnisbestimmungen zwischen α-Helix und β-Faltblatt in Proteinen oder Charakterisierungen von (Desoxy-)Ribonukleinsäure möglich. ^{31 32}