Atividade óptica

RKA4JL - Temos aqui um par de enantiômeros. À esquerda temos R-Carvona e à direita temos o S-Carvona. Ambos os compostos têm o mesmo ponto de fusão, os mesmos pontos de ebulição e a mesma densidade. No entanto, existem algumas diferenças importantes. O composto R-Carvona é o principal componente do óleo de hortelã. Assim, R-Carvona cheira a hortelã. Já o S-Carvona é o principal componente do óleo de alcarávia, e isso cheira a alcarávia, ou cominho. Então, é bastante surpreendente que nossos narizes podem dizer a diferença entre esses dois enantiômeros. Outra diferença importante entre eles é a sua atividade óptica. Os enantiômeros exibem diferentes comportamentos quando expostos à luz polarizada. Vamos examinar o que queremos dizer com isso. Então, aqui temos nossa luz não polarizada, que geralmente é de uma lâmpada de sódio. E, normalmente, estamos falando sobre a linha D de sódio com o comprimento de onda de 589 nanômetros. Então, essa luz não polarizada tenta passar pelo nosso filtro. E esse filtro aqui, se você olhar para ele, note que tem essas fendas. Elas estão na posição vertical e, assim, nem todos os feixes de luz não polarizados podem passar. Somente esse plano vertical de luz pode passar, e assim temos um plano de luz polarizada. E ele chega a um tubo. Então este é o nosso tubo, nosso tubo de polarímetros. É assim que o dispositivo chama. E dentro deste tubo temos uma solução de um composto opticamente ativo. Então, aqui temos o nosso composto. Imagine uma solução para isso. O composto é dissolvido em água e o nosso plano de luz polarizada gira quando atinge nosso composto. Então, imagine que aqui temos um avião e ele começa a girar de cima para baixo. E quanto mais moléculas são atingidas, mais ele gira. Então, quando sai do nosso tubo, ele está em um ângulo diferente do que entrou. Em seguida, temos um analisador. Imagine que você está aqui olhando para ele. Aqui, então, temos nosso analisador e digamos que ele começou com o plano na vertical, de baixo para cima, assim como no nosso filtro aqui de cima. Mas dessa maneira ele não permite que o nosso plano de luz polarizada passe. Então, nós teríamos que girar o analisador para permitir que o nosso plano de luz passe. Portanto, as fendas agora estarão nesse sentido. Tivemos que girar o nosso analisador para a direita para permitir que a nossa luz passasse e isso é chamado de ângulo α (alfa), ou chamado também de rotação observada. Então, esta é a rotação observada e neste caso tivemos que girar o analisador para a direita. Então, vamos começar aqui. Digamos que temos um plano vertical e ele foi girado para a direita. Então, o ângulo α que nós encontramos aqui é positivo. E esta rotação positiva, esta rotação no sentido horário, é também chamada de dextrógiro. Já se tivéssemos que girar o nosso analisador para a esquerda, ou no sentido anti-horário, o nosso α seria negativo e seria, então, chamado de levógiro. A rotação observada α depende do número de moléculas que são atingidas pela nossa luz polarizada. Então, digamos que se nós aumentássemos a concentração do nosso composto (então, aumentando aqui o nosso composto, a concentração do nosso composto), isso significaria que a nossa luz, agora, vai rodar ainda mais. Então, nossa luz que começou na vertical, quando encontra uma concentração maior do composto, gira ainda mais e sai do nosso tubo em um ângulo diferente. Então, isso muda nossa rotação observada. E se você duplicar a concentração, você dobrará a rotação observada. Você também pode alterar a rotação observada mudando o comprimento do tubo. Vou chamar esse comprimento de "ℓ". Então, se você mantém a concentração constante e dobra o comprimento do tubo, você também dobra a rotação observada, pois isso significa que sua luz está passando por mais moléculas, já que seu tubo, agora, é mais longo. Então, vamos pegar estas ideias de rotação observada, concentração e comprimento do tubo e vamos transformá-las em uma equação. Bem, se tomarmos a rotação observada, que é α (e isso é medido em graus), e dividir essa rotação observada pela concentração que está em seu tubo (e a concentração é em gramas por ml), então a concentração é multiplicada pelo comprimento do tubo, que está em decímetros. Assim, você terá a chamada rotação específica. Então, isto seria α entre parênteses para a rotação específica. E a coisa legal sobre a rotação específica é que ela é constante. Sua rotação observada, tudo bem, pode mudar, porque depende da concentração e do comprimento do tubo. Mas se você tomar a rotação observada dividida pela concentração vezes o comprimento do tubo, você terá a rotação específica, que será sempre uma constante. E ter isto como uma constante é muito útil, porque você pode procurar as rotações específicas para compostos específicos. Então, por exemplo, você pode olhar a rotação específica e ela depende também da temperatura e do comprimento de onda. Então, você precisa especificar a temperatura aqui e o comprimento de onda aqui. E se usarmos o exemplo do S-Carvona, que já usamos anteriormente, então para o S-Carvona a 20 graus utilizando a linha D de sódio é igual a mais 61, ou seja, 61 positivo. Então, essa é a rotação específica do S-Carvona, e normalmente este valor não possui a unidade graus, pois essa unidade geralmente é utilizada para a rotação observada. Então, acabamos de ver que a rotação específica do S-Carvona é 61 positivo, ou seja, mais 61. Então, este enantiômero é um dextrógiro, pois temos uma rotação positiva no sentido horário. Então, colocamos aqui um registro positivo. Já o R-Carvona possui uma rotação negativa de 61, então colocamos aqui o valor negativo. E este enantiômero é chamado de levógiro. Observe agora a diferença entre as rotações específicas para o nosso par de enantiômeros. Observe que eles possuem a mesma magnitude, porém com sinais diferentes. O S-Carvona é positivo e o R-Carvona é negativo. Louis Pasteur foi o primeiro a descobrir esta relação e descobriu também que R e S não têm nada a ver com negativo e positivo. Então o fato de que isso é S-Carvona não tem nada com o fato de ser positivo, assim como R também não tem nada a ver com o fato de ser negativo. R e S são utilizados para atribuir uma configuração para um centro quiral. Já o negativo e o positivo de rotações específicas devem ser determinados por experimentos. Então, nós vimos que os compostos quirais são opticamente ativos, mas os compostos aquirais não são.