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OR optical rotation ORD optical rotatory dispersion CD circular dichroism Tecniche Chiro-ottiche Misura differenziale dell’interazione di molecole chirali.

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Presentazione sul tema: "OR optical rotation ORD optical rotatory dispersion CD circular dichroism Tecniche Chiro-ottiche Misura differenziale dell’interazione di molecole chirali."— Transcript della presentazione:

1 OR optical rotation ORD optical rotatory dispersion CD circular dichroism Tecniche Chiro-ottiche Misura differenziale dell’interazione di molecole chirali con luce polarizzata

2  La chiralità è la proprietà di avere un’immagine speculare non sovrapponibile.  Le molecole chirali sono otticamente attive: a) ruotano il piano di polarizzazione della radiazione e.m. polarizzata linearmente; b) presentano un diverso assorbimento della radiazione polarizzata circolarmente destra o sinistra.  Una molecola chirale e la sua immagine speculare sono dette enantiomeri o isomeri ottici. I due enantiomeri ruotano il piano di polarizzazione dello stesso angolo ma in direzioni opposte (enantiomeri levogiro L e destrogiro D). Molecole chirali ed attività ottica Amminoacidi:in natura esistono solo enantiomeri L

3 Molecole chirali ed attività ottica (2) Disposizione chirale delle molecole (cromofori) Molecola (cromoforo) chirale

4 OR optical rotation –misura l’entità della rotazione del piano della luce linearmente polarizzata ad una certa lunghezza d’onda CD circular dichroism –misura la differenza in assorbimento tra la luce polarizzata a destra e a sinistra, a diverse lunghezze ORD optical rotatory dispersion –misura OR a diverse lunghezze d’onda (poco utilizzato rispetto al CD) Tecniche Chiro-ottiche Coinvolgono tutte la misura differenziale dell’interazione di molecole chirali con luce polarizzata

5 Web Tutorial I. Basic concepts: Electromagnetic waves and types of polarization Plane-polarized wave: Horizontal Plane-polarized wave: Vertical Superposition of plane-polarized waves: Horizontal + Vertical  45º Plane Superposition of plane-polarized waves: Horizontal + Vertical  Right circular Superposition of plane-polarized waves: Horizontal + Vertical  Left circular Circularly polarized waves: Right and Left Superposition of circularly polarized waves: Right + Left circular  Plane! II. Interaction of light and matter Plane-polarized wave: Absorption Circularly polarized wave: Absorption Plane-polarized wave: Refraction Circularly polarized wave: Refraction Circular dichroism Circular birefringence Circular dichroism AND birefringence

6 Radiazione e.m. Notazione complessa: Propagazione nel mezzo: n = indice di rifrazione κ = coefficiente di assorbimento

7 Luce piano-polarizzata o linearmente polarizzata E M Direzione di propagazione z x Onda piana polarizzata linearmente lungo z: il campo elettrico oscilla nel piano xz Un’ onda elettromagnetica si dice polarizzata linearmente quando il suo vettore campo elettrico E (così come il vettore campo magnetico) oscilla sempre nella stessa direzione. Il piano individuato dalla direzione di oscillazione del campo elettrico e dalla direzione di propagazione dell’onda è il piano di polarizzazione.

8 Polarizzazione lineare lungo l’asse y Radiazioe polarizzata linearmente o piano- polarizzata Polarizzazione lineare lungo l’asse x

9 Generalizzazione:sovrapposizione tra onde polarizzate linearmente in 2 piani perpendicolari Polarizzazione lineare A 45° dall’asse x In generale: La grandezza relativa delle due componenti E 0x, E 0y determina il piano di polarizzazione

10 Radiazione polarizzata circolarmente Un’ onda elettromagnetica si dice polarizzata circolarmente quando il suo vettore campo elettrico E ruota attorno ad un asse di propagazione z mantenendo costante il modulo e descrivendo un giro in un periodo T, cioè in una. Il vettore E descrive un’elica z x y E La rotazione di E nel piano xy: E Right- handed E Left- handed Convenzione: polarizzazione destrogira: guardando verso la sorgente si vede ruotare E in senso orario Direzione di propagazione

11 Luce polarizzata linearmente : Direzione del vettore campo elettrico costante,intensità variabile Luce polarizzata circolarmente: Direzione del vettore campo elettrico variabile, intensità costante Polarizzazione lineare vs circolare

12 Destrogira Levogira Radiazione polarizzata circolarmente destra e sinistra

13 Radiazione polarizzata circolarmente: combinazione di due onde polarizzate linearmente Un’onda polarizzata circolarmente può essere descritta come somma vettoriale di due onde polarizzate linearmente di uguale frequenza ed ampiezza, con i piani dei loro vettori elettrici mutualmente perpendicolari e sfasate di 90° (¼ di lunghezza d’onda)

14 onda polarizzata linearmente a 45° somma di onde perpendicolari in fase onda polarizzata circolarmente somma di onde perpendicolari sfasate Radiazione polarizzata circolarmente: combinazione di due onde polarizzate linearmente (2)

15 Radiazione polarizzata linearmente: combinazione di due onde polarizzate circolarmente Un’onda polarizzata linearmente può essere descritta come somma vettoriale di due onde polarizzate circolarmente, verso destra l’una e verso sinistra l’altra, con I vettori elettrici di uguale frequenza ed ampiezza.

16 Radiazione polarizzata linearmente: combinazione di due onde polarizzate circolarmente (2)

17 Radiazione polarizzata ellitticamente Ellitticità  tg  =b/a rapporto tra asse minore ed asse maggiore Il vettore elettrico E ruota attorno all’asse di propagazione z a cui è normale, compiendo un giro in una lunghezza d’onda, variando armonicamente il proprio modulo, da un massimo a ad un minimo b Rotazione ottica   = angolo di orientazione di E rispetto ad un piano di riferimento b a 

18 Ellitticità  E R + E L tg  = E R -E L /E R +E L E R - E L

19 Interazione luce-materia Quando la radiazione e.m si propaga nella materia le sue proprietà possono cambiare. Può modificarsi: 1. Intensità (assorbimento di radiazione) 2. Velocità (indice di rifrazione) 3. polarizzazione

20 Radiazione polarizzata linearmente ed assorbimento All’ingresso del mezzo All’uscita del mezzo ε≠0 n=c/v=1

21 All’ingresso del mezzo All’uscita del mezzo Radiazione polarizzata circolarmente e assorbimento ε≠0 n=c/v=1

22 All’ingresso del mezzo All’uscita del mezzo Radiazione polarizzata linearmente nel mezzo rifrangente ε=0 n=c/v>1 Es. n=2.2, L=8 Vettori non oscillano in fase

23 Radiazione polarizzata circolarmente nel mezzo rifrangente ε=0 n=c/v>1 All’ingresso del mezzo All’uscita del mezzo Es. n=2.2, L=8

24 Luce polarizzata linearmente E Componete E R Componete E L Un composto è OTTICAMENTE ATTIVO se interagisce in modo diverso con le 2 componenti polarizzate circolarmente e quindi se E R e E L hanno: stessa fase stessa ampiezza Velocità diverse nell’attraversare il mezzo otticamente attivo: n L  n R escono sfasate Fenomeno della ROTAZIONE OTTICA Assorbimenti diversi nell’attraversare il mezzo otticamente attivo:  L   R escono con ampiezza diversa Fenomeno del DICROISMO CIRCOLARE V mezzo = c/n n indice di rifrazione del mezzo

25  Birifrangenza circolare e rotazione ottica Campione otticamente attivo n L  n R   ( ) Luce polarizzata linearmente Hip.  ASS n L  n R

26 All’ingresso del mezzo All’uscita del mezzo Sostanze otticamente attive, con indice di rifrazione diverso n L ≠n R per la radiazione polarizzata circolarmente a sinistra e a destra ruotano il piano di polarizzazione della luce polarizzata linearmente di un angolo . Birifrangenza circolare e rotazione ottica (2) n L < n R  : rotazione ottica n L – n R : birifrangenza circolare

27 Il potere ottico rotatorio è la conseguenza della diversa entità della rifrazione della luce polarizzata circolarmente destrorsa e sinistrorsa ad opera di molecole chirali non raceme. Tale fenomeno (che produce l’angolo di rotazione misurato) è dovuto alla birifrangenza cioè un “rallentamento diseguale” della luce polarizzata destrorsa e sinistrorsa (n R  n L ) quando la luce passa attraverso la sostanza otiicamente attiva. La dispersione ottica rotatoria (ORD) riflette il medesimo fenomeno al variare della lunghezza d’onda. Considerazioni

28 In assenza di birifrangenza circolare,  n = 0 In presenza di birifrangenza circolare,  n  0 Radiazione polarizzata linearmente Birifrangenza circolare e rotazione ottica (3) dove

29 Rotazione ottica in gradi, l (cammino ottico) in cm Birifrangenza circolare Rotazione ottica in radianti, l (cammino ottico) in cm Birifrangenza circolare e rotazione ottica (4) In presenza di birifrangenza circolare,  n  0 Radiazione polarizzata linearmente ma ruotata di un angolo: Rotazione ottica negativa, in senso antiorario, levorotatoria Rotazione ottica positiva, in senso orario guardando sorgente luminosa, radiazione polarizzata linearmente destrorotatoria

30 Rotazione specifica in gradi cm 3 / g dm misurata a una particolare T e (riga D del Na, 589 nm) attraverso un dm di cammino ottico quando sia presente 1 g di sostanza in 1 cm 3. C 0 = concentrazione in g cm -3 d = cammino ottico in decimetri Rotazione specifica e molare Rotazione Molare in gradi / M cm C = concentrazione in M l = cammino ottico in centimetri

31 Rotazione Media per Residuo in gradi / M cm PM res = PM tot /n peso molecolare medio per residuo n numero di residui Rotazione specifica e molare (2)

32 La curva ORD è un plot di [  ] o [  ] vs Rotazione oraria viene plottata positiva, antioraria negativa ORD per composti chirali in assenza di cromofori sono curve semplici monotone. Dispersione ottica rotatoria ORD La dipendenza della rotazione ottica dalla lunghezza d’onda è detta dispersione ottica rotatoria. La presenza di cromofori che assorbono nel range esplorato da luogo all’effetto Cotton.

33 Campione otticamente attivo Dicroismo circolare Quando le componenti circolarmente polarizzate vengono assorbite differentemente dal campione si ha CD. Il vettore somma non sta più sul piano di polarizzazione iniziale ma inizia a descrivere una traiettoria elicoidale Hip. = ASS n L = n R  L =  R Luce polarizzata linearmente Luce polarizzata ellitticamente

34 All’ingresso del mezzo All’uscita del mezzo Dicroismo circolare (2) ε L ≠ ε R

35 All’ingresso del mezzo All’uscita del mezzo Dicroismo circolare e birifrangenza circolare ε L ≠ ε R n L ≠ n R

36 Misura la differenza di assorbimento della luce polarizzata circolarmente a sinistra e a destra  A( ) = A L ( )-A R ( ) = [  L  ( ) -  R  ( )]lc  A( ) =  ( )lc  < 10 M -1 cm -1  tipicamente M -1 cm -1 Il segnale CD è una differenza molto piccola tra due valori grandi! Dicroismo circolare (3)

37 Elliticità 

38 elliticità molare  C l in gradi M -1 cm -1 [  C l in gradi cm 2 dmol -1 [  in gradi cm 2 dmol -1 dove: C: molarità del soluto l: cammino ottico in cm  elliticità  arctg(b/a)=2.303*(180/4  )*  A in gradi   CD in gradi dove CD =  A( ) =  ( ) C l Elliticità ed elliticità molare

39 Luce polarizzata ed attività ottica Rotazione ottica Birifrangenza circolareDicroismo circolare Elliticità Sperimentalmente si misurano solo Rotazione ottica e Dicroismo circolare: per campioni biologici α tra gradi per C=10 -4 e 1 cm cammino ottico,  A tra 0.03 a 0.3% risppetto assorbimento totale. a b

40 ellitticita’ specifica potere rotatorio specifico La differenza dei coefficienti di assorbimento molare  può essere correlata al valore di con la seguente formula: Nel dicroismo si misura  e si ricava   = assorbimento dicroico differenziale ellitticita’ molare potere rotatorio molare per residuo per residuo Grandezze spettroscopiche in gradi cm 3 /g dm in gradi /M cm

41 Le bande CD corrispondono a bande di assorbimento ORD è un fenomeno di dispersione pertanto le sue bande corrispondono alla derivata dello spettro CD (effetto Cotton) Gli strumenti moderni operano in CD poiché è più facile risolvere bande parzialmente sovrapposte Bande CD sono di piu’ facile assegnazione (corrispondenza con bande in assorbimento) ORD vs CD

42 ORD CD Abs. [α][α] [θ][θ] ε λ Effetto Cotton positivo negativo

43 ORD CD Banda otticamente inattiva Abs.


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