Drehwert


Drehwert

Beispiele für die Angabe des Drehwertes α einer chiralen Substanz inklusive der Messbedingungen. Oben: positives Vorzeichen, 25 °C Messtemperatur, gelbes Natriumlicht (Natrium-D-Linie), Konzentration 2 g Substanz gelöst zu 100 ml in Wasser. Unten: negatives Vorzeichen, 20 °C Messtemperatur, 589 nm Wellenlänge, Konzentration 4 g Substanz gelöst zu 100 ml in Chloroform.

Der Drehwert oder spezifische Drehwinkel ist eine physikalische Messgröße in der analytischen Chemie, der die optische Aktivität einer chemischen Substanz oder der Lösung einer chemischen Substanz angibt.

Der Drehwert α wird mit einem Polarimeter gemessen. Die meisten Reinstoffe haben einen Drehwert α von 0°, sind also optisch inaktiv. Viele Naturstoffe (Alkaloide, Aminosäuren, Terpene, Zucker etc.) sind im Unterschied dazu jedoch chiral und kommen in der Natur fast immer als enantiomerenreine Stoffe vor. Diese Stoffe besitzen einen Drehwert α ≠ 0.

Enantiomere eines Stoffes besitzen den gleichen Drehwert α, jedoch mit verschiedenem Vorzeichen („+“ oder „−“). Racemate [1:1-Gemische von Enantiomeren] wiederum haben einen Drehwert α von 0°, da sich die Drehwerte der Enantiomeren gegenseitig aufheben.

Der Drehwert α hängt von den Messbedingungen (u. a. Messtemperatur und Wellenlänge) ab, deshalb gehören diese Angaben zu jedem Drehwert.[1]

Es besteht kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen D- und L-Konfiguration (Fischer-Projektion) und dem optischen Drehsinn. Beispielsweise ist bei Weinsäure das D-Enantiomer links- und das L-Enantiomer rechtsdrehend. Auch kann ein einzelnes Enantiomer je nach pH-Wert eine unterschiedliche Drehrichtung aufweisen. So hat die Aminosäure L-Leucin bei Raumtemperatur in 6 molarer Salzsäure einen spezifischen Drehwinkel von +15,1° (= linksdrehend) und in neutralem Wasser einen von -10,8° (= rechtsdrehend) auf. In 3 molarer Salzsäure ist sie dagegen mit 7,6° wiederum linksdrehend.[2]

Anwendung in Pharmazie und Chemie

Der Drehwert α ist eine Messgröße, mit der man chirale Arzneistoffe identifizieren und ihre Reinheit kontrollieren kann.[3] Bei enantioselektiven Synthesen hat man früher mit Hilfe des Drehwertes α die optische Reinheit (englisch op (%) von optical purity) des hergestellten Stoffes bestimmt. Wenn der gemessene Drehwert bei bekannten Substanzen – z. B. Naturstoffe – identisch mit dem höchsten Literaturdrehwert war, klassifizierte man die optische Reinheit mit 100 %. Heute werden solche analytischen Untersuchungen meist chromatographisch (Dünnschichtchromatographie,[4] der Aminosäure L-Prolin beschichtet sind und die direkte dünnschichtchromatographische Trennung von Enantiomeren nach dem Prinzip der chiralen Ligandenaustauschchromatographie erlauben.[5][6][7] Gaschromatographie,[8] Hochdruckflüssigkeitschromatographie) unter Verwendung einer chiralen stationären Phase durchgeführt.

In der Lebensmittelchemie wird mittels Polarimetrie die Konzentration von Zuckerlösungen bestimmt.[9]

Einzelnachweise

  1. Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie Lexikon. 8. Auflage, Frank'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1983, ISBN 3-440-04513-7, S. 2905–2912.
  2. H.-D. Belitz, W. Grosch, P. Schieberle: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 5. Auflage, Springer, 2001, ISBN 3-540-41096-1, S. 15. eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche.
  3. Herbert Feltkamp, Peter Fuchs, Heinz Sucker (Hrsg.): Pharmazeutische Qualitätskontrolle. Georg Thieme Verlag, 1983, ISBN 3-13-611501-5, 249–251.
  4. K. Günther, J. Martens, M. Schickedanz: Dünnschichtchromatographische Enantiomerentrennung mittels Ligandenaustausch. In: Angewandte Chemie. 96, 1984, S. 514–515, DOI: 10.1002/ange.19840960724.
  5. K. Günther: Thin-layer chromatographic enantiomeric resolution via ligand exchange. In: Journal of Chromatography. 448, 1988, S. 11–30.
  6. K. Günther, M. Schickedanz, J. Martens: Thin-Layer Chromatographic Enantiomeric Resolution. In: Naturwissenschaften 72, 1985, S. 149–150.
  7. Teresa Kowalska, Joseph Sherma (Hrsg.): Thin Layer Chromatography in Chiral Separations and Analysis, CRC Press Taylor & Francis Group, Chromatographic Science Series. Band 98, 2007, ISBN 978-0-8493-4369-8.
  8. Kurt Günther, Jürgen Martens und Maren Messerschmidt: Gas Chromatographic Separation of Enantiomers: Determination of the Optical Purity of the Chiral Auxiliaries (R)- and (S)-1-Amino-2-methoxymethylpyrrolidine. In: Journal of Chromatography. 288, 1984, S. 203–205.
  9.  Reinhard Mattisek, Gabriele Steiner, Markus Fischer: Lebensmittelanalytik. 4. Auflage. Springer, Berlin 2010, ISBN 978-3-540-92205-6, doi:10.1007/978-3-540-92205-6.