La polarimétrie.

• Le polarimètre.

• Le pouvoir rotatoire.

• Applications :

  1. Mesure du pouvoir rotatoire spécifique du dextrose.

  2. Dosage du lactose du lait.

  3. Détermination du pourcentage de saccharose dans la betterave.     

Schéma d'un polarimètre :

Lampe au sodium Prisme de Nicol Lumière polarisée plane Cellule contenant l'échantillon Rotation du plan Analyseur Oculaire

Source lumineuse :

Polariseur et analyseur :

Ce sont des prismes de Nicol

• Cerains cristaux tels que le SPATH d'ISLANDE (CaCO₃ cristallisé ) dont le système cristallin est rhomboédrique ( les six faces sont des losanges égaux) (Fig 1) ont la propriété de réfracter doublement la lumière : pour un même rayon incident on obtient deux rayons réfractés polarisés à angle droit) (Fig 2).

          Des prismes de Nicol (Spath coupé perpendiculairement à son axe principal et recollé avec du Baume de Canada)             (Fig 3) permettent d'éliminer l'un des rayons. Le rayon extraordinaire sort du cristal inchangé. La lumière qui a ainsi             traversé le prisme de Nicol est dite polarisée.

          La plan de vibration de l'onde est perpendiculaire à la direction de propagation qui est celle du rayon lumineux. Ce             plan peut prendre toutes les directions perpendiculaires à la direction de propagation.

        Le polariseur sélectionne une direction de vibration ou un plan de vibration.Ce plan peut être tordu ( ou dévié) par une substance optiquement active qui se trouve dans la cuvette entre le prisme polariseur et le prisme analyseur.

        Si deux prismes, l'un polariseur, l'autre analyseur sont placés à la suite l'un de l'autre dans la direction de la                propagation , l'intensité de la lumière sera maximale si les axes des polariseurs sont les mêmes et sera nulle s'ils sont     perpendiculaires.

Si on introduit une substance optiquement active dans la cuvette, l'intensité de la lumière n'est pas nulle ou maximale; pour retrourner à une intensité nulle ou maximale, il faudra tourner le prisme analyseur d'un angle alpha .

Le pouvoir rotatoire :

• Certaines molécules peuvent exister sous la forme de deux configurations spatiales différentes non superposables, symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan comme une main droite est l'image dans un miroir d'une main gauche. On dit que cette molécule est chirale. Les deux configurations de la molécule sont appelées énantiomères, énantiomorphes ou antipodes optiques.
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• L'origine de cette isomérie optique est due généralement à la présence dans la molécule d'un atome de carbone asymétrique. Un atome de C est asymétrique lorsqu'il est d'hybridation sp³ et substitué par quatre groupements différents.
• Lorsqu'une solution contenant une molécule présentant une isomérie optique est traversée par un faisceau de lumière polarisée, le plan de polarisation est dévié, vers la gauche (molécule lévogyre (-)) ou vers la droite (molécule dextrogyre (+)). une molécule chirale est donc douée de pouvoir rotatoire.
• Les deux isomères (inverses optiques ou énantiomères) ont les mêmes propriétés physiques et ne diffèrent que par leurs pouvoirs rotatoires qui sont opposés. Si une molécule possède un pouvoir rotatoire dextrogyre, son énantiomère possèdera un pouvoir rotatoire de même valeur, mais de signe lévogyre.
• Le pouvoir rotatoire d'une molécule chirale est une propriété physique caractéristique de celle-ci au même titre que son point de fusion, son point d'ébullition et sa densité.
• Lorsque deux énantiomères sont présents dans une solution, le pouvoir rotatoire de celle-ci est la somme des pouvoirs rotatoires des espèces présentes. Si les deux énantiomères sont présents en quantité égale, la rotation de l'un des composés sera annulée par l'autre et aucune activité optique ne sera observée. De tels mélanges sont appelés mélanges racémiques. La structure cristalline du mélange racémique lui confère des propriétés physiques différentes.
• L'activité optique des composés organiques est mesurée au moyen d'un polarimètre et selon la loi de Biot :

                                 J   =  [ J ] _D    . l . C 

                                           J est l'angle mesuré expérimentalement

                                 l    est la longueur de la cellule en dm

                                 C est la concentration de la substance en g/cm³

                                           [ J ] ₀   est le pouvoir rotatoire spécifique d'un composé chiral, à une t°C bien déterminée et pour une longueur d'onde correspondante à la raie du sodium à 589,3 nm.

• Les indices L et D se font par comparaison avec la structure du 2-hydroxypropanal (glycéraldéhyde). On attribue, par convention, la configuration D à la molécule dans laquelle le groupement OH est à droite et la configuration L si l'OH est à gauche.

          Par extension, si le groupement NH₂ d'un acide aminé est à droite, on a la configuration D et L si le groupement NH₂ est à gauche.

• Les glucides possèdent un ou plusieurs centres de dissymétrie ou centres de chiralité : ils sont donc optiquement actifs et sont dosables par polarimétrie.
• Pour les glucides réducteurs, il faut tenir compte du phénomène de mutarotation (par exemple le glucose J se transforme au cours du temps en glucose ß d'oùil ne faut utiliser que des solutions stabilisées (conservées à 4°C) ou en ajoutant une goutte d'ammoniaque concentré.

Applications :

Mesure du pouvoir rotatoire spécifique du dextrose.

Mode opératoire :

• Dissoudre 10,00 g de dextrose dans 80 ml d'eau distillée, ajouter 1 goutte d'ammoniaque diluée. Laisser reposer pendant 2 heures et compléter à 100 ml avec de l'eau distillée.
• Rincer le tube polarimétrique et régler le zéro avec de l'eau distillée.
• Effectuer la lecture en ayant préalablement rincé le tube avec la solution à doser.

Formule :

                              valeur de l'angle lue     x     100

     [ J ] _D                 =   --------------------------------------------------------------------------

                                       masse (au 1/1000 de g). d (: 2 si tube de 20 cm). [ (100 - % d'eau)/100]

Résultat :     [ J ] _D    à 20°C   =   + 52,5°    à   +  53,0° 

Dosage du lactose du lait.

Mode opératoire:

• Prélever 50 ml de lait à analyser avec une pipette jaugée.
• Prélever 50 ml de réactif d'Esbach avec une pipette jaugée.
• Mettre le tout dans un erlenmeyer, agiter et laisser déféquer.
• Filtrer. On obtient un filtrat jaune.
• Verser le filtrat dans le tube polarimétrique et effectuer la lecture.

Réactif d'Esbach :

• Dissoudre 2 g d'acide citrique et 1 g d'acide picrique dans un jaugé de 100 ml avec de l'eau distillée.

Formule :

                                 (2   x  Lecture)  +  0,01 [ D  -  17]

    % de lactose =     -------------------------------------      x       100

                                                  52,3

                                    2   x  Lecture : car le lait a été dilué 2 fois avec le réactif d'Esbach.

                                    D : nombre de degré Dornic obtenu lors de l'analyse de l'acidité du lait. Normalement : 17°

                                    52,3 :     [ J ] _D        du lactose.

Notes :

• La teneur normale est de 49 g de lactose par litre de lait. Ce taux sera réduit en cas de mouillage ou d'une transformation en acide lactique due à une présence excessive de lactobacilles suite à une mauvaise conservation.
• Le lactose est un disaccharide qui par hydrolyse produit du D-galactose et du D-glucose

Détermination du % de saccharose dans une betterave.

Notes : un tube de 40 cm de long renfermant une solution de 26,026 g de saccharose dans 100 ml d'eau correspond à 100 degrés saccharimétriques ; la rotation provoquée par une telle solution est de 34,65°P.

100° saccharimétriques correspondent donc à 34,65° polarimétriques.

1° saccharimétrique correspond à 0,3465 ° Polarimétrique.

1° polarimétrique correspond à 100/34,65  = 2,886° saccharimétrique.

Le saccharimètre n'est autre qu'un polarimètre gradué de telle manière qu'il indique directement la concentration en sucre saccharose d'une solution.

On appelle Poids Normal d'un sucre, la quantité de sucre qui, dissoute et portée à un volume de 100 ml avec de l'eau distillée, donne avec la lumière jaune du sodium, à la température de 20°C et sous une épaisseur de 40 cm, une lecture de 100 degrés saccharimétriques.

Le poids normal est caractéristique pour chaque substance. Pour le saccharose, il est de 26,026 g.

Technique d'analyse.

• Laver une betterave. On peut la peler. La raper avec une bonne rape de cuisine.
• Introduire 26 g de cossettes dans un godet "Ledocte".
• Introduire 177 cm³ de sous-acétate de Plomb dilué (3%) [ PbO.Pb(CH₃COO^-)₂] à l'aide d'un dispositif doseur ( 172 ml d'eau + 7 cm³ de sous-acétate de plomb conc. à 77%). Le sous-acétate de plomb joue le rôle de défécant.
• Sans agiter, en ayant couvert le godet, placer le tout au bain-marie à 80°C pendant 1/2 heure.
• Enlever du bain-marie, refroidir en agitant lentement.
• Filtrer deux fois successivement.
• Si le liquide est encore trouble, ajouter quelques gouttes de CH₃COOH concentré.
• Faire la lecture au saccharimètre ou au polarimètre avec un tube de 400 mm.

Calculs.

Par exemple la lecture = L = 3,8°P avec un polarimètre et une cuvette de 20 cm.

                                      L = 3,8 x 2 pour un tube polarimétrique de 40 cm.

                                      Donc le résultat est : 3,8 x 2 x 2,886 = 21,964 %

N.B :

Le saccharose est un disaccharide de glucose et de fructose. Ce n'est pas un sucre réducteur.

L'hydrolyse du saccharose ( [ J ] _D         =  66,5°) en D-glucose (   [ J ] _D      = + 52,5°) et en D-fructose (  [ J ] _D           =  - 92°) est souvent appelée "inversion" puisqu'elle s'accompagne d'un changement de la rotation optique du dextrogyre vers le levogyre en cas de composition equimolaire en glucose et en fructose. Ce mélange est appelé sucre inverti.