L’activité optique
Les molécules chirales, comme de nombreux sucres, acides aminés et médicaments, font tourner le plan de polarisation de la lumière. Un polarimètre mesure cette rotation en degrés. La valeur dépend du composé, mais aussi de la quantité de matière traversée : on la ramène donc à un pouvoir rotatoire spécifique, selon la loi de Biot.
La formule
[α] = α ÷ (l × c)
- α : rotation observée, en degrés ;
- l : longueur de la cuve, en décimètres (une cuve standard mesure 1 dm, soit 10 cm) ;
- c : concentration, en grammes par millilitre (5 g pour 100 mL = 0,05 g/mL). Pour un liquide pur, on utilise sa masse volumique.
Le pouvoir rotatoire spécifique s’indique avec la température et la longueur d’onde, en général la raie D du sodium (589 nm), par exemple [α]D²⁰ = +66,5 pour le saccharose dans l’eau.
Exemple
Un échantillon donne +2,50° dans une cuve de 1 dm à 5 g pour 100 mL :
- [α] = 2,50 ÷ (1 × 0,05) = +50,0 ;
- l’énantiomère pur a [α] = +66,5 : la pureté optique vaut 50,0 ÷ 66,5 ≈ 75,2 % ;
- le mélange contient environ 87,6 % de l’énantiomère (+) et 12,4 % de l’énantiomère (−).
L’excès énantiomérique
ee = (majoritaire − minoritaire) ÷ (majoritaire + minoritaire) × 100
Quand la rotation est proportionnelle à l’excès, la pureté optique est égale à l’excès énantiomérique. On en déduit :
- énantiomère majoritaire = (100 + ee) ÷ 2 ;
- énantiomère minoritaire = (100 − ee) ÷ 2.
Un mélange racémique (50/50) ne fait pas tourner la lumière et a un ee de 0 %.
Signes et vocabulaire
- Dextrogyre (+) : fait tourner la lumière dans le sens des aiguilles d’une montre pour l’observateur.
- Lévogyre (−) : la fait tourner dans le sens inverse.
Le signe de la rotation n’est pas lié à la configuration R ou S : il se mesure, il ne se déduit pas de la formule.
Limites
- Le pouvoir rotatoire change avec le solvant, la concentration, la température et la longueur d’onde : comparez avec des valeurs de la littérature mesurées dans les mêmes conditions.
- Des impuretés elles-mêmes optiquement actives faussent le résultat.
- Pour un ee précis, la chromatographie chirale ou la RMN avec réactifs chiraux sont plus fiables que la polarimétrie.
- Une rotation de plus de 180° est ambiguë ; une mesure à deux concentrations lève le doute.