旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

1. 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 目的要求 一 ﹑测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期 二 ﹑了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系 三 ﹑了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法

2. 基本原理 蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为 C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 ( 蔗糖 ) (葡萄糖) ( 果糖 ) 它是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常需要在H+离子催化作用下进行.由于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的,而且H+是催化剂,其浓度也保持不变.因此蔗糖转化反应可看作为一级反应。

3. 一级反应的速率方程可由下式表示 — Dc/D t =Kc ( 18—1) c为时间t时的反应物浓度,K为反应速率常数.积分可得 Ln c =— Kt + LnCo (18—2) C0为反应开始时反应物浓度。 当C=0.5Co时,可用T1/2表示,既为反应半衰期: T1/2 =Ln2 / K = 0.693 / K (18—3) 从(18—2)式,不难看出,在不同时间测定反应物的相应浓度,并以Ln对t作图,可得一直线,由直线斜率既可得反应速率常数Ko然而反应是在不断进行的,要快速分析出反应物的浓度的困难的.但蔗糖及其转化物,都具有旋光性,而且它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

4. 测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件固定时,旋光度α与反应物浓度C呈线形关系,既 α = βC (18—4)式中比例常数β与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。 物质的旋光能力用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示: [α]D20 =α.100 / l .CA (18—5) 式中[α]D20右上角的“20”表示实验时温度为200C,D是指用钠灯光源D线的波长(即589nm),α为测得的旋光度( o ),l为样品管长度( dm ),CA为浓度( g/100ml )。

5. 作为反应物的蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]D20 = 66.6o;生成物中葡萄糖也是右旋性物质,其比旋光度[α]D20 = 52.5o,但果糖是左旋性物质, 其比旋光度[α]D20 = -91.9o.由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大,所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应进行,体系的右旋角不断减小,反应至某一瞬间,体系的旋光度可恰好等于零,而后就变成左旋,直至蔗糖完全转化,这时左旋角达到最大值α∞。 设体系最初的旋光度为 α0=β反Co ( t=0,蔗糖尚未转化 ) ( 18—6 ) 体系最终的旋光度为 α∞=β生C ( t=∞,蔗糖已完全转化 ) ( 18—7 ) ( 18—6 )和( 18—7 )中β反和β生分别为反应物与生成物的比例常数.

6. 当时间为t时,蔗糖浓度为c,此时旋光度为αt,既 αt=β反C + β生(Co – C) ( 18—8 ) 由( 18—6 )、( 18—7 ) 和 ( 18—8 )联立可解得 C0=(αo-α∞)/( β反-β生) = β′(αo-α∞) ( 18—9 ) C=(αt-α∞)/( β反-β生) = β′(αt-α∞) ( 18—10 ) 将( 18—9 ) 和 ( 18—10 ) 代入(18—2)式既得 Ln(αt-α∞)=-Kt+Ln(αo-α∞) ( 18—11 ) 显然,以Ln(α0-α∞)对t作图可得一直线,从直线斜率既可求得反应速率常数k0。

7. 仪器 试剂 旋光仪 恒温箱 恒温槽 容量瓶(50ml) 锥形瓶(150m) 葡萄糖(分析纯) 移液管(25ml,50ml0) 蔗糖(分析纯) HCL溶液(4.00mol.dm-3) 蔗糖酶液(自制)

8. 实验步骤 一、仪器装置 请仔细阅读仪器九“旋光仪”，了解旋光仪的构造，原理，掌握使用方法。 二、旋光仪的零点校正 三、反应过程的旋光度的测定 四、α∞的测量 五、同上法（步骤三、四）测量其它温度下不同反应时间对应的旋光度。

9. 数据处理 一、将反应过程所测得的旋光度αt和对应时间t列表，作出αt-t曲线图。 二、将αt-t曲线上，等间隔取8个（αt-t）数组，并通过计算，以ln（αt-α∞）对t作图，由直线斜率求反应速率常数k并计算反应半衰期t1/2。 三、根据实验测得的k（T1）和k（T2），利用阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式计算反应的平均活化能。 四、文献值，见表18-1。