Tabelsukker (saccharose) konverteres til invertsukker ved hydrolyse. Opvarmning af en blanding eller opløsning af bordsukker og vand bryder den kemiske binding, der forbinder de to enkle sukkerkomponenter.
Den afbalancerede kemiske ligning til hydrolyse af saccharose til glucose og fruktose er:
C12H22O11 (saccharose) + H2O (vand) → C6H12O6 (glucose) + C6H12O6 (fruktose)
Optisk rotation Rediger
En gang saccharose opløsning har fået noget af sin saccharose omdannet til glucose og fructose opløsningen siges ikke længere at være ren. Det gradvise fald i renhed af en saccharoseopløsning, når den hydrolyseres, påvirker den kemiske egenskab af opløsningen kaldet optisk rotation, der kan bruges til at finde ud af, hvor meget af saccharosen der er blevet hydrolyseret, og om opløsningen er blevet omvendt eller ej.
Definition og måling Rediger
En slags lys kaldet plane polariseret lys kan stråles gennem en saccharoseopløsning, når den opvarmes til hydrolyse. Et sådant lys har en “vinkel”, der kan måles ved hjælp af et værktøj kaldet et polarimeter. Når et sådant lys skinner gennem en opløsning af ren saccharose, kommer det ud på den anden side med en anden vinkel, end når det kom ind, hvilket er proportionalt med både koncentrationen af sukkeret og længden af lysvejen gennem opløsningen; dens vinkel siges derfor at være “roteret”, og hvor mange grader vinklen har ændret sig (graden af dens rotation eller dens “optiske rotation”) får et bogstavnavn, α {\ displaystyle \ alpha} (alpha). Når rotationen mellem vinklen, som lyset har, når den kommer ind, og når den kommer ud, er med uret, siges lyset at være “roteret til højre”, og α {\ displaystyle \ alpha} gives til at have en positiv vinkel, såsom 64 °. Når rotationen mellem vinklen, som lyset har, når den kommer ind, og når den kommer ud, er i retning mod uret, siges lyset at være “roteret til venstre”, og α {\ displaystyle \ alpha} får en negativ vinkel som −39 ° .
Definition af inversionspunktet Rediger
Når plane polariserede lys trænger ind og ud af en opløsning af ren saccharose, drejes dens vinkel 66,5 ° (med uret eller til højre). Når saccharosen opvarmes og hydrolyseres, øges mængden af glucose og fruktose i blandingen, og den optiske rotation aftager. Efter at α {\ displaystyle \ alpha} passerer nul og bliver en negativ optisk rotation, hvilket betyder, at rotationen mellem den vinkel, lyset har, når det kommer ind, og når det går ud, er i retning mod uret, siges det, at den optiske rotation har ” omvendt “sin retning. Dette fører til definitionen af et “inversionspunkt” som den procentvise mængde saccharose, der skal hydrolyseres, før α {\ displaystyle \ alpha} er lig med nul. Enhver løsning, der har passeret inversionspunktet (og derfor har en negativ værdi på α {\ displaystyle \ alpha}) siges at være “inverteret”.
Chirality and specific rotationEdit
Da formerne af molekylerne (“kemiske strukturer”) af saccharose, glucose og fruktose alle er asymmetriske, kommer de tre sukkerarter i flere forskellige former, kaldet stereoisomerer. Eksistensen af disse former er det, der giver disse kemiske “optiske egenskaber. Når plan polariseret lys passerer gennem en ren opløsning af en af disse former for et af sukkerne, antages det at ramme og” kigge “visse asymmetriske kemiske bindinger inden i molekylet af den form af det sukker. Fordi de særlige bindinger (som i cykliske sukkerarter som saccharose, glucose og fruktose inkluderer en slags binding kaldet en anomer binding) er forskellige i hver form af sukkeret, roterer hver form lyset til en anden grad.
Når en form for et sukker renses og sættes i vand, tager det hurtigt andre former for det samme sukker. Dette betyder, at en opløsning af et rent sukker normalt har alle dets stereoisomerer til stede i opløsningen i forskellige mængder, som normalt ikke ændrer sig meget. Dette har en “gennemsnitlig” virkning på alle de optiske rotationsvinkler (α {\ displaystyle \ alpha} -værdier) for de forskellige former for sukker og fører til det rene sukkeropløsning havin g sin egen “samlede” optiske rotation, som kaldes dens “specifikke rotation” eller “observerede specifikke rotation”, og som er skrevet som {\ displaystyle}.
| Sukker | (°) |
|---|---|
| Sucrose | +66,5 |
| Glukose | +52,7 |
| Fruktose | −92.0 |
Effekter af waterEdit
Vandmolekyler gør ikke har chiralitet, derfor har de ingen effekt på målingen af optisk rotation. Når plan polariseret lys trænger ind i et legeme af rent vand, er dets vinkel ikke anderledes end når det kommer ud. Således for vand er {\ displaystyle} = 0 °. Kemikalier, der ligesom vand har specifikke rotationer, der svarer til nul grader, kaldes “optisk inaktive” kemikalier og som vand, de behøver ikke tages i betragtning ved beregning af optisk rotation uden for koncentrationen og kurlængden.
Blandinger generelt Rediger
Den samlede optiske rotation af en blanding af kemikalier kan beregnes, hvis andelen af mængden af hvert kemikalie i opløsningen er kendt. Hvis der er N {\ displaystyle N} -mange optisk aktive forskellige kemikalier (“kemiske arter”) i en opløsning, og den molære koncentration (antallet af mol af hvert kemikalie pr. Liter flydende opløsning) af hvert kemikalie i opløsningen er kendt og skrevet som C i {\ displaystyle C_ {i}} (hvor i {\ displaystyle i} er et tal, der bruges til at identificere den kemiske art); og hvis hver art har en specifik rotation (den optiske rotation af det kemiske stof, hvis den blev lavet som en ren opløsning) skrevet som i {\ displaystyle _ {i}}, så har blandingen den samlede optiske rotation
Hvor χ i {\ displaystyle \ chi _ {i}} er molfraktionen af ith {\ displaystyle i \ mathrm {^ {th}}} – arten.
Fuldt hydrolyseret saccharoseRediger
Forudsat at der ikke dannes ekstra kemiske produkter ved et uheld (dvs. der er ingen bivirkninger) har en fuldstændigt hydrolyseret saccharoseopløsning ikke længere nogen saccharose og er en halv og en halv blanding af glukose og fruktose. Denne opløsning har den optiske rotation
Delvist hydrolyseret saccharoseEdit
Hvis en saccharoseopløsning er delvis hydrolyseret, indeholder den saccharose, glucose og fruktose, og dens optiske rotationsvinkel afhænger af de relative mængder af hver til løsningen;
Hvor s {\ displaystyle s}, g {\ displaystyle g} og f {\ displaystyle f} står for saccharose, glucose og fruktose.
De særlige værdier af χ {\ displaystyle \ chi} behøver ikke at være kendt for at gøre brug af denne ligning, da inversionspunktet (procent mængde saccharose, der skal hydrolyseres, inden opløsningen inverteres) kan beregnes ud fra de specifikke rotationsvinkler for de rene sukkerarter. Reaktionens støkiometri (det faktum, at hydrolyse af et saccharosemolekyle gør et glukosemolekyle og et fructosemolekyle) viser, at når en opløsning begynder med x 0 {\ displaystyle x_ {0}} mol saccharose og ingen glucose eller fruktose og x {\ displaystyle x} mol saccharose hydrolyseres derefter, den resulterende opløsning har x 0 – x {\ displaystyle x_ {0} -x} mol saccharose, x {\ displaystyle x} mol glucose og x {\ displaystyle x} mol fruktose. Det samlede antal mol sukker i opløsningen er derfor x + x 0 {\ displaystyle x + x_ {0}}, og reaktionsforløbet (i procent fuldført af hydrolysereaktionen) er lig med xx 0 × 100% {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}} \ gange 100 \%}. Det kan vises, at løsningens optiske rotationsvinkel er en funktion af (afhænger eksplicit af) denne procents reaktionsfremgang. Når mængden xx 0 {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}}} er skrevet som r {\ displaystyle r} og reaktionen er r × 100% {\ displaystyle r \ gange 100 \%} færdig, den optiske rotationsvinkel er
Per definition, α {\ displaystyle \ alpha} er lig med nul grader ved “inversionspunktet”; for at finde inversionspunktet er alfa derfor sat til lig med nul, og ligningen manipuleres til at finde r {\ displaystyle r}. Dette giver
Det er således fundet, at en saccharoseopløsning er inverteret, når mindst 62,9% {\ displaystyle 62,9 \%} af saccharosen er blevet hydrolyseret til glucose og fruktose.
Overvågning af reaktionsforløb Rediger
Holder en saccharoseopløsning ved temperaturer på 50-60 ° C (122-140 ° F) hydrolyserer ikke mere end ca. 85% af dets saccharose. At finde α {\ displaystyle \ alpha}, når r = 0, 85 viser, at den optiske rotation af opløsningen efter hydrolyse er -12,7 °, denne reaktion siges at vende sukkeret, fordi dets endelige optiske rotation er mindre end nul. Et polarimeter kan bruges til at finde ud af, hvornår inversionen sker ved at registrere, om den optiske rotation af opløsningen på et tidligere tidspunkt i dens hydrolysereaktion er lig med -12,7 °.