Le sucre de table (saccharose) est converti en sucre inverti par hydrolyse. Le chauffage dun mélange ou dune solution de sucre de table et deau rompt la liaison chimique qui relie les deux composants du sucre simple.
Léquation chimique équilibrée pour lhydrolyse du saccharose en glucose et fructose est:
C12H22O11 (saccharose) + H2O (eau) → C6H12O6 (glucose) + C6H12O6 (fructose)
Rotation optiqueModifier
Une fois un saccharose la solution a eu une partie de son saccharose transformé en glucose et le fructose la solution nest plus dite pure. La diminution progressive de la pureté dune solution de saccharose lors de son hydrolyse affecte une propriété chimique de la solution appelée rotation optique qui peut être utilisée pour déterminer la quantité de saccharose hydrolysée et donc si la solution a été inversée ou non.
Définition et mesureModifier
Une sorte de lumière appelée lumière polarisée plane peut être projetée à travers une solution de saccharose lorsquelle est chauffée pour lhydrolyse. Une telle lumière a un «angle» qui peut être mesuré à laide dun outil appelé polarimètre. Lorsquune telle lumière brille à travers une solution de saccharose pur, elle sort de lautre côté avec un angle différent de celui à lentrée, qui est proportionnel à la fois à la concentration du sucre et à la longueur du chemin de la lumière à travers la solution; on dit donc que son angle est « tourné » et combien de degrés langle a changé (le degré de sa rotation ou sa « rotation optique ») reçoit un nom de lettre, α {\ displaystyle \ alpha} (alpha). Lorsque la rotation entre langle de la lumière lorsquelle entre et lorsquelle sort est dans le sens des aiguilles dune montre, la lumière est dite «tournée à droite» et α {\ displaystyle \ alpha} est donné comme ayant un angle positif tel que 64 °. Lorsque la rotation entre langle de la lumière lorsquelle entre et lorsquelle sort est dans le sens antihoraire, la lumière est dite « tournée à gauche » et α {\ displaystyle \ alpha} reçoit un angle négatif tel que −39 ° .
Définition du point dinversionEdit
Lorsque la lumière polarisée plane entre et sort dune solution de saccharose pur, son angle pivote de 66,5 ° (dans le sens des aiguilles dune montre ou vers la droite). Lorsque le saccharose est chauffé et hydrolysé, la quantité de glucose et de fructose dans le mélange augmente et la rotation optique diminue. Après que α {\ displaystyle \ alpha} passe zéro et devient une rotation optique négative, ce qui signifie que la rotation entre langle de la lumière lorsquelle entre et lorsquelle sort est dans le sens anti-horaire, on dit que la rotation optique a » inversé « sa direction. Cela conduit à la définition dun « point dinversion » comme le pourcentage de saccharose qui doit être hydrolysé avant que α {\ displaystyle \ alpha} soit égal à zéro. Toute solution ayant passé le point dinversion (et ayant donc une valeur négative de α {\ displaystyle \ alpha}) est dite « inversée ».
Chiralité et rotation spécifiqueEdit
Comme les formes des molécules («structures chimiques») du saccharose, du glucose et du fructose sont toutes asymétriques, les trois sucres se présentent sous plusieurs formes différentes, appelées stéréoisomères. Lexistence de ces formes est ce qui donne naissance aux propriétés optiques de ces produits chimiques. Lorsque la lumière polarisée plane passe à travers une solution pure de lune de ces formes de lun des sucres, on pense quelle frappe et «détourne» certaines liaisons chimiques asymétriques à lintérieur. la molécule de cette forme de ce sucre. Parce que ces liaisons particulières (qui dans les sucres cycliques comme le saccharose, le glucose et le fructose incluent une sorte de liaison appelée liaison anomérique) sont différentes dans chaque forme du sucre, chaque forme fait tourner la lumière pour à un degré différent.
Lorsquune forme quelconque dun sucre est purifiée et mise dans leau, elle prend rapidement dautres formes du même sucre. Cela signifie quune solution dun sucre pur a normalement tous ses stéréoisomères présent dans la solution en différentes quantités qui ne changent généralement pas beaucoup. Cela a un effet de « moyennage » sur tous les angles de rotation optique (valeurs α {\ displaystyle \ alpha}) des différentes formes du sucre et conduit au pur solution de sucre havin g sa propre rotation optique « totale », qui est appelée sa « rotation spécifique » ou « rotation spécifique observée » et qui sécrit {\ displaystyle}.
| Sucre | (°) |
|---|---|
| Saccharose | +66,5 |
| Glucose | +52,7 |
| Fructose | −92.0 |
Effets de leau Modifier
Les molécules deau ne le font pas ont une chiralité, ils nont donc aucun effet sur la mesure de la rotation optique. Lorsque la lumière polarisée plane pénètre dans une masse deau pure, son angle nest pas différent de celui à la sortie. Ainsi, pour leau, {\ displaystyle} = 0 °. Les produits chimiques qui, comme leau, ont des rotations spécifiques égales à zéro degré sont appelés produits chimiques « optiquement inactifs » et comme leau, ils nont pas besoin dêtre pris en compte lors du calcul de la rotation optique, en dehors de la concentration et de la longueur du trajet.
Mélanges en généralModifier
La rotation optique globale dun mélange de produits chimiques peut être calculée si la proportion de la quantité de chaque produit chimique dans la solution est connue. Sil y a N {\ Displaystyle N} -beaucoup de différents produits chimiques optiquement actifs (« espèces chimiques ») dans une solution et la concentration molaire (le nombre de moles de chaque produit chimique par litre de solution liquide) de chaque produit chimique dans la solution est connue et écrit comme C i {\ displaystyle C_ {i}} (où i {\ displaystyle i} est un nombre utilisé pour identifier lespèce chimique); et si chaque espèce a une rotation spécifique (la rotation optique de ce produit chimique si elle était faite sous forme de solution pure) écrite comme i {\ displaystyle _ {i}}, alors le mélange a la rotation optique globale
Où χ i {\ displaystyle \ chi _ {i}} est la fraction molaire de la ième espèce {\ displaystyle i \ mathrm {^ {th}}}.
Saccharose entièrement hydrolyséEdit
En supposant quaucun produit chimique supplémentaire ne soit formé par accident (cest-à-dire quil ny a pas de réactions secondaires), une solution de saccharose complètement hydrolysée na plus de saccharose et est un demi-et-demi mélange de glucose et de fructose. Cette solution a la rotation optique
Saccharose partiellement hydrolysé Modifier
Si une solution de saccharose a été partiellement hydrolysée, alors elle contient du saccharose, du glucose et du fructose et son angle de rotation optique dépend des quantités relatives de chacun pour la solution;
Où s {\ displaystyle s}, g {\ displaystyle g} et f {\ displaystyle f} représente le saccharose, le glucose et le fructose.
Les valeurs particulières de χ {\ displaystyle \ chi} nont pas besoin dêtre connues pour utiliser cette équation comme point dinversion (pourcentage de saccharose qui doit être hydrolysé avant que la solution ne soit inversée) peut être calculée à partir de les angles de rotation spécifiques des sucres purs. La stœchiométrie de la réaction (le fait que lhydrolyse dune molécule de saccharose produit une molécule de glucose et une molécule de fructose) montre que lorsquune solution commence par x 0 {\ displaystyle x_ {0}} moles de saccharose et sans glucose ni fructose et x {\ displaystyle x} moles de saccharose sont ensuite hydrolysées, la solution résultante a x 0 – x {\ displaystyle x_ {0} -x} moles de saccharose, x {\ displaystyle x} moles de glucose et x {\ displaystyle x} moles de fructose. Le nombre total de moles de sucres dans la solution est donc x + x 0 {\ displaystyle x + x_ {0}} et la progression de la réaction (pourcentage dachèvement de la réaction dhydrolyse) est égale à xx 0 × 100% {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}} \ fois 100 \%}. On peut montrer que langle de rotation optique de la solution est fonction de (dépend explicitement de) ce pourcentage de progression de la réaction. Lorsque la quantité xx 0 {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}}} est écrit comme r {\ displaystyle r} et la réaction est r × 100% {\ displaystyle r \ fois 100 \%} fait, langle de rotation optique est
Par définition, α {\ displaystyle \ alpha} égal à zéro degré au « point dinversion »; pour trouver le point dinversion, par conséquent, alpha est mis égal à zéro et léquation est manipulée pour trouver r {\ displaystyle r}. Cela donne
On constate ainsi quune solution de saccharose est inversée une fois quau moins 62,9% {\ displaystyle 62,9 \%} du saccharose a été hydrolysé en glucose et le fructose.
Surveillance de la progression de la réactionModifier
Tenir une solution de saccharose à des températures de 50 à 60 ° C (122 à 140 ° F) nhydrolyse pas plus denviron 85% de son saccharose. Trouver α {\ displaystyle \ alpha} lorsque r = 0,85 montre que la rotation optique de la solution après lhydrolyse est de -12,7 ° cette réaction est dite inverser le sucre car sa rotation optique finale est inférieure à zéro. Un polarimètre peut être utilisé pour déterminer quand linversion est effectuée en détectant si la rotation optique de la solution à un moment antérieur de sa réaction dhydrolyse est égale à −12,7 °.