Az asztali cukrot (szacharózt) hidrolízissel invertcukorrá alakítják. Az asztali cukor és víz keverékének vagy oldatának melegítése megszakítja a kémiai kötést, amely összeköti a két egyszerű cukor összetevőt.
A szacharóz glükózzá és fruktózzá történő hidrolízisének kiegyensúlyozott kémiai egyenlete:
C12H22O11 (szacharóz) + H2O (víz) → C6H12O6 (glükóz) + C6H12O6 (fruktóz)
Optical rotationEdit
Egyszer egy szacharóz oldat szacharózának egy része glükózzá és fruktózzá változott, az oldat már nem mondható tiszta. A szacharózoldat tisztaságának fokozatos csökkenése hidrolizálva befolyásolja az oldat optikai forgatásnak nevezett kémiai tulajdonságát, amely felhasználható annak megállapítására, hogy a szacharóz mekkora része hidrolizálódott, és ezért az oldat fordított-e vagy sem.
Meghatározás és mérésEdit
Egyfajta síkpolarizált fénynek nevezhető fény átsugározható egy szacharózoldaton keresztül, amikor azt hidrolízis céljából felmelegítik. Az ilyen fénynek van egy “szöge”, amelyet egy polariméter nevű eszközzel lehet mérni. Ha egy ilyen fényt tiszta szacharóz-oldaton keresztül ragyognak be, akkor a másik oldal más szöggel kerül elő, mint amikor belépett, ami arányos mind a cukor koncentrációjával, mind az oldaton át vezető fény útjának hosszával; szögét tehát “elforgatottnak” mondják, és hány fokos szög változott (elfordulásának mértéke vagy “optikai elfordulása”) betűnevet kap, α {\ displaystyle \ alpha} (alfa). Amikor a fény belépési és kilépési szöge közötti forgás az óramutató járásával megegyező irányba mutat, akkor azt mondják, hogy a fény “jobbra van forgatva”, és az α {\ displaystyle \ alpha} pozitív szöget kap, például 64 °. Amikor a fény belépési és kilépési szöge közötti forgás az óramutató járásával ellentétes irányba esik, akkor azt mondják, hogy a fény “balra forog”, és az α {\ displaystyle \ alpha} negatív szöget kap, például −39 ° .
Az inverziós pont meghatározásaEdit
Amikor a sík polarizált fény belép és kilép a tiszta szacharóz oldatából, annak szöge 66,5 ° -kal (jobbra vagy balra) elfordul. Amint a szacharózt felmelegítik és hidrolizálják, a keverékben a glükóz és a fruktóz mennyisége növekszik, az optikai forgás csökken. Miután az α {\ displaystyle \ alpha} nulla és negatív optikai forgássá válik, ami azt jelenti, hogy a fény belépési és kilépési szöge közötti forgás az óramutató járásával ellentétes irányba mutat, azt mondják, hogy az optikai forgás ” megfordította “irányát. Ez egy “inverziós pont” meghatározásához vezet, mivel az a százalékos szacharózmennyiség, amelyet hidrolizálni kell, mielőtt az α {\ displaystyle \ alpha} megegyezik a nullával. Minden olyan megoldás, amely túllépte az inverziós pontot (és ezért negatív értéke α {\ displaystyle \ alpha}), fordítottnak mondható.
Kiralitás és specifikus rotationEdit
Mivel a szacharóz, a glükóz és a fruktóz molekuláinak alakja (“kémiai szerkezete”) aszimmetrikus, a három cukornak többféle formája van, az úgynevezett sztereoizomerek. Ezeknek a formáknak a megléte okozza ezeket a vegyi anyagok “optikai tulajdonságait”. Amikor a síkban polarizált fény áthalad az egyik cukor egyik ilyen formájának tiszta oldatán, úgy gondolják, hogy eltalálja és “elrugaszkodja” bizonyos aszimmetrikus kémiai kötéseket mivel ezek a bizonyos kötések (amelyek a ciklikus cukrokban, például a szacharózban, a glükózban és a fruktózban egyfajta kötést tartalmaznak, amelyet anomer kötésnek neveznek) a cukor egyes formáiban különböznek, mindegyik forma elforgatja a fényt eltérő mértékben.
Ha a cukor bármelyik formáját megtisztítják és vízbe teszik, akkor gyorsan ugyanannak a cukornak más formáit veszi igénybe. Ez azt jelenti, hogy a tiszta cukor oldatának általában az összes sztereoizomerje van különböző mennyiségben van jelen az oldatban, amelyek általában nem sokat változnak. Ez “átlagoló” hatást gyakorol a cukor különböző formáinak összes optikai forgatási szögére (α {\ displaystyle \ alpha} értékekre), és a tiszta cukoroldat havin g saját “teljes” optikai forgatását, amelyet “sajátos forgatásának” vagy “megfigyelt specifikus forgatásának” nevezünk, és amelyet {\ displaystyle} néven írunk.
| Cukor | (°) |
|---|---|
| Szacharóz | +66,5 |
| Glükóz | +52,7 |
| Fruktóz | −92.0 |
A waterEdit hatásai
A vízmolekulák nem kiralitással rendelkeznek, ezért nincsenek hatással az optikai forgásmérésre. Amikor a sík polarizált fény belép a tiszta víztestbe, annak szöge nem különbözik attól, amikor kilép. Így a víz esetében a {\ displaystyle} = 0 °. Azokat a vegyi anyagokat, amelyeknek a vízhez hasonlóan nulla fokos sajátos forgása van, “optikailag inaktív” vegyi anyagoknak nevezzük, és hasonlóan a vízhez, ezeket nem kell figyelembe venni az optikai forgás kiszámításakor, a koncentráción és az út hosszán kívül.
Keverékek általábanEdit
A vegyszerek keverékének teljes optikai forgása akkor számítható ki, ha ismert az egyes vegyi anyagok mennyiségének aránya az oldatban. Ha N {\ displaystyle N} sok optikailag aktív különféle vegyi anyag (“vegyi anyag”) van egy oldatban, és az oldatban lévő egyes vegyszerek moláris koncentrációja (az egyes vegyi anyagok móljainak száma liter folyékony oldatban) ismert és C i {\ displaystyle C_ {i}} néven írják (ahol i {\ displaystyle i} a vegyi faj azonosítására használt szám); és ha minden fajnak van egy meghatározott forgása (az adott vegyi anyag optikai forgatása tiszta oldatként készült), az i {\ displaystyle _ {i}} néven van megírva, akkor a keverék teljes optikai forgatással rendelkezik
Hol χ i A {\ displaystyle \ chi _ {i}} az i-es {\ displaystyle i \ mathrm {^ {th}}} faj mol törtrésze.
Teljesen hidrolizált szacharózEdit
Ha feltételezzük, hogy véletlenül nem képződnek különféle vegyi termékek (vagyis nincsenek mellékreakciók), akkor egy teljesen hidrolizált szacharózoldatban már nincs szacharóz, és fél és fél glükóz és fruktóz keveréke. Ennek az oldatnak az optikai forgása van
Részben hidrolizált szacharózEdit
Ha a szacharózoldatot részben hidrolizálták, akkor szacharózt, glükózt és fruktózt tartalmaz, és optikai forgási szöge a relatív mennyiségektől függ mindegyik a megoldáshoz;
Hol s {\ displaystyle s}, g {\ displaystyle g} és f {\ displaystyle f} a szacharózt, a glükózt és a fruktózt jelenti.
A (z) make {\ displaystyle \ chi} értékeit nem kell ismerni ahhoz, hogy ezt az egyenletet felhasználhassuk, mivel az inverziós pont (a szacharóz százalékos mennyisége, amelyet az oldat megfordítása előtt hidrolizálni kell) kiszámítható a tiszta cukrok sajátos forgási szögei. A reakció-sztöchiometria (az a tény, hogy egy szacharózmolekula hidrolizálásával egy glükózmolekula és egy fruktózmolekula keletkezik) azt mutatja, hogy amikor egy oldat x 0 {\ displaystyle x_ {0}} mól szacharózzal kezdődik, glükóz, fruktóz és x {\ displaystyle nélkül x} mol szacharózt hidrolizálunk. A kapott oldatban x 0 – x {\ displaystyle x_ {0} -x} mol szacharóz, x {\ displaystyle x} mol glükóz és x {\ displaystyle x} mol fruktóz van. Az oldatban lévő összes cukormól száma x + x 0 {\ displaystyle x + x_ {0}}, és a reakció előrehaladása (a hidrolízis reakció befejeződésének százaléka) egyenlő xx 0 × 100% {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}} \ szorosa 100 \%}. Megmutatható, hogy a megoldás optikai forgási szöge ennek a százalékos reakció előrehaladásának a függvénye (kifejezetten attól függ). Amikor az xx 0 {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}}} mennyiség r {\ displaystyle r} néven írva, és a reakció r × 100% {\ displaystyle r \ szor 100 \%} kész, az optikai forgásszög
Meghatározás szerint α {\ displaystyle \ alpha} nulla fokkal egyenlő az “inverziós pontnál”; az inverziós pont megtalálásához ezért az alfát nulla értékre állítjuk, és az egyenletet manipulálva megtaláljuk az r {\ displaystyle r} értéket. Ez
Megállapítottuk, hogy a szacharózoldatot megfordítjuk, ha a szacharóz legalább 62,9% -át {\ displaystyle 62,9 \%} glükózzá hidrolizáljuk. és a fruktóz.
A reakció előrehaladásának figyeléseSzerkesztés
Szacharózoldat tartása 50–60 ° C (122–140 ° C) hőmérsékleten F) szacharózának legfeljebb körülbelül 85% -át hidrolizálja. Az α {\ displaystyle \ alpha} megkeresése, amikor r = 0,85, azt mutatja, hogy az oldat optikai forgása a hidrolízis után -12,7 °, állítólag ez a reakció invertálja a cukrot, mert végső optikai forgása kisebb, mint nulla. Polariméter segítségével kideríthető, hogy mikor történik meg az inverzió, annak detektálásával, hogy az oldat hidrolízis reakciójában egy korábbi időpontban mért optikai forgás egyenlő-e -12,7 °.