Invertert sukker sirup

Bordsukker (sukrose) konverteres til invertsukker ved hydrolyse. Oppvarming av en blanding eller løsning av bordsukker og vann bryter den kjemiske bindingen som forbinder de to enkle sukkerkomponentene.

Den balanserte kjemiske ligningen for hydrolyse av sukrose til glukose og fruktose er:

C12H22O11 (sukrose) + H2O (vann) → C6H12O6 (glukose) + C6H12O6 (fruktose)

Optisk rotasjon Rediger

En gang en sukrose løsningen har fått noe av sukrose til å bli glukose og fruktose er ikke lenger sagt å være ren. Den gradvise reduksjonen i renhet av en sukroseoppløsning når den hydrolyseres, påvirker den kjemiske egenskapen til løsningen kalt optisk rotasjon som kan brukes til å finne ut hvor mye av sukrose som er hydrolysert og derfor om løsningen er invertert eller ikke.

Definisjon og målingEdit

En slags lys kalt planpolarisert lys kan skinne gjennom en sukroseoppløsning når den varmes opp for hydrolyse. Slike lys har en «vinkel» som kan måles ved hjelp av et verktøy som kalles et polarimeter. Når slikt lys skinner gjennom en løsning av ren sukrose, kommer den ut på den andre siden med en annen vinkel enn når den kom inn, som er proporsjonal med både konsentrasjonen av sukker og lengden på lysveien gjennom løsningen; vinkelen sies derfor å være «rotert» og hvor mange grader vinkelen har endret seg (graden av rotasjonen eller dens «optiske rotasjon») får et bokstavnavn, α {\ displaystyle \ alpha} (alfa). Når rotasjonen mellom vinkelen lyset har når den kommer inn og når den går ut, med urviseren, sies lyset å være «rotert til høyre» og α {\ displaystyle \ alpha} er gitt for å ha en positiv vinkel som 64 °. Når rotasjonen mellom vinkelen lyset har når den kommer inn og når den går ut i retning mot urviseren, sies lyset å være «rotert til venstre» og α {\ displaystyle \ alpha} får en negativ vinkel som −39 ° .

Definisjon av inversjonspunktet Rediger

Når planpolarisert lys kommer inn og kommer ut av en løsning av ren sukrose, roteres vinkelen 66,5 ° (med eller mot høyre). Når sukrose varmes opp og hydrolyseres, øker mengden glukose og fruktose i blandingen og den optiske rotasjonen avtar. Etter at α {\ displaystyle \ alpha} passerer null og blir en negativ optisk rotasjon, noe som betyr at rotasjonen mellom vinkelen lyset har når det kommer inn og når det går ut i retning mot urviseren, sies det at den optiske rotasjonen har » invertert «sin retning. Dette fører til definisjonen av et «inversjonspunkt» som den prosentvise mengden sukrose som må hydrolyseres før α {\ displaystyle \ alpha} er lik null. Enhver løsning som har passert inversjonspunktet (og derfor har en negativ verdi på α {\ displaystyle \ alpha}) sies å være «invertert».

Chirality and specific rotationEdit

Ettersom formene på molekylene («kjemiske strukturer») av sukrose, glukose og fruktose alle er asymmetriske, kommer de tre sukker i flere forskjellige former, kalt stereoisomerer. Eksistensen av disse formene er det som gir «de optiske egenskapene til disse kjemikaliene. Når planpolarisert lys passerer gjennom en ren løsning av en av disse formene av et av sukkerne, antas det å treffe og» blikke av «visse asymmetriske kjemiske bindinger innenfor molekylet av den formen av det sukkeret. Fordi de spesielle bindingene (som i sykliske sukkerarter som sukrose, glukose og fruktose inkluderer en slags binding som kalles en anomerbinding) er forskjellige i hver form av sukker, roterer hver form lyset til en annen grad.

Når en form for sukker renses og legges i vann, tar den raskt andre former av samme sukker. Dette betyr at en løsning av et rent sukker normalt har alle sine stereoisomerer til stede i løsningen i forskjellige mengder som vanligvis ikke endrer seg mye. Dette har en «gjennomsnittseffekt» på alle de optiske rotasjonsvinklene (α {\ displaystyle \ alpha} verdier) av de forskjellige formene av sukker og fører til det rene sukker løsning havin g sin egen «totale» optiske rotasjon, som kalles «spesifikk rotasjon» eller «observert spesifikk rotasjon» og som er skrevet som {\ displaystyle}.

Effekter av vannEdit

Vannmolekyler gjør ikke har chiralitet, derfor har de ingen effekt på måling av optisk rotasjon. Når planpolarisert lys kommer inn i en kropp av rent vann, er vinkelen ikke annerledes enn når den kommer ut. Dermed for vann er {\ displaystyle} = 0 °. Kjemikalier som, i likhet med vann, har spesifikke rotasjoner som tilsvarer null grader kalles «optisk inaktive» kjemikalier og som vann, de trenger ikke vurderes ved beregning av optisk rotasjon utenfor konsentrasjonen og banelengden.

Blandinger generelt Rediger

Den totale optiske rotasjonen av en blanding av kjemikalier kan beregnes hvis andelen av mengden av hvert kjemikalie i løsningen er kjent. Hvis det er N {\ displaystyle N} -mange optisk aktive forskjellige kjemikalier («kjemiske arter») i en løsning, og den molare konsentrasjonen (antall mol av hvert kjemikalie per liter flytende løsning) av hvert kjemikalie i løsningen er kjent og skrevet som C i {\ displaystyle C_ {i}} (der i {\ displaystyle i} er et tall som brukes til å identifisere den kjemiske arten); og hvis hver art har en spesifikk rotasjon (den optiske rotasjonen av det kjemikaliet hvis den ble laget som en ren løsning) skrevet som i {\ displaystyle _ {i}}, så har blandingen den totale optiske rotasjonen

Hvor χ i {\ displaystyle \ chi _ {i}} er molfraksjonen av denne {\ displaystyle i \ mathrm {^ {th}}} – arten.

Fullhydrolysert sukroseRediger

Forutsatt at ingen ekstra kjemiske produkter dannes ved et uhell (det vil si at det ikke er noen bivirkninger) har en fullstendig hydrolysert sukroseoppløsning ikke lenger noe sukrose og er en halv og en halv blanding av glukose og fruktose. Denne løsningen har den optiske rotasjonen

Delvis hydrolysert sukroseEdit

Hvis en sukroseoppløsning er delvis hydrolysert, inneholder den sukrose, glukose og fruktose, og den optiske rotasjonsvinkelen avhenger av de relative mengdene av hver for løsningen;

Hvor er {\ displaystyle s}, g {\ displaystyle g} og f {\ displaystyle f} står for sukrose, glukose og fruktose.

De spesielle verdiene til χ {\ displaystyle \ chi} trenger ikke å være kjent for å gjøre bruk av denne ligningen, da inversjonspunktet (prosent mengde sukrose som må hydrolyseres før løsningen inverteres) kan beregnes fra de spesifikke rotasjonsvinklene til de rene sukker. Reaksjonsstøkiometri (det faktum at hydrolysering av ett sukrosemolekyl gjør et glukosemolekyl og ett fruktosemolekyl) viser at når en løsning begynner med x 0 {\ displaystyle x_ {0}} mol sukrose og ingen glukose eller fruktose og x {\ displaystyle x} mol sukrose hydrolyseres deretter, og den resulterende løsningen har x 0 – x {\ displaystyle x_ {0} -x} mol sukrose, x {\ displaystyle x} mol glukose og x {\ displaystyle x} mol fruktose. Totalt antall mol sukker i løsningen er derfor x + x 0 {\ displaystyle x + x_ {0}}, og reaksjonsfremdriften (prosent fullføring av hydrolysereaksjonen) tilsvarer xx 0 × 100% {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}} \ ganger 100 \%}. Det kan vises at løsningens optiske rotasjonsvinkel er en funksjon av (avhenger eksplisitt av) denne prosentvise reaksjonen. Når mengden xx 0 {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}}} er skrevet som r {\ displaystyle r} og reaksjonen er r × 100% {\ displaystyle r \ ganger 100 \%} ferdig, den optiske rotasjonsvinkelen er

Per definisjon, α {\ displaystyle \ alpha} tilsvarer null grader ved «inversjonspunktet»; for å finne inversjonspunktet blir alfa derfor satt til null og ligningen manipuleres for å finne r {\ displaystyle r}. Dette gir

Det er således funnet at en sukroseoppløsning er invertert når minst 62,9% {\ displaystyle 62,9 \%} av sukrose er hydrolysert til glukose og fruktose.

Overvåking av reaksjonsforløp Rediger

Holder en sukroseoppløsning ved temperaturer på 50–60 ° C (122–140 ° F) hydrolyserer ikke mer enn ca. 85% av dens sukrose. Å finne α {\ displaystyle \ alpha} når r = 0,85 viser at den optiske rotasjonen av løsningen etter hydrolyse er -12,7 °. Denne reaksjonen sies å invertere sukkeret fordi den endelige optiske rotasjonen er mindre enn null. Et polarimeter kan brukes til å finne ut når inversjonen er gjort ved å oppdage om den optiske rotasjonen av løsningen på et tidligere tidspunkt i hydrolysereaksjonen er lik -12,7 °.