O açúcar de mesa (sacarose) é convertido em açúcar invertido por hidrólise. Aquecer uma mistura ou solução de açúcar de mesa e água quebra a ligação química que une os dois componentes do açúcar simples.
A equação química balanceada para a hidrólise da sacarose em glicose e frutose é:
C12H22O11 (sacarose) + H2O (água) → C6H12O6 (glicose) + C6H12O6 (frutose)
Rotação ópticaEditar
Uma vez que uma sacarose solução teve parte de sua sacarose transformada em glicose e frutose a solução não é mais considerada pura. A diminuição gradual da pureza de uma solução de sacarose à medida que é hidrolisada afeta uma propriedade química da solução chamada rotação óptica, que pode ser usada para descobrir quanto da sacarose foi hidrolisado e, portanto, se a solução foi invertida ou não.
Definição e edição de medição
Um tipo de luz chamada luz plana polarizada pode ser emitida através de uma solução de sacarose à medida que é aquecida para hidrólise. Essa luz tem um “ângulo” que pode ser medido usando uma ferramenta chamada polarímetro. Quando essa luz é emitida através de uma solução de sacarose pura, ela sai do outro lado com um ângulo diferente do que quando entrou, que é proporcional tanto à concentração do açúcar quanto ao comprimento do caminho da luz através da solução; seu ângulo é, portanto, chamado de “girado” e em quantos graus o ângulo mudou (o grau de sua rotação ou sua “rotação óptica”) recebe um nome de letra, α {\ displaystyle \ alpha} (alfa). Quando a rotação entre o ângulo que a luz tem quando entra e quando sai está no sentido horário, a luz é chamada de “girada para a direita” e α {\ displaystyle \ alpha} tem um ângulo positivo, como 64 °. Quando a rotação entre o ângulo que a luz tem quando entra e quando sai está no sentido anti-horário, a luz é chamada de “girada para a esquerda” e α {\ displaystyle \ alpha} recebe um ângulo negativo, como −39 ° .
Definição do ponto de inversãoEditar
Quando a luz polarizada plana entra e sai de uma solução de sacarose pura, seu ângulo é girado 66,5 ° (sentido horário ou para a direita). Conforme a sacarose é aquecida e hidrolisada, a quantidade de glicose e frutose na mistura aumenta e a rotação óptica diminui. Depois que α {\ displaystyle \ alpha} passa de zero e se torna uma rotação óptica negativa, o que significa que a rotação entre o ângulo que a luz tem quando entra e quando sai é no sentido anti-horário, diz-se que a rotação óptica tem ” inverteu “sua direção. Isso leva à definição de um “ponto de inversão” como a porcentagem da quantidade de sacarose que deve ser hidrolisada antes que α {\ displaystyle \ alpha} seja igual a zero. Qualquer solução que ultrapassou o ponto de inversão (e portanto tem um valor negativo de α {\ displaystyle \ alpha}) é chamada de “invertida”.
Quiralidade e rotação específicaEdit
Como as formas das moléculas (“estruturas químicas”) de sacarose, glicose e frutose são todas assimétricas, os três açúcares vêm em várias formas diferentes, chamadas de estereoisômeros. A existência dessas formas é o que dá origem a essas “propriedades ópticas” químicas. Quando a luz polarizada plana passa por uma solução pura de uma dessas formas de um dos açúcares, pensa-se que atinge e “desprende” certas ligações químicas assimétricas dentro a molécula dessa forma desse açúcar. Como essas ligações específicas (que em açúcares cíclicos como sacarose, glicose e frutose incluem um tipo de ligação chamada ligação anomérica) são diferentes em cada forma do açúcar, cada forma gira a luz para um grau diferente.
Quando qualquer forma de açúcar é purificada e colocada na água, ela rapidamente assume outras formas do mesmo açúcar. Isso significa que uma solução de açúcar puro normalmente tem todos os seus estereoisômeros presentes na solução em diferentes quantidades que geralmente não mudam muito. Isso tem um efeito de “média” em todos os ângulos de rotação óptica (valores α {\ displaystyle \ alpha}) das diferentes formas do açúcar e leva ao puro solução de açúcar tendo g sua própria rotação óptica “total”, que é chamada de “rotação específica” ou “rotação específica observada” e que é escrita como {\ displaystyle}.
| Açúcar | (°) |
|---|---|
| Sacarose | +66,5 |
| Glicose | +52,7 |
| Frutose | −92.0 |
Efeitos do waterEdit
As moléculas de água não têm quiralidade, portanto, não têm qualquer efeito na medição da rotação óptica. Quando a luz polarizada plana entra em um corpo de água pura, seu ângulo não é diferente de quando sai. Assim, para água, {\ displaystyle} = 0 °. Produtos químicos que, como a água, têm rotações específicas iguais a zero grau são chamados de produtos químicos “opticamente inativos” e, como a água, não precisam ser considerados no cálculo da rotação óptica, fora da concentração e do comprimento do caminho.
Misturas em generalEdit
A rotação óptica geral de uma mistura de produtos químicos pode ser calculada se a proporção da quantidade de cada produto químico na solução for conhecida. Se houver N {\ displaystyle N} -muitos produtos químicos opticamente ativos (“espécies químicas”) em uma solução e a concentração molar (o número de moles de cada produto químico por litro de solução líquida) de cada produto químico na solução é conhecida e escrito como C i {\ displaystyle C_ {i}} (onde i {\ displaystyle i} é um número usado para identificar as espécies químicas); e se cada espécie tem uma rotação específica (a rotação óptica desse produto químico se fosse feita como uma solução pura) escrita como i {\ displaystyle _ {i}}, então a mistura tem a rotação óptica geral
Onde χ i {\ displaystyle \ chi _ {i}} é a fração molar da i-ésima {\ displaystyle i \ mathrm {^ {th}}} espécie.
SacaroseEdit totalmente hidrolisada
Presumindo que nenhum produto químico extra seja formado por acidente (ou seja, não há reações colaterais), uma solução de sacarose completamente hidrolisada não tem mais sacarose e é meio a meio mistura de glicose e frutose. Esta solução tem a rotação óptica
SacaroseEditar parcialmente hidrolisada
Se uma solução de sacarose foi parcialmente hidrolisada, ela contém sacarose, glicose e frutose e seu ângulo de rotação óptica depende das quantidades relativas de cada um para a solução;
Onde s {\ displaystyle s}, g {\ displaystyle g}, e f {\ displaystyle f} significa sacarose, glicose e frutose.
Os valores particulares de χ {\ displaystyle \ chi} não precisam ser conhecidos para fazer uso desta equação, pois o ponto de inversão (porcentagem da quantidade de sacarose que deve ser hidrolisada antes que a solução seja invertida) pode ser calculado a partir de os ângulos de rotação específicos dos açúcares puros. A estequiometria de reação (o fato de que a hidrólise de uma molécula de sacarose produz uma molécula de glicose e uma molécula de frutose) mostra que quando uma solução começa com x 0 {\ displaystyle x_ {0}} moles de sacarose e sem glicose nem frutose e x {\ displaystyle x} moles de sacarose são então hidrolisados, a solução resultante tem x 0 – x {\ displaystyle x_ {0} -x} moles de sacarose, x {\ displaystyle x} moles de glicose e x {\ displaystyle x} moles de frutose. O número total de moles de açúcares na solução é, portanto, x + x 0 {\ displaystyle x + x_ {0}} e o progresso da reação (porcentagem de conclusão da reação de hidrólise) é igual a xx 0 × 100% {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}} \ times 100 \%}. Pode ser mostrado que o ângulo de rotação óptica da solução é uma função (depende explicitamente) dessa porcentagem de progresso da reação. Quando a quantidade xx 0 {\ displaystyle {\ frac {x} {x_ {0}}}} é escrito como r {\ displaystyle r} e a reação é r × 100% {\ displaystyle r \ times 100 \%} concluído, o ângulo de rotação óptica é
Por definição, α {\ displaystyle \ alpha} é igual a zero grau no “ponto de inversão”; para encontrar o ponto de inversão, portanto, alfa é definido como zero e a equação é manipulada para encontrar r {\ displaystyle r}. Isso dá
Assim, verifica-se que uma solução de sacarose é invertida uma vez que pelo menos 62,9% {\ displaystyle 62,9 \%} da sacarose foi hidrolisada em glicose e frutose.
Monitoramento do progresso da reaçãoEditar
Manter uma solução de sacarose a temperaturas de 50–60 ° C (122–140 ° C F) não hidrolisa mais do que cerca de 85% de sua sacarose. Encontrar α {\ displaystyle \ alpha} quando r = 0,85 mostra que a rotação óptica da solução após a hidrólise é −12,7 °, esta reação inverte o açúcar porque sua rotação óptica final é menor que zero. Um polarímetro pode ser usado para descobrir quando a inversão é feita, detectando se a rotação óptica da solução em um momento anterior em sua reação de hidrólise é igual a -12,7 °.