旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)

1、旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關(guān)系。 2. 測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。 3. 掌握測(cè)量原理和旋光儀的使用方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)為: C12H22O11(蔗糖)H2O C6H12O6(葡萄糖) C6H12O6(果糖)右旋 右旋 左旋為使水解反應(yīng)加速，常以酸為催化劑，此反應(yīng)的反應(yīng)速率與蔗糖的濃度、水的濃度以及催化劑H+的濃度有關(guān)，在H+濃度固定的條件下，這個(gè)反應(yīng)本是二級(jí)反應(yīng)，但由于反應(yīng)中水是大量的，雖有部分水分子參加反應(yīng)，但濃度變化極小，可以認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)中水的濃度基本是恒定的。而H+是催化劑，其濃度也是固定的。所

2、以，此反應(yīng)可視為假一級(jí)反應(yīng)。其動(dòng)力學(xué)方程為 - dc / dt = k · c(1)式中，k為反應(yīng)速率常數(shù)；c為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度。將(1)式積分得：或 (2) 式中，c0為反應(yīng)物的初始濃度。當(dāng)c = 0.5 c0時(shí)，t可用t1/2表示，即為反應(yīng)的半衰期。由(2)式可得：(3) 蔗糖及水解產(chǎn)物均為旋光性物質(zhì)。但它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應(yīng)過(guò)程中旋光度的變化來(lái)衡量反應(yīng)的進(jìn)程。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類、濃度、溶劑的性質(zhì)、液層厚度、光源波長(zhǎng)及溫度等因素有關(guān)。為了比較各種物質(zhì)的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示: (4) 式中，t為實(shí)驗(yàn)溫度()；D

3、為光源波長(zhǎng)；為旋光度；l為液層厚度(m)；c為濃度(kg·m-3)。 由(4)式可知，當(dāng)其它條件不變時(shí)，旋光度與濃度c成線性關(guān)系。即： = K · c(5) 式中的K是一個(gè)與物質(zhì)旋光能力、液層厚度、溶劑性質(zhì)、光源波長(zhǎng)、溫度等因素有關(guān)的常數(shù)。 在蔗糖的水解反應(yīng)中，反應(yīng)物蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度=66.6°。產(chǎn)物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度 =52.5°；而產(chǎn)物中的果糖則是左旋性物質(zhì)，其比旋光度 =91.9°。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，因此隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，右旋角不斷減小，最后經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變成左旋。旋光度與濃度成正比，并且

4、溶液的旋光度為各組成的旋光度之和。設(shè)反應(yīng)時(shí)間為0，t，時(shí)溶液的旋光度為0，t，表示，則：0 = K反 · c0(蔗糖尚未轉(zhuǎn)化，t0) (6) = K生 · c0(蔗糖已全部轉(zhuǎn)化，t) (7) 式(6)、(7)中的K反和K生分別為對(duì)應(yīng)反應(yīng)物與生成物的比例常數(shù)。c0既為反應(yīng)物的初始濃度，又可為生成物的最后濃度。當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，蔗糖濃度為c，溶液體系旋光度為t, 則t = K反 · K生(c0 - c)(8) 由(6)、(7)、(8)三式聯(lián)立可以解得：(9) (10) 將(9)、(10)兩式代入(2)式即得: 或(11) 若以ln(t)對(duì)t作圖，從其斜率即可求得反應(yīng)速率常

5、數(shù)k。進(jìn)而可求得半衰期t1/2。三、實(shí)驗(yàn)步驟1 旋光儀的零點(diǎn)的測(cè)定打開(kāi)旋光儀，預(yù)熱20 min。將旋光管裝滿蒸餾水。將旋光管放入旋光儀，旋光管凸起的一端朝上放置。調(diào)節(jié)旋光儀的目鏡，使三分視野清晰。在讀數(shù)零附近，旋轉(zhuǎn)刻度盤(pán)調(diào)節(jié)手輪。調(diào)節(jié)三分視野，在三分視野亮度一致且較暗時(shí)讀數(shù)，這是旋光儀的零點(diǎn)。2.20%蔗糖溶液的配制  用量筒量取25 mL蒸餾水于50 mL錐形瓶中，用粗天平稱取5 g 蔗糖，溶于蒸餾水。3旋光度的測(cè)定用移液管吸取4 M HCl 25.0 mL加入蔗糖溶液中，開(kāi)始計(jì)時(shí)。應(yīng)注意在HCl 溶液從移液管中流出一半時(shí)開(kāi)始記時(shí)。用少量待測(cè)溶液潤(rùn)洗旋光管2 次，然后將反應(yīng)液裝滿旋光管，立刻放進(jìn)旋光儀內(nèi)，測(cè)量旋光度，每1min記錄1次，直至旋光度變?yōu)樽笮?的測(cè)定  在測(cè)量旋光度的同時(shí)，將剩余的蔗糖和HCl 混合溶液置于60水浴中加熱20 min，取出后冷卻至室溫，測(cè)其旋光度即為。每分鐘測(cè)量1次，連續(xù)測(cè)量3 min。五、數(shù)據(jù)處理1. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表:溫度： c(HCl): c(蔗糖)： :t(min)ttln(t)t(min)2. 以ln(t)對(duì)t作圖，由圖線的形狀判斷反應(yīng)的級(jí)數(shù)，并求出反應(yīng)的速率常數(shù)k。3. 計(jì)算蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的半衰期t1/2。六、注意事項(xiàng)1. 裝樣品時(shí)，旋光管管蓋旋至不漏液體即可，不要用力過(guò)猛，以免壓碎玻璃片。 2