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旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

了解旋光仪的基本原理,掌握旋光仪的正确使用方法;
了解反应物浓度与旋光度之间的关系;
测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。

蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为:
此反应是一个二级反应, 在这里可看作为一级反应。
为什么在这里可以看作是一级反应?
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
( 蔗糖) (葡萄糖) ( 果糖)
它是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常需要在H+,尽管有部分水分子参加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的,而且H+是催化剂,。
式中c为时间t时的反应物浓度,k为反应速率常数。
积分
c0为反应开始时反应物浓度。
一级反应的速率方程可由下式表示:
-dc/dt=kc (1)
Lnc=lnco-kt (2)
当C=,时间t可用t1/2表示,既为反应半衰期:
t1/2 =ln2 / k = / k (3)
从⑵式可以看出,在不同时间测定反应物的相应浓度,并以lnc对t作图,可得一直线,由直线斜率既可得反应速率常数K0然而反应是在不断进行的,要快速分析出反应物的浓度的困难的。
lnc=lnc0 - kt
那么怎样才能度量反应的进程呢?用什么实验方法才能测量出此反应的速率常数呢?
我们知道:蔗糖及其转化物,都具有旋光性,而且它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。
测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。
溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件固定时,旋光度α与反应物浓度c呈线形关系,即
α= βc (4)
式中比例常数β与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示:
式中[α]D20右上角的“20”表示实验时温度为20℃,D是指旋光仪所采用的钠灯光源D线的波长(即589nm),α为测得的旋光度( º ),l为样品管长度( dm ),CA为浓度( g/100mL )。
[α]D20 =α·100 / l·CA (5)
体系的反应过程是怎样的,在整个过程中体系的初态和终态是怎样的?
设体系最初的旋光度为:
α0=β反Co ( t=0,蔗糖尚未转化) (6)
体系最终的旋光度为:
α∞=β生C 0 ( t=∞,蔗糖已完全转化) (7)
式⑹和⑺中β反和β生分别为反应物与生成物的比例常数。