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旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

实验原理:

蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为:CHO(蔗糖)

122211

+HO→CHO(葡萄糖)+CHO(果糖);它是一个二级反应,在纯水中此反应

261266126

的速度极慢,通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水是大量存在的,

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,其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可以看作是一级

反应。

dc

一级反应的速率方程可由表示为:kc,式中c为时间t时的反应物浓

dt

lnclnckt

度,K为反应速率常数。积分可得:0,c0为反应开始时反应物的浓度。

由此式中不难看出,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,由直线斜率即可得反应速率常数K。然而反应是在不断进行的,要快

速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化物,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

1

ln20.693

程。其中当c=2c时,时间t可以用t1/2表示,即为反应半衰期:t=kk。

01/2

测量物质反应的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度和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呈线性关系,即α=βc,此式中比例常数β与物质旋光能

力、溶剂性质、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,比旋光度可表示为:

20

[α]D=α·100/l·c

A

20

式中[α]D右上角的“20”是指实验时温度为20℃。D是旋光仪用钠灯光

源D线的波长(即589nm),α为测得的旋光度(°),l为样品管长度(dm),

cA为浓度(g/mL)。

20

作为反应物的蔗糖是右旋物质,其比旋光度[α]D=66.6°;生成物中葡萄

20

糖也是右旋物质,其比旋光度[α]D=52.5°;果糖则是左旋物质,其比旋光度

20

[α]D=-91.9°.由于生成物呈现左旋物质,因此随着反应的进行,体系的右旋角

不断减小,反应至某一瞬间,体系的旋光度可恰巧为零,而后就变成左旋,直至

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旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

蔗糖完全转化,这时左旋角达到最大值α。

设体系最初的旋光度为:α=β反c(c=0,蔗糖尚未完全转化);体系最终

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