Робота № 7/3. Встановлення кінетичних параметрів реакції мутаротації глюкози

Мета роботи. Визначити константу швидкості реакції мутаротації глюкози та встановити її залежність від рН розчину.

Методика роботи. Кристалічні форми a- та b-глюкози є достатньо стійкими, але у розчині кожна з них повільно перетворюється на рівноважну суміш обох форм. За цим процесом легко спостерігати, визначаючи зменшення кута оптичного обертання a-мономера (+112°) чи збільшення кута оптичного обертання b-мономера (+18,7°) до рівноважного значення, яке становить 52,5°. Це явище відоме під назвою мутаротації. Мутаротація каталізується як кислотами, так і лугами (див. схему).

У рівноважній суміші знаходиться 64% b-глюкози та 36% a-глюкози.

Реакція мутаротації - оборотна реакція 1-го порядку. Для оборотних реакцій 1-го порядку швидкість зміни концентрації речовини А визначається за рівнянням:

(1)

де k₁ та k₂ - константи швидкості зменшення та збільшення концентрації речовини А. Інтегруючи це рівняння за умови, що початкові концентрації речовин А та В дорівнюють А₀ та В₀ відповідно, можна дійти до співвідношення:

, (2)

де

(3)

Якщо відоме значення величини x_рівн, що показує наскільки зменшується концентрація речовини А від початкової (А₀) до рівноважної (А_рівн), то замість рівнянь (3) та (2) більш зручно користуватися рівняннями:

(4)

та

, (5)

які можна одержати за умови, що для константи рівноваги К_рвиконується співвідношення:

. (6)

Коли за реакцією слідкують за допомогою поляриметра, рівняння (5) перетворюється на рівняння

, (7)

де a₀ та a_µ - кути оптичного обертання площини поляризації на початку реакції та при повному її завершенні; a_t - поточне значення кута оптичного обертання площини поляризації у момент часу t.

Порядок роботи. Реакцію досліджують за допомогою поляриметра. Сумарну константу швидкості знаходять за відсутності каталізатора та у його присутності.

Зважують дві наважки кристалічної глюкози, кожну по 5 г. Одну з них вносять у мірну колбу на 50 мл. Колбу швидко заповнюють водою. Колбу декілька разів струшують до повного розчинення глюкози. Розчин відфільтровують та зливають у поляриметричну трубку. З цього моменту починають заносити значення часу та відповідних кутів оптичного обертання площини поляризації до табл. 1.

Дослід повторюють у присутності НСl, концентрацію розчину якої вказує викладач (значення часу та відповідних кутів a_t занести до табл. 2).

Сумарну константу швидкості знаходять для кожної пари значень t та a_t за рівнянням (7) або з тангенса кута нахилу залежності ln(a_t - a_µ) від t за рівнянням

. (8)

Одержані за різних рН значення сумарної константи дозволяють знайти коефіціенти рівняння:

. (9)

Таблиця 1

Мутаротація за відсутності каталізатора. С_Н+ = 10^-7 моль/л
t	a_t	a_t - a_µ

K_сер = ...

Таблиця 2

Мутаротація у присутності каталізатора. С_Н+ = ..... моль/л
t	a_t	a_t - a_µ

K_сер = ...

Література: [25, с. 195-208,210; 24, с. 322-354, 360; 22, с. 319-345].