Окисление сахарозы до щавелевой кислоты
Цель: провести окисление сахарозы до щавелевой кислоты
Реактивы: тростниковый или свекольный сахар – 5 г; азотная кислота (ρ = 1,38 г/см3) – 40 г (29 мл).
Посуда и оборудование: колба коническая вместимостью 200 мл; колбы конические вместимостью 250 мл – 2 шт.; фарфоровая чашка; баня водяная.
Теоретические основы
Сахароза C12H22O11 – широко распространённый в природе дисахарид. Получают из сахарной свеклы или сахарного тростника. Синтетическим путём получить не удалось.
Молекула сахарозы состоит из остатков двух различных моносахаридов – α-D-глюкозы (в пиранозной или δ-оксидной форме) и β-D-фрукюзы (в фуранозной или γ-оксидной форме), которые связаны между собой α-(1,4')-гликозид-гликозидной связью:
В молекуле сахарозы нет ни одного полуацетального гидроксила (оба затрачены на образование связи), поэтому она не имеет таутомерных форму и не обладает восстанавливающими свойствами.
При гидролизе (кислотном или ферментативном) молекула сахарозы расщепляется на две молекулы: глюкозу и фруктозу:
Образующаяся смесь глюкозы и фруктозы имеет левое вращение (-39,5°), в то время как сама сахароза имеет правое вращение (+66,5°). Такое изменение знака связано с тем, что при гидролизе образуется фруктоза, имеющая угол вращения -92°, и глюкоза, вращающая вправо на 52,5°. Разница между этими величинами и равна углу вращения смеси глюкозы и фруктозы. Изменение угла вращения под влиянием гидролиза называют инверсией (от лат. inversia – перевёртывание), а смесь глюкозы и фруктозы, полученную при этом, –инвертным сахаром или искусственным мёдом.
При окислении сахарозы сильными окислителями происходит её окислительная деструкция с образованием щавелевой кислоты HOOC – COOH.
Экспериментальная часть
C12H22O11 + 9O2 6HOOC-COOH + 5H2O.
Порядок выполнения работы
В конической колбе нагревают 5 г растёртого в порошок сахара с 29 мл концентрированной азотной кислоты. Как только начнётся выделение бурых паров оксидов азота, нагревание прекращают. Реакция окисления самопроизвольно протекает ещё некоторое время.
Затем, когда выделение бурых паров заканчивается, жидкость выливают в фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане до объёма 10-15 мл. При охлаждении из раствора выкристаллизовывается щавелевая кислота. Её отфильтровывают и перекристаллизовывают из воды. Выход 2 г, считая на безводную кислоту (25% от теоретического).
Щавелевая (этандиовая) кислота – бесцветное вещество, кристаллизую-щееся с двумя молекулами воды, температура плавления кристаллогидрата – 101,5°С. Безводная щавелевая кислота плавится при 189,5°С с разложением.
Растворяется в этиловом спирте, в воде (9,5 г в 100 мл – при 15°С; 120 г в 100 мл – при 100°С).
Контрольные вопросы:
1. Что такое инверсия?
2. Опишите физико-химические свойства сахарозы?
3. Опишите физико-химические свойства щавелевой кислоты?
4. Какие методы получения щавелевой кислоты вы знаете?
5. Какие сферы применения щавелевой кислоты вы знаете?
Лабораторная работа №14