Προσδιορισμος της σταθερας ταχυτητας της ιμβερτοποιησης καλαμοσακχαρου ΟΠΤΙΚΗ ΠΟΛΩΣΙΜΕΤΡΙΑ Προσδιορισμος της σταθερας ταχυτητας της ιμβερτοποιησης καλαμοσακχαρου

Ισομέρεια Ισομέρεια έχουμε όταν δύο ή περισσότερες ενώσεις με τον ίδιο μοριακό τύπο έχουν διαφορές στις φυσικές ή χημικές τους ιδιότητες. Συντακτική ισομέρεια: οι ισομερείς ενώσεις έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο αλλά διαφορετικούς συντακτικούς. Στερεοϊσομέρεια: οι ισομερείς ενώσεις έχουν τον ίδιο μοριακό και συντακτικό τύπο αλλά διαφορετικούς στερεοχημικούς τύπους.

Ισομέρεια C3H8O Προπανόλη-1 (κανονική προπανόλη) Προπανόλη-1 (κανονική προπανόλη) Προπανόλη-2 (ισοπροπανόλη) Μεθυλ-αιθυλ-αιθέρας

Ισομέρεια C7H8N4O2 Θεοβρωμίνη Συστατικό του κακάο, σοκολάτας (παρόμοια επίδραση με την καφεΐνη) Αγγειοδιασταλτικό Θεοφυλλίνη Βρογχοδιασταλτικό Αντιφλεγμονώδες

Ισομέρεια Χειρικά ή χειρόμορφα μόρια (εναντιομερή) Παρουσία ενός ασύμμετρου ατόμου άνθρακα (συνδεδεμένο με 4 διαφορετικές ομάδες)

Ισομέρεια Οπτικά ενεργές ουσίες Ουσίες που στρέφουν το επίπεδο του πολωμένου φωτός. Τα εναντιομερή στρέφουν το επίπεδο του πολωμένου φωτός κατά αντίθετες γωνίες. Ανάλογα ονομάζονται δεξιόστροφα (+) ή αριστερόστροφα (-). Απαραίτητη προϋπόθεση για την εμφάνιση οπτικής ισομέρεια είναι η απουσία στοιχείων συμμετρίας, επιπέδου ή κέντρου συμμετρίας (εναντιομερή!). Το τρυγικό (ταρταρικό) οξύ παρουσιάζει δύο οπτικά ενεργές μορφές (d- και l-), οι οποίες δεν έχουν επίπεδο ή κέντρο συμμετρίας, καθώς και μία οπτικά ανενεργή μορφή (μεσο-), η οποία έχει εσωτερικό επίπεδο συμμετρίας. d-τρυγικό οξύ l-τρυγικό οξύ μεσοτρυγικό οξύ

Ειδική στροφική ικανότητα Το μέγεθος της οπτικής στροφής (α) που προκαλείται από μια ουσία εξαρτάται από το μήκος κύματος του χρησιμοποιούμενου φωτός (λ), την διαδρομή που διανύει το φως (μήκος κυψέλης, l ), την θερμοκρασία (t), τη φύση του διαλύτη και την συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας (c): α = γωνία στροφής του επιπέδου πόλωσης του φωτός (deg) c = συγκέντρωση οπτικά ενεργής ουσίας (%w/v, δηλ. g/100ml) l = μήκος διαδρομής φωτός (dm) = ειδική στροφική ικανότητα για συγκεκριμένη θερμοκρασία, t, και μήκος κύματος φωτός, λ. Γωνία στροφής για c = 1 g/cm3 και l = 1 dm.

Ειδική στροφική ικανότητα Ειδική στροφική ικανότητα διαλυμάτων σακχάρων σε νερό στους 20oC Στροφικά ενεργή ουσία [α]D / degˑdm-1 Καλαμοσάκχαρο +66.412 Γλυκόζη +52.5 Φρουκτόζη -93.78 Ιμβερτοσάκχαρο -19.7 Μαλτόζη +138.5 Λακτόζη +55.3 Δεξτρόζη +194.8 Γαλακτόζη +83.9 Μανόζη +14.1

Πολωσίμετρο Πηγή ακτινοβολίας: λυχνία ατόμων νατρίου (ράβδωση D νατρίου), με μονοχρωματικό φως (λ=589,3 nm). Με χρήση κατάλληλου πολωτή (πρίσμα Nicol) προκύπτει επίπεδα πολωμένο φως όπου οι ταλαντώσεις γίνονται σε ένα μόνο από τα δυνατά επίπεδα

Πολωσίμετρο Αναλυτής: πρίσμα Nicol που όταν τοποθετηθεί κάθετα ως προς το πρώτο πρίσμα δεν επιτρέπει την διέλευση φωτός. Η γωνία που θα πρέπει να στραφεί ο αναλυτής έτσι ώστε να μην περνάει πάλι το φως είναι η γωνία στροφής α. Διάταξη της μισής σκιάς: μετατρέπει την πλήρη εξουδετέρωση των διασταυρούμε-νων πρισμάτων Nicol σε ίσο φωτισμό δύο γειτονικών οπτικών πεδίων (Lippich):

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Αν σε ένα αντιδρών σύστημα υπάρχουν οπτικά ενεργές ουσίες, τότε κατά την πορεία της αντίδρασης παρατηρείται μεταβολή της γωνίας στροφής ανάλογα με την ελάττωση ή αύξηση της συγκέντρωσης του οπτικά ενεργούς συστατικού. Το καλαμοσάκχαρο στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός προς τα δεξιά ([α]D=+66.412), ενώ το παραγόμενο ιμβερτοσάκχαρο, ισομοριακό μείγμα δεξιόστροφης γλυκόζης ([α]D=+52.5) και αριστερόστροφης φρουκτόζης ([α]D=-93.78), είναι τελικά αριστερόστροφο.

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Αν και η αντίδραση είναι διμοριακή, μπορεί να μελετηθεί ως ψευδομονομοριακή πρώτης τάξης καθώς η συγκέντρωση του νερού (ενός από τα δύο αντιδρώντα) παραμένει πρακτικά σταθερή κατά την διάρκεια της αντίδρασης. Επομένως σε ένα διάγραμμα ln(C0/Ct) vs. t η κλίση της ευθείας δίνει την σταθερά k.

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης του καλαμοσάκχαρου, γίνεται με βάση πολωσιμετρικά δεδομένα, δηλαδή μέσω μέτρησης της γωνίας στροφής του αντιδρώντος μείγματος χρόνος C12Η22Ο11 + H2O  D-γλυκόζη D-φρουκτόζη Γωνία στροφής t=0 C0   t Ct t=

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης του καλαμοσάκχαρου, γίνεται με βάση πολωσιμετρικά δεδομένα, δηλαδή μέσω μέτρησης της γωνίας στροφής του αντιδρώντος μείγματος χρόνος C12Η22Ο11 + H2O  D-γλυκόζη D-φρουκτόζη Γωνία στροφής t=0 C0   α0=(ακ)0=Κ[α]κC0 t Ct C0-Ct αt = (ακ)t+(αγ)t+(αφ)t = = Κ[α]κCt + Κ[α]γ(C0-Ct) + Κ[α]φ(C0-Ct) t= α = (αγ)+(αφ) = = Κ[α]γC0 + Κ[α]φC0

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Από τις εξισώσεις λαμβάνουμε: α0 - α = C0 K ([α]κ - [α]γ - [α]φ]) αt - α = Ct K ([α]κ - [α]γ - [α]φ]) Συνδυάζοντας τις παραπάνω εξισώσεις προκύπτει: και τελικά: διαμορφωμένη κινητική εξίσωση

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Μηδενισμός πολωσιμέτρου Γεμίζουμε την κυψελίδα με απεσταγμένο νερό και μηδενίζουμε το πολωσίμετρο. Παρασκευή διαλύματος καλαμοσάκχαρου - Εύρεση αρχικής γωνίας στροφής Παρασκευάζεται διάλυμα καλαμοσάκχαρου 20% w/v σε νερό σε ογκομετρική φιάλη και βρίσκουμε την γωνία στροφής του. Η τιμή αυτή αντιστοιχεί στο α0. Παρακολούθηση της αντίδρασης Παρασκευάζουμε 100 ml διαλύματος καλαμοσάκχαρου 20% w/v σε 2 Ν HCl και παρακολουθούμε την γωνία στροφής του σε ορισμένα χρονικά διαστήματα από την έναρξη της αντίδρασης (5 min, 10 min, 15 min, 20 min, 25 min, 30 min, 35 min και 40 min). Οι τιμές αυτές αντιστοιχούν στο αt. Ολοκλήρωση της αντίδρασης Προκειμένου να επιτύχουμε την ολοκλήρωση της αντίδρασης, παρασκευάζουμε διάλυμα καλαμοσάκχαρου 20% w/v σε 5 Ν HCl και μετράμε την γωνία στροφής του μετά από ~2h. Η τιμή αυτή αντιστοιχεί στο α.

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Προσδιορισμός της σταθεράς ταχύτητας, k. Κατασκευάζεται το διάγραμμα ln[(α0-α)/(αt-α )] vs. t που είναι μια ευθεία με κλίση k (σταθερά της ταχύτητας). t (min) αt (o) (α0-α)/(αt-α) ln[(α0-α)/(αt-α)] 5   10 15 20 25 30 35 40

Παρακολούθηση της κινητικής ιμβερτοποίησης καλαμοσάκχαρου Ανάγνωση ένδειξης πολωσίμετρου