Органическая химия.3828

(а)

11

33

66

(б)

11

33

66

Рис. 12. Схема прохождения луча света через призмы поляриметра:

а – при параллельных николях; б – при скрещенных николях

а

б

в

Рис. 13. Поле зрения в поляриметре:

а – левое вращение; б – нулевая точка; в – правое вращение

В. СНЯТИЕ ЗАМЕРА СО ШКАЛЫ ПРИБОРА

Шкала прибора СМ-3 состоит из двух частей (рис. 14 и 15):

ЛИМБ – подвижная круговая шкала, разделенная на 360° с ценой деления 0,5°;

НОНИУС – неподвижная сегментарная шкала, содержит 50 делений с ценой 0,02°.

61

а

а

б

б

62

Рис. 14. Показание шкалы для правовращающего вещества (+α):

а – приближенное («грубое») измерение: αп ~ 1,5°; б – с риской лимба совпала риска нониуса 36; уточняющее измерение αу = 0,36°. Точный результат измерения: αн = αп + αу =

= 1,5 + 0,36 = 1,86°; αизм. = αн = 1,86

Рис. 15. Показания шкалы для левовращающего вещества (–α):

а – приближенное («грубое») измерение: αн ~ 358,5°4 б – с риской лимба совпала риска нониуса 20; уточняющее измерение αу = 0,20°. Точный результат измерения:

αн = αп + αу = 358,5 + 0,20 = 358,70 ; αизм. = αн – 360 = 358,70 – 360 = –1,30

Здесь αн – наблюдаемый угол вращения; αизм – измеряемый угол вращения.

62

«0» нониуса показывает на шкале лимба α с точностью до 0,5° – «грубое» измерение. Для получения точного (до 0,02°) результата измерения нужно найти пару наиболее точно совпадающих делений (рисок) лимба и нониуса (две риски образуют единую линию без излома). Показание на шкале нониуса, совпадающее с риской лимба, дает деся-

тые и сотые доли градуса. Полный точный результат измерения – сумма показаний лимба и нониуса (см. пояснения к рис. 14 и 15).

Окончательный (истинный) результат измерения угла вращения плоскости поляризации получается с учетом поправки нуля прибора.

Г. ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ПРИБОРЕ СМ-3

1. Включение прибора

Поляриметр включить в сеть переменного тока 220 В и выдержать не менее 10 мин.

2. Наполнение кюветы раствором

Отвинтить колпачок кюветы, снять покровное стекло с прокладкой и убедиться, что второй (нижний) колпачок завинчен плотно. Трижды ополоснуть кювету исследуемым раствором и, держа трубку вертикально, налить раствор в кювету до появления на конце трубки выпуклого мениска жидкости. Покровным стеклом «срезать» мениск, надвигая шайбу-прокладку, надеть колпачок прорезью на шпенек кюветы и плотно завернуть накидную гайку. Оставшийся пузырек воздуха завести в расширенную зону кюветы. Покровные стекла с наружной стороны тщательно протереть мягкой салфеткой. Кювету с раствором установить в кюветное отделение поляриметра посередине и выдержать не менее 1 мин.

Вращением втулки установить окуляр полей сравнения (навести «резкость» картины 4а или 4в и впоследствии при измерениях втулку окуляра не трогать).

3. Осуществление измерения

Измерение проводить в следующей последовательности.

1.Совместить на шкале нули лимба и нониуса.

2.Поворотом ручки найти положение лимба, соответствующее равной затемненности обеих половин поля зрения (рис. 13, б). Небольшие повороты ручки лимба влево и вправо должны давать картины, соответствующие приведенным на рис. 13, а и в. Процедуру перехода от рис. 13, а и в к картине рис. 13, б нужно осуществлять, не снимая руки с ручки лимба.

63

3. Получить картину (рис. 13, б) и снять замер со шкалы прибора. Сместить лимб вправо или влево и опять осуществить замер. Сделать измерения не менее трех-четырех раз и получить из этих результатов средний:

1 2 3 4 .

ср	4

Получить истинный результат с учетом поправки (αист = αср – П) и вычислить величину

20 100 ист ,

D сl

где с – концентрация раствора (г/мл), l – длина кюветы с раствором [дм].

Порядок проведения лабораторной работы

1.Заранее ознакомиться с сутью метода ПМ и принципом действия поляриметра и сделать конспект теоретической части (пп. А и Б).

2.В начале практической работы:

–включить в сеть (для прогрева) прибор СМ-3;

–поставить в кипящую водяную баню на 1–1,5 ч конические колбы

срастворами:

(а) глюкоза – на эпимеризацию (~100 мл глюкозы + 2–3 капли

NaOH);

(б) сахароза – на гидролиз (~100 мл сахарозы + [1 мл Н2О + 1 мл

H2SO4(конц.)]).

3.Ознакомиться с прибором СМ-3 и методикой снятия замера со шкалы прибора.

4.Для проверки положения «нуля прибора» сделать замеры α на дистиллированной воде.

5.Практические замеры α начать с равновесного (заранее приготовленного) раствора глюкозы. Потренироваться в снятии замеров α.

6.Приготовить свежий 2 %-й раствор глюкозы (навеску 4 г растворить в мерной колбе на 200 мл) и сразу замерить его угол вращения.

Отметить время окончания замеров. Оставшийся раствор поставить

64

на мутаротацию. Через 30 и 60 мин стояния свежеприготовленного раствора глюкозы снова снять замеры угла вращения.

7.Замерить α исходного раствора сахарозы.

8.После 1–1,5 ч нагрева раствор эпимеризованной глюкозы охладить (под струей воды из-под крана) до 20 °С и измерить его α. Зафиксировать факт эпимеризации.

9.После 1,5–2 ч нагрева раствор гидролизованной сахарозы охладить до 20 °С и измерить α. Зафиксировать факт инверсии, оценить степень гидролиза сахарозы.

10.Результаты всех измерений α и расчетов [α]D20 занести в соответствующие таблицы (см. ниже). Сделать выводы к каждому опыту и ко всей работе.

Опыт 1. Мутаротация

Мутаротация – самопроизвольное постепенное изменение оптической активности вещества после его растворения до установления постоянного угла вращения. Мутаротация характерна для моносахаридов и восстанавливающих олигосахаридов.

Причиной мутаротации является превращение таутомерных форм (аномеризация) моносахарида в растворе до установления динамического равновесия между его аномерами. Таутомерное равновесие в растворах моносахаридов устанавливается через 7–10 ч после растворения. Равновесный (мутаротированный) раствор глюкозы содержит примерно 36 % α-D-глюкопиранозы и 64 % β-D-глюкопиранозы; раствор фруктозы – 40 % α-D-фруктофуранозы и 60 % β-D-фруктофу- ранозы.

Глюкоза (2 % раствор)

α1

α2

α3

α4

αcр

[α]D20

Свежеприготовленный

После 30 мин стояния

После 60 мин стояния

Равновесный (заранее приготовленный)

65

CH OH

CH2OH

2

H

H

O

H

O

OH

H

H

OH

H

OH

H

HO

OH

CH OH

HO

H

H

OH

H

OH

2

OH

-D-глюкопираноза

H

-D-глюкопираноза

O

H

C

OH

H

H

CH2OH

HO

CH2OH

H

OH

H

HO

OH

HO

O

O

открытая форма

глюкозы

OH

H

OH

H

H

H

OH

H

H

OH

H

OH

-D-глюкофураноза

-D-глюкофураноза

Построить график [ ]20D = f( ) протекания мутаротации во времени. Сделайте вывод.

Опыт 2. Эпимеризация

Эпимеризация – пространственная изомеризация моносахарида в растворе, идущая при нагреве под действием малой концентрации рас-

твора NaOH (~0,35 %) или иона молибдата ( MoO24 ), а также стерео-

специфических ферментов, – «принудительный» процесс в отличие от самопроизвольной мутаротации.

Эпимеры – стереоизомеры, отличающиеся положением в пространстве ОН-группы у С2 (или кетогруппа у С2). Здесь в эпимерное «семейство» входят: глюкоза, манноза и фруктоза.

Процесс эпимеризации (превращения одного эпимера в другой) происходит через стадию образования ендиола:

66

O	1	ОН
	C
	* 2	OH
H - C
	R'			1	1
[D-глюкоза]			HO	С H	СH2OH
			или, или	C 2	2C = O
H	1	O	HO
	C
	2			R'	R'
	*
HO - C		H	[ендиол-1,2]		(C3-C6)
					[D-фруктоза]
	R'

[D-манноза]

После эпимеризации равновесного раствора глюкозы в смеси могут содержаться все три эпимера – глюкоза, фруктоза и манноза.

Сделайте вывод.

Глюкоза (2 % раствор)	α1	α2	α3	αcр	[α]D20
Равновесный (заранее
приготовленный)
Эпимеризованный (после
нагревания с NaOH)

Опыт 3. Инверсия саахарозы

Инверсия – изменение не только величины, но и направления угла вращения сахарозы (+66,5°) в результате кислотного гидролиза из-за расщепления ее молекулы на глюкозу (52,3°) и фруктозу (–92,3°). Полностью гидролизованная сахароза – инвертный сахар – содержит 1:1

глюкозу и фруктозу и имеет [ ]20D = – 32,6° (см. пояснение к табл. 1).

67

Поскольку раствора H2SO4 к раствору сахарозы добавлено небольшое количество (во избежание значительного отклонения от концентрации сахарозы 2 %) – гидролиз сахарозы проходит не полностью.

По результатам измерений [ ]20D можно оценить степень гидролиза сахарозы сравнением практически полученной в опыте величины [ ]20D со справочной величиной [ ]20D для инвертного сахара (полностью

гидролизованной сахарозы). Из каждой одной молекулы сахарозы получается при гидролизе одна молекула глюкозы и одна молекула фруктозы (написать реакцию гидролиза сахарозы). Если доля гидроли-

зованных молекул сахарозы Y,		то [	]20D (измер.) =		(1 –	Y) [ ]20D		(сах.) +
+ Y [ ]20D (глюк.) + Y [ ]20D (фрукт.) = (1 – Y) 66,5 + Y52,3 + Y(–92,3).
Откуда степень гидролиза сахарозы:
		20	66,5
		D(измер.)
Y				.
		106,8
Измерение отрицательных углов вращения гидролизованной саха-
розы, см. пояснения к рис. 15.
Углевод		α1	α2	α3	α4		αcр	Y
Сахароза
Инвертный сахар
Сделайте вывод.

68