Lab10. - Cinética de La Mutarrotación de La Glucosa

 

Laboratorio de Cinética Química

P-10: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD DE MUTARROTACIÓN DE LA GLUCOSA

OBJETIVOS  

Estudiar con ayuda de uno de los métodos ópticos de análisis la cinética de reacción.  

 

Determinar la constante media de velocidad 

 

Determinar el coeficiente catalítico de la reacción 

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•

•

FUNDAMENTO TEORICO La mutarrotación es un fenómeno de isomerización de isomerización que ocurre en  en monosacáridos referido a la rotación que sufre el carbono el carbono anomérico al pasar de un un confórmero  confórmero al otro. Puede pasar de un enlace de carbono alfa a uno uno beta,  beta, o  o viceversa. En la serie "D", por convención si la disposición del OH es hacia arriba lo llamamos beta, si es hacia abajo lo denominamos alfa, ocurriendo lo contrario en la serie "L", donde el OH hacia arriba indica el confórmero alfa, y hacia abajo, el beta. Para pasar de un estado al otro debe pasar  primero por el estado de cadena aabierta. bierta. Por tratarse de una rotación de sustituyentes que sufre el el carbono  carbono anomérico al pasar de un confórmero un confórmero al otro, se concluye que el compuesto cambia su actividad óptica. El compuesto el original y resultante son isomeros ópticos entre sí. En esta práctica se determinarán constantes cinéticas utilizando un polarímetro. La D-glucosa existe en dos formas cristalinas: una funde a 150 ºC y la otra a 146 ºC. La primera forma cristalina es la β-glucosa, en la que el grupo hidroxilo anómero está en posición ecuatorial. Los cristales de α -glucosa

funden a 146 ºC y la cristalografía

muestra la misma estructura molecular que la β -glucosa,

excepto que el hidroxilo

anómero es axial. Una solución recién preparada por disolución de β -glucosa

en agua

exhibe una rotación específica de + 18,7º. Este valor aumenta con el tiempo hasta +52,2º. La α-D-glucosa tiene una rotación de + 112,2º, que disminuye con el tiempo hasta +52,5º.

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El cambio lento de rotación óptica en disolución se llama mutarrotación, y se interpreta  por interconversión de los hemiace hemiacetales tales a través de dell aldehído intermedio. intermedio.

La conversión de α-D-glucosa a β-D-glucosa o viceversa es una reacción reversible de primer orden.

Para una reacción de equilibrio del tipo

la ecuación de velocidad es: 

 [ ]   = 1 [ ]   −1[]  

dondek 1  y k --11  representan las constantes cinéticas para la reacción directa e inversa respectivamente. A partir de esta ecuación se puede obtener que: ([ ]    [ ] )  = ([ ]    [ ] ) 

1  + −1     2,303

donde [A]0, [A]t y [A]e representa la concentración de A inicial, a un tiempo t y en el equilibrio respectivamente. [A]t-[A]e representa el cambio de concentración de A desde el instante t hasta que se alcanza el equilibrio.

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La velocidad de reacción puede ser estudiada sin catalizador y con éste y determinada por medio de la medición del ángulo de rotación del plano de polarización de la luz con ayuda del polarímetro.

MATERIAL  

- 

Polarímetro Pesa Sustancias

- 

Matraz aforado de 50 mL

- 

Cronómetro

- 

Glucosa cristalina

- 

Ácido clorhídrico

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En una balanza técnica se pesan dos muestras de 5 g de glucosa cristalina. Una muestra se coloca en un matraz aforado de 50 mL. Al anotar el tiempo, el matraz se llena rápidamente con el agua hasta el aforo, se agita y se anota el momento de disolverse por completo la glucosa. El tiempo medio entre el comienzo y final de la disolución de la glucosa se toma por el momento de inicio de la l a reacción. (Si la velocidad de reacción se estudia a una temperatura diferente a la del ambiente, entonces, el agua en que se disuelve la glucosa debe calentarse a la temperatura del experimento). En el caso de que la solución sea turbia, ésta se filtra y se vierte al tubo  polarimétrico previamente lavado dos veces lligeramente igeramente con la misma solución. Luego se miden los ángulos de rotación del plano de polarización. Hecha la primera medición, se traslada la segunda muestra pesada al matraz aforado de 50 mL, se disuelve en el ácido clorhídrico de una concentración dada y se enraza la solución en el matraz. En este caso  por el inicio de la reacción se toma tambié tambiénn el tiempo m medio edio entre el comienzo y final de disolución de la glucosa. Las mediciones de los ángulos de rotación del plano de  polarización para la mez mezcla cla ccon on eell catalizador catalizador ssee turnan turnan con con las mediciones para la mezcla en que se verifica la l a mutarrotación espontánea. Para la determinación del ángulo final de rotación del plano de polarización α ∞, la

 parte de la solución que ha ha quedado des después pués de llenar el tubo, se co coloca loca en el termostato a 40ºC donde se mantiene durante todo el experimento. Al concluir las mediciones, se determina el ángulo de rotación del plano de polarización de la solución restante JANET R. ZEGARRA LÓPEZ

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enfriándola previamente a la temperatura del experimento. El ángulo inicial de rotación del plano de polarización de la solución αo se calcula mediante extrapolación en el gráfico correspondiente. La elaboración de los datos obtenidos se realiza en el mismo orden que en la práctica anterior. Luego se calculan las constantes de velocidad de reacción sin catalizador y en presencia de catalizador mediante la ecuación =

   ∞ 2,303       ∝ ∝∞

De los datos experimentales se calcula el coeficiente catalítico  a suponiendo que el efecto del catalizador es proporcional a su concentración:    = 1  +  

Donde k 2 es la constante media de velocidad de reacción en presencia del catalizador: k 1  es la constante media de velocidad de reacción sin catalizador: c es la concentración del catalizador. Los resultados de las observaciones se anotan en una tabla

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Temperatura del experimento: …………………  Concentración de HCl: …………………… 

Mutarrotación en ausencia Mutarrotación en presencia del del catalizador catalizador

  n    ó    i   c    i    d   e   m   a    l    d   e   o   p   m   e    i    T

  n   e  ,   n    ó    i   c   c   a   e   r   a    l   e    d   o    i   c    i   n    i    l   e   n    d    i   r   m    i    t   r   a   p   a   o   p   m   e    i    t   e    d   o    l   a   v   r   e    t   n    I

   t      α

   d   a    d    i    l   a   n   o    i   s   n   e   m      i    d     ∞    d     ∝   u   e   s   m    −   e    k          ∝    d   n    ó    i   c   a   c    i    d    i   n   a    l   n   o   c    (    k

  n    ó    i   c    i    d   e   m   a    l   e    d   o   p   m   e    i    T

  n   e  ,   n    ó    i   c   c   a   e   r   a    l   e    d   o    i   c    i   n    i    l   e   n    d    i   r   m    i    t   r   a   p   a   o   p   m   e    i    t   e    d   o    l   a   v   r   e    t   n    I

   t      α

   d   a    d    i    l   a   n   o    i   s   n   e   m      i    d     ∞    d     ∝   u   e   s   m    −   e    k          ∝    d   n    ó    i   c   a   c    i    d    i   n   a    l   n   o   c    (    k

 

CUESTIONARIO 1. 

¿Cómo se puede saber qué forma anomérica de glucosa, α ó β, se utiliza al  principio?

2. 

¿De qué tipo es la que se utilizó en la práctica?

3. 

¿Puede deducir la fórmula para determinar las constantes de velocidad en función de los ángulos de rotación con los datos del guion o necesitas alguna relación adicional? ¿Cómo pasaría esa relación a molaridad?

4. 

¿Qué representación realizarías para determinar la suma de las constantes cinéticas? 

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5. 

¿Por qué la muestra de azúcar se pesa no en la balanza analítica sino en la técnica? 

6. 

¿Para qué las soluciones turbias deben ser filtradas filtr adas antes del experimento? 

7. 

¿Por qué las constantes de velocidad de reacción calculadas a partir de las primeras dos o tres mediciones, generalmente no se toman en consideración? 

 

8.

¿Para qué se recomienda aumentar gradualmente los intervalos i ntervalos de tiempo entre las mediciones a lo largo de la reacción? 

9. 

¿De qué depende el ángulo de inclinación de la recta en el gráfico log ( ∝ ∝∞) =  f  (  (t )? )? 

10.  El ángulo inicial de rotación r otación del plano de polarización de la solución de sacarosa al 20% es de +24,09º, la rotación final es de -10,74º, la constante media de velocidad de la inversión es de 1,116 x 10-2. Determinar la cantidad de azúcar invertido (%) y ángulo de rotación después de 100 min de iniciada la reacción 

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ANEXO Resultados experimentales

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t/min 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

  10,50 9,70 9,20 9,15 9,10 8,70 8,60 8,40 8,30 8,15 7,40

23 33 43 53 63 ∞ 

6,40 5,50 5,10 5,00 4,80 4,60

αo

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