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