一、
實驗目的
1、掌握用電解氧化法將葡萄糖氧化成葡萄糖酸；
2、探討不同因素對葡萄糖酸產率的影響；
3、培養(yǎng)團隊協(xié)作精神；
4、完成一次完整的研究實驗訓練，掌握基本的實驗研究能力。
二、
實驗原理
葡萄糖酸及其系列衍生物是一類多用途的重要有機產品，在食品工業(yè)中被廣泛用作酸味劑、發(fā)酵劑、防腐劑、營養(yǎng)增補劑、色調保持劑、蛋白質凝固劑等。本實驗采用電解氧化葡萄糖制取葡萄糖酸，在工藝條件合適時，具有選擇性好、產品純度及收率高且無三廢排放等特點。葡萄糖屬于多羥基化合物，根據(jù)IR和NMR的測定結果，在水溶液中，葡萄糖存在著α—異構體、β—異構體及醛式（直鏈式）三種構體的平衡體系，其中β—異構體約占64%，α—異構體約占36%，醛式構體只有少量。葡萄糖的α—異構體和β—異構體都能被氧化劑所氧化，但被氧化的速度不同，β-異構體的氧化速度約為α-異構體的39倍。如果β-異構體被氧化, 溶液中葡萄糖的平衡體系被破壞, α-異構體向β-異構體轉化, 使得葡萄糖能較為完全地被氧化。氧化劑的選用**關重要，如果選用氧化能力太弱的氧化劑如游離碘等，勢必延長反應時間或氧化不完全，但若采用太強的氧化劑如高錳酸鉀、次氯酸鹽等，會造成伯醇和仲醇羥基被氧化，使單糖的碳—碳鏈斷裂，單糖降解。據(jù)理論分析和實驗探索，本實驗采用NaBr作為氧化劑。游離溴的氧化能力適中，它在水溶液中存在以下平衡Br
2+H
2O=HOBr+HBr 平衡常數(shù)為2.4×10
-8
在堿性條件下，溴是以次氯酸和次氯酸鹽形式存在，它們的氧化能力過強；在酸性溶液中，具有強氧化性OBr
-的濃度微小，溴主要以游離溴（Br
2）形式存在，游離溴是具有中等氧化能力的氧化劑，本實驗由于溶液中存在有糖酸，所有能保證氧化劑是以游離溴的形式來氧化葡萄糖。氧化的過程是shou先使β-D葡萄糖脫去兩個氫原子，生成D-葡萄糖酸1,5-內酯，經水解轉變成D-葡萄糖酸。β-異構體被氧化，引起α-異構體向β-異構體的轉化，使葡萄糖能較為完全地氧化成葡萄糖酸。游離溴能把葡萄糖氧化成葡萄糖酸后，本身被還原成溴離子，在電場的作用下，溴離子向陽極移動，失去電子成為Br
2重新氧化成葡萄糖，這使得NaBr能夠被重復使用。
電極反應：陽極：2Br
-－2e→Br
2
陰極：2H
++2e→H
2↑
氧化還原反應：RCHO+Br
2+H
2O=ROOH+HBr
三、
實驗材料
1、
藥品：
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藥品名稱 |
規(guī)格 |
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備注 |
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葡萄糖 |
AR |
G藥集團化學試劑有限公司 |
白色結晶粉末 |
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溴化鈉 |
AR |
G藥集團化學試劑有限公司 |
白色結晶粉末 |
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鄰苯二甲酸氫鈉 |
工作基準試劑 |
中G醫(yī)藥集團上海化學試劑公司 |
|
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濃硫酸 |
分析純濃硫酸 |
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NAOH |
AR |
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白色均勻粒狀或片狀固體 |
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乙醇 |
AR |
|
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酚酞 |
指示劑 |
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2、
儀器：
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名稱 |
規(guī)格 |
數(shù)量 |
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錐形瓶 |
250ml |
3 |
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燒杯 |
500ml、250ml、150ml |
各1個 |
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容量瓶 |
500ml（20℃） |
1 |
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移液管 |
25ml、10ml、5ml |
各1支 |
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稱量瓶 |
25×25 |
1 |
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量筒 |
10ml、100ml |
各1個 |
|
酸、堿滴定管 |
|
各1支 |
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球形冷凝管 |
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1 |
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四口燒瓶 |
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1 |
#p#分頁標題#e#
2個石墨
電極、玻璃棒2支、洗耳球、橡膠管2根、膠頭滴管、藥匙、
W20113恒溫水浴鍋（上海申順生物科技有限公司）、 IKA RW20 Digital數(shù)顯型頂置式電動攪拌機、雙顯恒電位儀（
上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司）、電子天平
四、
實驗內容
1、
溶液的配置
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實驗步驟 |
實驗現(xiàn)象 |
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酚酞的配置：取酚酞0.1g、乙醇（90%）100ml混合均勻后置于酚酞試劑瓶中 |
無色酚酞試劑 |
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NaOH溶液的配置：取NaOH固體2g于燒杯中溶解后，用500ml容量瓶定容，保存在試劑瓶中 |
無色NaOH試劑 |
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H2SO4溶液的配置：取9mol/L的H2SO4取2.8ml稀釋后，用500ml容量瓶定容，保存在試劑瓶 |
無色H2SO4溶液 |
2、
標定溶液
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實驗步驟 |
實驗現(xiàn)象 |
實驗結果 |
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NaOH溶液的標定：分別用錐形瓶取鄰苯二甲酸氫鉀0.4069g、0.3925g、 0.4052g加水溶解后加入2滴酚酞，用NaOH溶液滴定 |
鄰苯二甲酸氫鉀溶液由無色恰好變?yōu)榧t色 |
C=0.1019955mol/L
|
|
H2SO4溶液的標定：分別取標定好的NaOH溶液10ml、 10ml、9.5ml加入2滴酚酞，用硫酸滴定 |
溶液由紅色恰好變?yōu)闊o色 |
C=0.0535476mol/L
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3、
電解氧化葡萄糖生成葡萄糖酸
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實驗步驟 |
實驗現(xiàn)象 |
① 稱取葡萄糖90.0g溶解后，用500ml容量瓶定容制成葡萄糖含量為18%的濃度；稱取NaBr 13.0 g，配成含NaBr2.6%的溶液
② 將500ml葡萄糖溶液加入反應瓶中，設置攪拌器400r/min，恒定流700mA，溫度55℃，設置完畢后，開啟工作鍵
③ 3小時后，每隔1小時取反應液10ml，測糖酸的產率；空白對照組：NaOH25ml用硫酸滴定
分別于11:40、12:40、13:40 、14:40各取反應液10ml 于錐形瓶中，各加入NaOH25ml，搖勻，用硫酸滴定 |
8:40 開始
通電后有氣泡產生，溶液呈黃色
中間反應3小時
葡萄糖酸產率：
11:40 7.1%
12:40 9.8%
13:40 12.1%
14:40 13.82% |
4、
改變溫度
① 稱取葡萄糖90.0g，配成葡萄糖含量為18%的葡萄糖溶液500ml；稱取NaBr13.0g，配成含NaBr2.6%的溶液
② 溫度60℃，其它同前一次實驗
③ 同前一次實驗
分別于11:15、12:15 、13:15、 14:15各取反應液10ml 于錐形瓶中，各加入NaOH25ml，搖勻，用硫酸滴定 |
8:15開始
中間反應3小時
葡萄糖酸產率：
11:15 20.29%
12:15 22.27%
13:15 22.81%
14:15 25.01% |
五、
結果與討論
1、 經過分析實驗數(shù)據(jù)，得出實驗條件不變的條件下，葡萄糖酸的產率隨著反應時間的增加而增加，由于本次實驗的有限總反應時間為6h，所以不能判定在6h之后的反應中葡萄糖酸的產率是否會繼續(xù)隨著反應時間的延長而有所增加，但是我們猜想會有一個合理反應時間使葡萄糖酸的產率達到**大值。
2、 第二組反應溫度比**組高5度，但是產率卻大大高于**組，我們分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是溫度升高在較短的反應時間內對反應速率影響較大。
3、 糖酸的產率計算式：=（V0－V2）×2C(H2SO4) ×196×0.001×100%／G , 式中：196 — 葡萄糖酸的分子量；G — 氧化前10ml樣品中葡萄糖的含量（g）。
因為葡萄糖酸的分子量196高于葡萄糖的分子量180，所以本計算式人為地放大了產率，若用摩爾產率會更精確。
4、 經過這次基礎化學實驗，我們從查閱文獻開始，到設計實驗方案，再到具體實驗操作，**后討論分析實驗結果，得到系統(tǒng)的實驗鍛煉，能力得到提升，也更加熟悉了解化學實驗，增加了對化學的興趣。#p#分頁標題#e#
