Determinação da Constante de Velocidade de Mutarrotação da Glucose por Polarimetria, Trabalhos de Cinética Química

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO OESTE DA BAHIA/UFOB

CENTRO DAS CIÊNCIAS EXATAS E DAS TECNOLOGIAS - CCET

COLEGIADO DE QUÍMICA

CINÉTICA DE UMA REAÇÃO QUÍMICA POR POLARIMETRIA

Barreiras

Andressa Stephanie Vianna de Carvalho

Joseana Caroline Palmeira de Souza

Marcelo Santos de Jesus

Experimento V

Barreiras

Relatório apresentado à Universidade Federa do

Oeste da Bahia, como requisito parcial para

avaliação da Disciplina físico-química experimental

II do Curso de Química.

Prof. Dr. Cristine Carneiro

1 INTRODUÇÃO

A luz que se propaga no espaço livre é uma onda transversal eletromagnética,

com isso, os campos elétrico e magnético são ambos perpendiculares à direção de

propagação da onda em todos os instantes de tempo. Sendo a luz composta por eixos

tridimensionais, a ponta do vetor campo elétrico (E) em um plano transversal à direção

de propagação é chamado de polarização da onda eletromagnética. Desta forma, a

direção da polarização é definida pelo campo elétrico, não ao magnético. (HALLIDAY

et al, 2004)

Os carboidratos são as moléculas biológicas mais abundantes, e geralmente,

nestas moléculas há presença de carbonos quirais, ou seja, que têm quatro grupos

diferentes diretamente ligados ao carbono. Sendo pré-requisito para que o composto seja

um enantiômero, ou seja, molécula com imagem especular não sobreponível.

(BARRETO et al , 1997)

No equipamento polarímetro, um feixe de luz ao ser submetido a um cristal

especial, passa a vibrar em um único plano. Com isso, a solução que contém um

enantiômero, quando submetida à técnica polarimétrica pode desviar o plano para a

direita ou a esquerda. Respectivamente, a substancia é denominada levógira e

dextrógira. Sendo a rotação óptica uma propriedade dos enantiômeros. (LIMA, 1997)

A rotação óptica de cada substância depende do número de moléculas

interpostas no trajeto da luz, ou seja, é proporcional à concentração, dada em gramas de

soluto por 100g de solvente e ao comprimento em decímetros, do tubo que contem a

amostra. (FATOBENE, 2007)

Monossacarídeos redutores como a D-glicose quando em solução adquirem

forma cíclica, ao sofrer uma reação de isomeração denominada mutarrotação, que se

refere à interconversão entre as formas α e β D-glicose, o ácido age como catalisador da

reação. É sabido que no equilíbrio a forma beta prevalece sobre a forma alpha. Sendo

ainda a mutarrotação a variação na rotação óptica que acompanha o equilíbrio de α para

β. Estas formas são isômeros ópticos que diferem um do outro somente pela

configuração quiral C-1.(VOLPE et al , 2018).

Por contas das formas alfa e beta serem isômeros opticamente ativos, a cinética

do processo de mutarrotação pode ser observado por meio da polarimetria. Para que

haja o tratamento cinético de uma reação reversível de primeira ordem envolve-se duas

constantes de velocidade, uma para o sentido direto e outra para o sentido reverso

(OLVEIRA et al, 2007; FLORENCE e ATTWOOD, 2003).

β -D-glicose α -D-glicose

A mudança na rotação óptica é um fator que acompanha mudança de equilíbrio entre

dois epímeros

(diastereoisômeros que possuem

a configuração oposta em

apenas um dos dois ou mais

centros estereogênicos). Para o

caso de açúcares o fenômeno

geralmente ocorre no átomo de carbono hemiacetal (IUPAC, 2006).

A transferência de ácido clorídrico para a solução contendo α-glucose desencadeou a

formação da β-glucose, alterando também a rotação ótica apresentada pela solução. As

alterações nas propriedades ópticas registradas conforme a reação se processava são

apresentadas na tabela abaixo:

Tabela 1. Medidas de desvio da luz polarizada em intervalos de 1 minuto.

Utilizando os valores de desvio da luz obtidos durante o experimento é possível obter a constante de

velocidade da reação. (RANGEL,2006)

k. t = ln [(α 0

• α E ) / (α t - α E )] (Equação 1)

α 0 = Rotação medida no momento inicial;

α E = Rotação medida no momento de equilíbrio;

Figura 1. Diastereoisômeros D-glucose cristalizadaglucose. Encontrada em:

https://www.quora.com/What-glucose cristalizadaare-glucose cristalizadathe-glucose cristalizadadifferences-glucose cristalizadabetween-glucose cristalizadaalpha-glucose cristalizadaand-glucose cristalizada

beta-glucose cristalizadaglucose-glucose cristalizadaand-glucose cristalizadawhat-glucose cristalizadaare-glucose cristalizadasome-glucose cristalizadaexamples-glucose cristalizadaof-glucose cristalizadaeach

Análise no polarímetro Desvio da luz

1 18,5 (rotação inicial = α 0

2 17,7 (α t

3 17,0 (α t

4 16,6 (α t

5 15,8 (α t

6 15,5 (α t

7 15,0 (α t

8 14,5 (α t

9 14,0 (α t

10 13,65 (α t

11 13,4 (α t

12 13,2 (α t

13 13,2 (rotação no equilíbrio = α E

α t = Rotação medida no tempo t

Intervalo a partir da

junção entre as

soluções de ácido

clorídrico e glucose

Rotação observada (α t

• α E ) X =[(α 0 - α E ) / (α t -

α E )]

ln [X]

2 17,7 (α t ) 4,5 1,177777778 0,

3 17,0 (α t ) 3,8 1,394736842 0,

4 16,6 (α t ) 3,4 1,558823529 0,

5 15,8 (α t ) 2, 2,038461538 0,

6 15,5 (α t ) 2, 2,304347826 0,

7 15,0 (α t ) 1,8 2,944444444 1,

8 14,5 (α t ) 1,3 4,076923077 1,

9 14,0 (α t ) 0, 6,625 1,

10 13,65 (α t ) 0,45 11,77777778 2,

11 13,4 (α t ) 0,2 26,5 3,

Inicialmente observa-se como o {ln [(α 0

• α E ) / (α t - α E )]} se comporta com o passar do

tempo:

Da equação 1 temos o coeficiente de velocidade (k):

K

obs = ln [(α 0

• α E ) / (α t - α E )]. t -

Para cada intervalo de 1 minuto é possível obter uma constante de velocidade:

Intervalo a partir da junção entre as

soluções de ácido clorídrico e

glucose

ln [(α 0

• α E

) / (α t

• α E

)]

Constante de

velocidade observada

(K)

2 0,163629424 0,

3 0, 0,

4 0,443931389 0,

5 0,712195376 0,

Gráfico 1. O gráfico ao lado

expressa a variação de ln(x) em função do

tempo, onde (x) é o quociente entre a

variação total de rotação da luz e variação

de rotação do tempo inicial até o tempo tx.

É possível observar que conforme o valor da constante de velocidade aumenta, temos

uma diminuição no tempo de meia vida da α-glucose.

No momento em que a solução entra em equilíbrio temos k 1 = k

5 CONCLUSÃO

Através do experimento é possível observar a dependência da velocidade da

reação com o pH, conforme a reação se processa temos um aumento do valor da

constante de velocidade.

6 REFERÊNCIAS

IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D.

McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line

corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata;

updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8.

Encontrado em: https://doi.org/10.1351/goldbook.

RANGEL, Renato Nunes. Práticas de Físico Química. 3 ed. - São Paulo: