ĆWICZENIE NR 5 ANALIZA NMR PRODUKTÓW FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ĆWICZENIE NR 5 ANALIZA NMR PRODUKTÓW FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ"

Marta Kołodziejczyk
7 lat temu
Przeglądów:

1 ĆWICZENIE NR 5 ANALIZA NMR PRODUKTÓW FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ Uwaga: Ze względu na laboratoryjny charakter zajęć oraz kontakt z materiałem biologicznym, studenci zobowiązani są uŝywać fartuchów i rękawiczek jednorazowych. Fermentacja alkoholowa to proces rozkładu węglowodanów pod wpływem enzymów wytwarzanych przez droŝdŝe z wytworzeniem alkoholu etylowego i CO 2 : C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 Fermentację alkoholową moŝna prowadzić takŝe stosując jako substrat wielocukry (najczęściej skrobię, zawartą w ziemniakach lub zboŝu), które przez enzymy zostają rozłoŝone na cukry proste, które następnie ulegają fermentacji. W czasie fermentacji mogą powstawać w reakcjach ubocznych takŝe niewielkie ilości innych związków (innych alkoholi - amylowego, izobutylowego, propylowego oraz estrów, ketonów i kwasów organicznych), tworząc tzw. olej fuzlowy, fuzel - ciecz o przykrym zapachu i smaku, pozostająca po oddestylowaniu frakcyjnym alkoholu etylowego z surowego produktu fermentacji. Enzymy prowadzące fermentację zostają unieczynnione po osiągnięciu stęŝenia alkoholu etylowego około 15%. Aby otrzymać alkohol etylowy o wyŝszym stęŝeniu, oraz oddzielić go od pozostałych składników procesu fermentacji przeprowadza się wielokrotną destylację (rektyfikację), w wyniku, której powstaje produkt zwany spirytusem rektyfikowanym. Ze względu na właściwości fizykochemiczne etanolu w procesie prostej destylacji otrzymać moŝemy jedynie spirytus o stęŝeniu etanolu 95% i zawierający 5% wody, tworzy on z wodą mieszaninę azeotropową. Własność T. Ruman. Obiekt objęty prawem autorskim. Zakaz modyfikowania 1

2 W wyniku tego procesu powstaje równieŝ szereg produktów ubocznych, między innymi: - gliceryna, - kwas bursztynowy, - kwas octowy, - acetaldehyd, - diacetal, - propanol, - butanol, - kwas propionowy - wyŝsze alkohole i estry. Substratami w fermentacji alkoholowej mogą byc: - sacharoza - glukoza, fruktoza - skrobia - celuloza (tylko w przypadku organizmów hydrolizujących celuloze) Spektrometria NMR a) Spin jądrowy i rozszczepienie poziomów energetycznych w polu magnetycznym. Jądra atomowe takie jak 1 H i 13 C nie posiadają całkowitego spinu. Reguły do wyznaczenia spinu jąder przestawiono poniŝej: JeŜeli liczba protonów i liczba neutronów jest parzysta, wówczas jądro nie posiada spinu JeŜeli suma ilości neutronów i protonów jest nieparzysta, wówczas jądro posiada spin połówkowy (np. ½, 3 / 2, 5 / 2 ) JeŜeli ilości protonów i neutronów są nieparzyste, wówczas jądro posiada spin całkowity (np. 1, 2, 3) Mechanizm kwantowy mówi nam, Ŝe jądro o spinie I będzie miało 2I+1 moŝliwych orientacji, np. w przypadku jądra o spinie ½ posiada ono dwa moŝliwe kierunki. W przypadku braku zewnętrznego pola magnetycznego wszystkie orientacje mają tą samą energię. JeŜeli zostanie zastosowane pole magnetyczne wówczas nastąpi rozszczepienie poziomów energetycznych: b) Przesunięcie chemiczne Przesunięcie chemiczne wynika z magnetycznego przesłaniania (jądro absorbuje promieniowanie magnetyczne o wyŝszych częstotliwościach, przesunięcie w prawo na widmie) lub odsłaniania (absorpcja promieniowania o niŝszych częstościach, przesunięcie w lewo) jądra przez gęstość elektronową Własność T. Ruman. Obiekt objęty prawem autorskim. Zakaz modyfikowania 2

3 Przesunięcie chemiczne (δ) obliczane jest wg wzoru: δ ν X ν R = ν NMR 10 6 [ ppm] gdzie ν X jest to częstotliwość rezonansowa mierzonego jądra, ν R częstotliwość rezonansowa wzorca, ν NMR częstotliwość podstawowa instrumentu NMR dla danego jądra. SprzęŜenie spinowo-spinowe sygnału ma miejsce w obecności innych jąder aktywnych magnetycznie odległych max o 3 wiązania (wyjątki: układy sprzęŝonych wiązań podwójnych i aromatyczne więcej wiązań; układy alifatyczno-aromatyczne brak sprzęŝenie pomiędzy częścią alifatyczną i aromatyczną) Multipletowość (krotność rozszczepienia sygnału): 2nI+1 dla n równocennych jąder sąsiadujących o spinie I, tzn. singlet dla 1 H przy braku jąder sąsiadujących, dublet dla 1 atomów H sąsiadujących tryplet dla 2 atomów H sąsiadujących kwartet dla 3 atomów H sąsiadujących itd. c) 1 H NMR. Najczęściej stosowaną metodą NMR jest 1 H NMR. Widma tego typu pokazują charakter i zróŝnicowanie atomów wodoru w cząsteczce: Widmo 1 H NMR etanolu w CDCl 3 : Własność T. Ruman. Obiekt objęty prawem autorskim. Zakaz modyfikowania 3

4 Widmo 1 H NMR etanolu w D 2 O Własność T. Ruman. Obiekt objęty prawem autorskim. Zakaz modyfikowania 4

5 Opis wykonania ćwiczenia 1. Fermentacja alkoholowa a). Do kolby stoŝkowej o pojemności 500 ml rozpuścić 100g sacharozy w 200ml wody. b). Do uzyskanego roztworu wprowadzić 20g świeŝych droŝdŝy i 120ml wody. c). Kolbę zamknąć korkiem zaopatrzonym rurką fermentacyjną. Proces prowadzić przez 7 dni w 24 C. d) Z uzyskanej zawiesiny pobrać 2ml; oddzielić stałą frakcję odwirowując próbkę; uzyskaną ciecz przekazać prowadzącemu ćwiczenie 2. Analiza NMR Zapoznać się z widmem 1 H NMR uzyskanym od prowadzącego. Wyszukać rezonanse odpowiadające grupom CH 2 i CH 3 w widmie i porównać z widmami wzorcowymi. Określić stęŝenie etanolu na podstawie porównania powierzchni rezonansów etanolu z powierzchnią rezonansów wzorca. Własność T. Ruman. Obiekt objęty prawem autorskim. Zakaz modyfikowania 5

Podobne dokumenty

Magnetyczny rezonans jądrowy

Magnetyczny rezonans jądrowy Widmo NMR wykres absorpcji promieniowania magnetycznego od jego częstości Częstość pola wyraża się w częściach na milion (ppm) częstości pola magnetycznego pochłanianego przez