Marzena Chmielecka 1

Biotechnologia numer studenta

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Politechniki Łódzkiej

Środa 12¹⁵ - 16⁰⁰

Ćwiczenie nr 21

Hydroliza estru w środowisku kwaśnym

Data wykonania ćwiczenia: 17. 10. 2007 r.

Data oddania sprawozdania: 24. 10. 2007 r.

Wstęp teoretyczny:

Reakcja hydrolizy estru polega na przyłączeniu cząsteczki H₂O do atomu węgla C w grupie karboksylowej. W środowisku obojętnym reakcja zachodzi bardzo wolno, natomiast dodanie kwasu, który jest katalizatorem, znacznie przyśpiesza reakcję. Równanie reakcji hydrolizy estru w obecności jonów H⁺ możemy zapisać w postaci:

CH₃COOC₂H₅ + H₂O
CH₃COOH + C₂H₅OH (1)

Zgodnie ze schematem (1) szybkość reakcji hydrolizy, wyrażona przez zmianę stężenia estru, powinna zależeć od stężeń obu substratów, estru i wody, i można ją opisać równaniem reakcji II rzędu:

(2)

W roztworach wodnych stężenie wody (c_wody ok. 55
) jest bardzo duże, znacznie większe od stężenia estru, i podczas reakcji praktycznie nie ulega zmianie (c_wody= const.), dlatego równanie wyrażające szybkość reakcji hydrolizy można zapisać jak dla reakcji I- rzędu:

(3)

Rozwiązanie równania różniczkowego (3) prowadzi do wzoru, który umożliwia wyznaczenie eksperymentalnej stałej szybkości k_exp z zależności logarytmu stężenia substratu c_t od czasu rekcji t:

lnc_t = lnc₀ - k_exp t (4)

gdzie c₀ oznacza początkowe stężenie estru (dla t= t₀).

Szybkość reakcji zależy od stężenia jonów H⁺, c_H, na szybkosć reakcji hydrolizy, opisuje równanie (5), w którym k₀ jest szybkością reakcji niekatalizowanej (w środowisku obojętnym), natomiast k_H stałą szybkości reakcji katalitycznej:

(5)

Pomiary:

SERIA I			SERIA II
CHCl= 0,5 M			CHCl= 0,2 M
t (min.)	Vt (ml)	ln	t (min.)	Vt (ml)	ln
0	20,2	0	0	11,8	0
15	21,3	0,0293	15	12,2	0,0185
30	21,5	0,0623	30	12,8	0,0470
45	23,6	0,0935	45	13,2	0,0664
60	24,3	0,1139	60	13,8	0,0962
75	25,4	0,2095	75	14,5	0,1322
90	29,6	0,2833	90	14,8	0,1481
105	30,8	0,3260	105	15,5	0,1860
∞	58,3		∞	33,6

Stałą szybkości reakcji obliczam z równania:
poprzez badanie nachylenia prostej w układzie współrzędnych
.

Wykres dla 0,5 M kwasu HCl:

t [s]

Współczynnik kierunkowy prostej:
,

współczynnik korelacji: 0,98593

a= -k

Szybkość reakcji:

Wykres dla 0,2 M kwasu HCl:

t [s]

Współczynnik kierunkowy prostej:
,

współczynnik korelacji: 0,9966

a= -k

Szybkość reakcji:

Wnioski:

Stała hydrolizy w przypadku użycia kwasu HCl o stężeniu 0,5 M wynosi

, a dla kwasu o stężeniu 0,2 M

. Z wyznaczonych stałych widać, że na jej wpływ ma stężenie kwasu, gdyż tam gdzie było większe stężenie stała jest większa. Wyniki obarczone są optycznym błędem odczytu.

6