リアルタイムエンタルピーおよび熱容量測定からのスクロース加水分解の速度論と熱力学

フルクトースおよびグルコースに対するスクロースのHCl触媒加水分解の過程で、エンタルピー放出と熱容量のリアルタイム研究を報告します。等温条件の両方と、ゆっくりした加熱中に、制御された速度で冷却中に測定が行われました。1次動態の反応速度定数は、109.2 kJ/molのスクロースの活性化エネルギーとのアレニウスの関係に従います。加水分解により、エンタルピーは310 Kで14.4 kJ/molのスクロースを減少させ、熱容量、CPは溶液中のスクロースの61 j mol-1 k-1の増加を増加させます。加水分解のエンタルピーは、温度の上昇と加水分解時のデルタクが増加すると減少します。効果は、スクロースが切断されて2つの分子を形成するための1つの共有結合として、構成および振動パーティション関数の変化に起因します。これは、追加の水素結合を個別に形成し、溶液中の水の構造を変化させます。溶液のCPは、スクロース加水分解以前に温度が低下して増加します。これは、水素結合集団が変化するにつれて、CPへの構成的寄与の増加を反映している可能性があります。

We report a real time study of the enthalpy release and heat capacity during the course of HCl-catalyzed hydrolysis of sucrose to fructose and glucose. Measurements were performed during both isothermal conditions and during slow heating and then cooling at a controlled rate. The reaction rate constant of the first-order kinetics follows an Arrhenius relation with activation energy of 109.2 kJ/mol of sucrose. On hydrolysis, the enthalpy decreases by 14.4 kJ/mol of sucrose at 310 K, and the heat capacity, Cp, increases by 61 J mol-1 K-1 of sucrose in the solution. The enthalpy of hydrolysis decreases with increase in the temperature and DeltaCp on hydrolysis increases. The effects are attributed to change in the configurational and vibrational partition functions as one covalent bond in sucrose breaks to form two molecules, which then individually form additional hydrogen bonds and alter the water's structure in the solution. Cp of the solution increases with temperature less rapidly before sucrose hydrolysis than after it. This may reflect an increase in the configurational contribution to Cp as the hydrogen bond population changes.