Изучение реакций каталитического окисления глюкозы до глюконовой кислоты проводят в специальной установке

4. Экспериментальная часть.

Рабочая установка

Изучение реакций каталитического окисления глюкозы до глюконовой кислоты проводят в специальной установке, схема которой представлена на рисунке.

Магнитная мешалка

Рис №   общая схема установки.

Основная часть установки – реактор – сосуд, имеющий структуру  двух стаканов  вставленных друг в  друга и спаянных между собой. Внутри между стаканами полость, которую можно заполнять водой и подключать к термостату для создания термостатических условий. Сверху находятся три горла в которые вставлены электрод, подключенный к рН-метру; две иглы: одна для подачи щелочи, вторая для подачи газов в реакционную смесь; холодильник для предотвращения испарения воды и уменьшения объема реакционной смеси. К холодильнику присоединен водяной затвор для контроля скорости поступления в реакционную смесь газов.

Выполнение работы состояло из двух основных частей:

1)  проведение собственно реакции

2)  анализ на содержание основных компонентов.

Реакцию проводят при постоянной температуре, подаче кислорода и при контроле рН. Значение кислотности среды не должно превышать оптимальных значений, которые определяются экспериментально для каждого субстрата. Важным для проведения реакции является интенсивное перемешивание, которое обеспечивает более быстрое взаимодействие реагентов и катализатора.

Для построения кинетических кривых зависимости концентрации от времени через определенные промежутки времени из реакционной смеси отбирали пробы объёмом 1 мл, которые после специальной подготовки анализировали на хроматографе. По полученным хроматограммам определяли содержание основных компонентов в данный момент времени.

В данной работе исследовалась скорость окисления глюкозы до глюконовой кислоты в присутствии двух катализаторов Au/C и Pd/C.

Проведение реакции.

Приборы и реактивы:

1)  навеска глюкозы (хч) 2,5 г.

2)  вода деионизованная милиQ 20 мл

3)  катализаторы: Au/C 0,104 г; Pd/С 0,037 г.

4)  NaOH 3% р-р в воде около 10 мл.

5)  автоматический дозатор для добавления щелочи

6)  рН-метр «Анион4100»

7)  магнитная мешалка

8)  термостат

9)  весы электронные

10) баллоны с газами О₂ и Н₂

11) якорек

12) холодильник

Реакция в присутствии катализатора Au/C.

До начала проведения реакции подключают реактор к термостату, с помощью пенника отмеряют скорость подачи кислорода (20 мл в мин).

Для проведения реакции на электронных весах взвешивают навески глюколы и катализатора. В реактор через горло с помощью воронк загружают глюкозу и добавляют воду, отмеренную в мерном цилиндре. Включают перемешивание и ждут до полного растворения глюкозы около 2 минут.

С помощью автоматического дозатора доводят рН раствора до рабочего значения (не ниже 8,8). Включают подачу кислорода и секундомер для регистрации времени начала реакции. По ходу реакции следят за тем что бы значение рН не опускалось ниже предельного значения 8,8. для этого по мере необходимости добавляют щелочь с помощью дозатора.

Реакция в присутствии катализатора Pd/C

В случае проведения реакции в присутствии катализатора Pd/C. Необходимо предварительное восстановление катализатора водородов по следующей схеме:

1) в реакторе катализатор добавляют в воду, включают перемешивание

2) 20 минут продувка смеси Ar

3) 30 минут водородом

4) 20 минут Ar для удаления присутствующего водорода.

Далее работают в соответствии с методикой, описанной выше.

Проведение анализа.

Анализ проводили по одинаковой схеме вне зависимости от используемого катализатора.

Приборы  реактивы

1)  р-р Н3РО4 0,01 М

2)  ацетонитрил марки 0 или1

3)  хроматограф «Shivadzu»

4)  вода марки милиQ и ацетон

5)  автоматические пипетки на 1, 0,5, 3,5 мл

Анализ на содержание проводят на жидкостном хроматографе фирмы Shimadzu.

Для анализа из реакционной смеси пробы (1 мл) отбирают через 0 мин; 30 мин; 1 час; 1час 30 мин; 2 часа; 3 часа 30 мин и в случае необходимости через 5 и 7 часов после начала реакции.

Отбранные пробы сразу помещают в лед для остановки реакции. Из охлажденной пробы отбирают 0,5 мл анализируемого раствора, разбавляют 3,5 мл воды (марка милиQ), добавляют  1 мл 1 М р-ра рибозы в воде (внутренний стандарт для хроматографа).