大阪市立大学 大学院理学研究科 八ッ橋知幸

１１糖水溶液の旋光分散測定および変旋光、加水分解速度の決定

１

はじめに
光学純度の決定法には示差熱分析法、キラルカラムを用いたクロマトグラフィーやシフト試薬を用いたＮＭＲスペクトル測定などがあるが、既知の化合物の場合に最も簡便なのは比旋光度を測定する方法である。旋光測定には光の性質である偏光を利用する。
本実験では偏光板を作成して光の性質について学ぶとともに、最も身近な光学活性物質である糖類（Saccharides）のブドウ糖（Glucose、グルコース）、ショ糖（Sucrose、サッカロース）、果糖（Fructose、フルクトース）を対象に旋光現象を観察する。また
旋光回転角の測定により変旋光および加水分解反応速度定数を決定する。
１．１ 光の偏光、反射、屈折
光の反射、屈折、回折現象は光が横波（波の振動方向と進行方向が直交）として振る舞うことで説明出来る。光の波の性質を身近で実感できる「偏光」と呼ばれる特性がある。偏光とは光の電場の振動方向の分布が一定の平面（偏光面）に限られている光をいい、振動方向が一直線上に限られる直線偏光は偏光板を用いると作りだすことが出来る。
太陽や蛍光灯からの光は電場の方向が揃っていないため偏光していないが、水面やガラ
スで反射した光は一部偏光している。これは境界面での反射率が偏光方向に依存するためである。図１aのように屈折率n1の媒体（空気、n1 = 1）から屈折率n2の媒体（石英、n2 = 1.4533、800 nm）へ入射角θ１で光が入射した時、反射率Ｒは図１bのようになる。
記号ｐは紙面に平行に電場が振動する場合、ｓは垂直方向に電場が振動する場合を表す。
図１cの通り、ある角度でp偏光の反射率が0になる。この角度をブリュースター角θBといい、発見者のDavid Brewsterにちなんで命名された。上記の条件の場合θB = arctan(n2)であり、55.5度となる。

図１ 入射角と反射率の関係（空気から石英への入射）(a)入射角の関係 (b)反射率の入射角度、偏光依存性 (c)反射率比の入射角度依存性
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光の電場の振動方向がある方向に揃った光しか通さない「偏光板」を介して水面やガラスに反射した光を観察すると、ある角度で暗くなる現象を観察することが出来る。これは図１のとおり水面やガラス面でより多く反射したｓ偏光が透過しなくなったためである。身近で人工的に偏光を生じている光源としては携帯電話やパソコンの液晶表示画面がある。これらも偏光板を通して眺めるとある角度で画面が暗く見える。
最も安価な偏光板としては２色性偏光板がある。一般に用いられているのはポリビニ
ルアルコールなどのポリマーに硫酸ヨード化合物を含浸させたものを一方向に引き延ばし、ヨウ素を配列させたものである。ヨウ素は可視部において分子軸方向に平行に振動した電場の光を選択的に吸収する（偏光２色性）。図２において偏光板に描いた縦線は模式的に分子軸方向を示している。分子軸と直交方向に振動する電場の光が入射した場合（a）は透過するが、平行の場合（b）はヨウ素に吸収され透過出来ない。インスタント写真の代名詞となったポラロイド社のランド博士（Dr. Edwin H. Land）が 20 歳の時に発明した偏光素子である。ちなみにポラロイド（Polaroid）は偏光子（Polarizer）とセルロイド（Celluloid）からの造語である。

図２

光の電場の振動方向と偏光板による光の透過の関係

１．２ 旋光現象
二つの偏光板を組み合わせると光の透過を制御出来る。偏光した光を作る偏光板を偏光子、偏向した光の透過を制御する偏光板を検光子（analyzer）と呼ぶ。平行にすれば光は透過し（図３a）、直交させれば光は透過しない（図３b）。しかしながら、直交した二枚の偏光板の間にショ糖などの溶液を置くと光が透過するようになる（図３c）。
これはショ糖により偏光面が回転して、検光子に直交した振動成分が透過したからであり、この現象を旋光（rotatory polarization）と呼ぶ。検光子を回転させれば光は再び透過しなくなる（図３d）。この時の回転角（鋭角）を旋光回転角と呼ぶ。図３cのように観察者から見て時計回りに偏光面が回転する場合を右旋光性（dextro rotatory）と呼び、dあるいは(+)で表す、反時計回りに回転する場合を左旋光性（levo rotatory）と呼び、lあるいは(-)で表す。

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図３

偏光子、検光子による旋光度測定の原理

旋光回転角は測定波長、温度、溶媒、濃度に依存する。単位濃度（g/cm3）、単位光路長（dm）あたりの旋光回転角を比旋光度（specific rotatory power）[α]と呼び下式で表す。
T100
l c

ここでT、λ、α、ｌ、ｃはそれぞれ温度(℃)、測定波長（nm）、旋光回転角（°）、光路長（dm）、濃度（g/100 ml）である。濃度と旋光回転角の関係から比旋光度を求める。比旋光度には溶媒、濃度の条件を併記する。例えばショ糖の比旋光度は25D67 (c26, 水) と表す。ここでＤはナトリウムの輝線（D線）を用いて測定したことを表している。
１．３ 実験日程
１日目
実験解説
偏光板の製作（２．２）
ブドウ糖の変旋光速度の測定（５）２日目
偏光板の評価（２．３）
ショ糖および果糖の旋光分散測定（４）2009 年 01 月 22 日版 3/18

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３日目
４日目

酸によるショ糖の加水分解速度の測定（６）データ解析

２ 偏光板の作製と評価
２．１ 実験器具・試薬
PVAフィルム、ピンチコック×2、バット×2、500 mlビーカー、キムワイプ、ガラス棒、ガラス瓶、セロテープ、サンプル管数個、ヨウ素、ヨウ化カリウム、ホウ酸（ヨウ素―ヨウ化カリウム水溶液、硫酸ナトリウム飽和水溶液、ホウ酸飽和水溶液）
２．２ 偏光板の製作
PVAフィルムを用いて２色性偏光板を製作する。
方法１１）ヨウ素0.2 g、ヨウ化カリウム0.5 gをサンプル管の中に秤取り、少量の水で溶解させ、4% ホウ酸水溶液500 mlを入れたバットに滴下し、均一に攪拌する。
２）幅2 cm、長さ8 cm程度に切ったPVAフィルム（株式会社クラレ ポバールフィルム事業部提供）の両端をピンチコックに固定する。手袋を着用し、30 秒から1分程度水に浸漬して膨潤させる。フィルムは横方向に丸まってしまうので注意する。
３）膨潤したPVAフィルムを１）の溶液にむら染めにならないように、張力を掛けながら軽く動かして2～3 分ほど浸漬する。
４）ヨウ素を吸着して青黒くなったフィルムを取り出し、かるく水分を拭き取った後3～6 倍に延伸する。この際、ピンチコックを持たず、フィルムの端を指でつかんで延伸する。フィルムが切れることがあるので注意する。
５）引き延ばしたまま張力を緩めずにガラス瓶の胴体にしわにならないよう巻き付け、両端をセロテープで固定する。しわは貼り付けた後修正する。
６）乾燥後、フィルム表面のホウ酸を拭き取り、形状を測定する。伸長方向の伸び率を求めておく。
方法２１）ヨウ素0.2 g、ヨウ化カリウム0.5 gを少量の水で溶解させ、バットに入れた硫酸ナトリウム飽和水溶液500 mlにたらして均一に攪拌して黄色にする。
２）幅2 cm、長さ8 cm程度に切ったPVAフィルム（株式会社クラレ ポバールフィルム事業部提供）の両端をピンチコックに固定する。手袋を着用し、30 秒から1分程度水に浸漬して膨潤させる。フィルムは横方向に丸まってしまうので注意する。
３）ヨウ素含有硫酸ナトリウム水溶液に膨潤させたPVAフィルムを入れて、むら染めにならないように軽く動かしながら10分程度放置する。
４）ヨウ素を吸着して黄色になったフィルムを溶液中で3～6倍に延伸する。この際、ピンチコックを持たず、フィルムの端を指でつかんで延伸する。フィルムが切れることがあるので注意する。
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５）引き延ばしたまま張力を緩めずにホウ酸飽和水溶液を入れたバットに2～3分浸漬する。
６）フィルムを取り出し、表面のホウ酸水を紙で拭き取り、ガラス瓶の胴体にしわにならないよう張力をかけて巻き付け、両端をセロテープで固定する。しわは貼り付けた後修正する。
７）乾燥後、フィルム表面のホウ酸や硫酸ナトリウムを拭き取り、形状を測定する。伸長方向の伸び率を求めておく。
２．３ 偏光板の性能評価製作した二枚の偏光板を互いに平行、直交に重ね合わせ、透過率を分光光度計で測定する。平行に重ねたときの透過率を直交の場合で割った値が消光比である。この値が小さいと旋光度測定は困難である。旋光分散、反応速度測定の実験では消光比が104程度の市販の偏光板（シグマ光機製、φ30、t 0.8）を偏光子/検光子として実験に用いる。消光比が十分大きいなら６の実験では作製した偏光板を検光子として用いる。図４に偏光子として用いた市販の偏光板の透過率を示した。

図４

偏光子に用いる市販偏光板の透過率２．２で作成した偏光PVAフィルムの透過スペクトルの測定に際して注意すべき点がある。分光器から出てくる光は回折格子を介して分光しているため偏光している。そのため、分光器に対する試料の置き方で得られるスペクトルが異なる。今回は分光器に対する角度が90度異なるスペクトルの平均を求める。図４の一枚の場合のデータ（点線）はこの操作をしてある。2枚平行に重ねたときの場合も分光器に対する角度により透過率は異なるので同様な操作が必要であるが、図４における2枚平行の場合は平均化の操作をしていないため分光器の特性による影響で500 nm付近にスペクトルのへこみが見られる（スペクトルのへこみが１枚平均のスペクトルにはないことに注意）。また、透過率も小さい。
但し、一般の分光器では構造上偏光を十分に評価し、また103以上の消光比を正確に求めるのは困難である。
透過率の測定には紫外可視分光光度計、島津UV-2400を用いる。
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以下の操作手順で「」はプルダウンメニュー、【】はボタンを示す。
１）サンプルを入れずにベースラインを測定する（900-350 nm）
a) 「条件設定」→「パラメーター」b) 測光値を透過率に変更
c) 測定範囲(nm)を開始900、終了350に変更
d) 【了解】をクリックe) 【ベースライン】をクリックしてベースラインを測定する
２）偏光PVAフィルムを挟むためのアクリル板（2枚）の透過率を測定する
a) アクリル板をサンプルホルダーに取り付けるb) 【測定】をクリックして透過率を測定する
c) ファイル名に適切な名前を入力し、【了解】をクリック
３）作成した偏光PVAフィルムをアクリル板（40×30×2）2 枚で挟んで固定し、分光光度計のサンプルホルダーに取り付け透過率を測定する。偏光PVAフィルムはアクリル板より少し大きめのものを使用すること。このとき分光光度計の観測光が全てサンプルに当たっているかどうか確かめることa) 偏光PVAフィルムをセットしたアクリル板をサンプルホルダーに取り付けるb) 【波長設定】をクリックし、波長(nm)を530として【了解】をクリック
c) 白い紙をサンプル前後でかざし、緑色の測定光が全てサンプルに当たっているかどうか確認する
d) ２）と同様に透過率を測定する
４）偏光PVAフィルムを90度回転して２）と同様に測定を行う。
５）３）、４）のスペクトルの平均を計算する。
a) 「データ処理」→「ファイル／チャンネル計算」b) 元データＡ、Ｂに３）、４）で測定した結果を選ぶ
c) 演算で（＋）を選び【了解】をクリック
d) ファイル名に適切な名前を入力し、【了解】をクリック
e)「データ処理」→「定数計算」
f) 元データにd)で保存したファイルを選び、演算に（／割る）を選択し、定数に2を入力して【了解】をクリック
g) ファイル名に適切な名前を入力し、【了解】をクリックh) 「ファイル」→「チャンネル」→「チャンネル消去」
i) d)で保存したファイルを選び、【了解】をクリックしてメモリーから消去する
６）作成した2枚の偏光PVAフィルムを互いに平行に重ねて透過率を測定する。また、４）2009 年 01 月 22 日版 6/18

大阪市立大学 大学院理学研究科 八ッ橋知幸と同様、重ねた2枚の偏光PVAフィルムを90度回転して測定を行う。さらに５）と同じく平均のスペクトルを計算する
７）作成した2枚の偏光PVAフィルムを互いに直交するように重ねて透過率を測定する
８）透過率スペクトル（アクリル板、１枚縦、１枚横、１枚平均、２枚平行平均、２枚直交）を印刷する
a) 「表示」→「チャンネル使用状況」b) 印刷しないファイルを選択し【表示 On/Off】をクリックして表示状況を（N）にする
c) 「表示」→「プロット出力」d) 【印字】をクリックしてスペクトルを印刷する
３ 旋光計
３．１ 旋光計の構成
本実験で用いる旋光計は光源、拡散板、偏光子、補助偏光子、光学セル、絞り、検光子から構成されている。光源には本来単色光を用いるが、本実験では２種類のLED（465nmおよび653 nm）を用いる。LED部分は本学理学部のシステム計測技術室に製作を依頼した物である。拡散板、偏光子、補助偏光子は一つのホルダーに入っている。拡散板側をLED光源に向けること。光学セルはパイレックスガラス製で内径16 mm、光路長200 mmであり、本学のガラス工作センターに製作を依頼した物である。セルホルダー及び光学部品一式を固定するベースプレートは本学の機械工作センターに製作を依頼した物である。LEDから出た光は拡散板で散乱され、市販の偏光子、および偏光子を半分に切った補助偏光子を透過する。セルを透過した光量と視野を制限するため絞りで光束を小さくして検光子を透過した光を観測する。この際、検光子ホルダーは角度目盛り表示部分を観測側に向けて設置すると値の変化は時計回りで＋、反時計回りで－となる。

図５

旋光計の概念図と写真（斜め上側面）

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図６

ＬＥＤ光源の発光スペクトル

図中の数字はピーク波長と半値全幅３．２ 測定手順
旋光回転角は温度に依存するので溶液、セルは全て恒温槽に浸漬し一定温度に保つ。
測定時だけ恒温槽から取り出し、水を拭き取ってから旋光計にセットし、素早く角度を測定して再び恒温槽に戻す。
セルに溶媒のみを入れた場合が基準となる。LEDを点灯し、溶媒を入れたセルをセルホルダーにセットする。
検光子を回転させると視野のどちらかが暗くなる（例えば図７のaなら左側）。さらに回転させると角度bで視野全てが同じ明るさになり、そして今度は反対側の視野が暗くなる（c）。aからcへ変化させるには検光子の回転方向が時計回り、反時計回りの２通りあるが、90度以下の鋭角の方向を選ぶ。検光子を左右交互に回してaとcの状態を何回か比較しながらbの位置を探す。溶媒のみでbの角度を読み取る。溶液に関しても同様の操作を行い、bbの角度を得る。bb-bが求める旋光回転角αである。αが正なら右旋光性、負なら左旋光性である。a-c (= aa-cc)は偏光子と補助偏光子の相対角度により決まる。

図７

検光子を回転させたときの視野の変化

３．２ 作製した偏光板を検光子として用いる
２．３で十分消光比が有るならば６の実験では作製した偏光板を検光子として用いることも出来る。市販の偏光板の代わりに作製した偏光板を２枚のガラス板に挟み、偏光子ホルダーに取り付ける。図８に示したようにガラス板Ｂ（厚さ5 mm）にマスクと作製
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した偏光板を取り付けて偏光子ホルダーに入れ、つづいてガラス板Ａ（厚さ1 mm）、図９のデルリンリング（テフロン製、白色）を入れ、ネジリングで締めつけて固定する。
この際ネジリングを強く締めすぎると干渉縞が強く表れる。ガラス板が割れてしまうこともあるので注意する。

図８

図９

自作偏光板を検光子として用いる際の光学部品

偏光子ホルダー（左）、デルリンリング（中）、ネジリング（右）2009 年 01 月 22 日版 9/18

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４

ショ糖および果糖の旋光分散（比旋光度の測定波長依存性）測定
比旋光度の波長依存性、旋光分散（optical rortatory dispersion）を測定する。一般に、物質が光を吸収しない波長で旋光度を測定すると短波長の方が絶対値は大きい。
光を吸収する波長では吸収帯のピーク付近で旋光度が0となり、吸収帯の裾の領域で旋光度の値が一つまたは二つ以上の極大を示す（Cotton効果）。吸収領域を外れた所では旋光分散スペクトルは単調曲線となりDrudeの式で近似出来る。一方、右回り、左回りの円偏光による吸収の差を測定するのが円二色性（circlar dichromism）測定であり、旋光分散とは相補（Kramers-Kronig）の関係にあるが、現在では旋光分散スペクトルよりも円二色性スペクトルを測定するのが一般的である。

図１０

旋光分散スペクトル（破線）と円二色性分散スペクトル（実線）(a)正のCotton効果 (b)負のCotton効果

旋光回転角の溶質濃度依存性をショ糖、果糖に対してそれぞれ測定する。旋光度―濃度の関係から旋光方向と比旋光度を決定する。通常旋光度の測定にはナトリウムの D線（589.0 nm, 589.6 nm）を用いるが、本実験では光源として単色光ではないものの、発光波長の異なる２種類のLEDランプ（465 nmおよび653 nm）を用い、それぞれの波長における比旋光度を求める。
※５つの異なった濃度の糖溶液の測定を行う（最大20 g/ 100 ml）。濃度を決め、溶液を用意して希薄な物から順に測定する。
４．１ 実験器具・試薬
旋光計（３．１参考）、恒温槽、蒸留水、ショ糖、果糖、50 mlメスフラスコ×5、25 ml
メスシリンダー、薬包紙、ロート２種類、秤量用50 mlビーカー、ガラス棒、タイマー、グラフ用紙
４．２ 実験
１）水をセルに満たし、装置にセットする。
２）LEDを点灯する。
３）検光子を回転させ、３．２に従い視野の両側が等しく明るくなる角度を記録する。
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４）３）を3回行い、得られた角度の平均値を計算する。これを溶媒での値とする。
５）LEDを交換し、２）～４）の操作を行う。
６）ショ糖を水に溶解させ50 mlとする。
７）セルにショ糖水溶液を満たし、装置にセットする。ショ糖濃度が濃い場合、最初は溶液が揺らいで見える。溶液が均一に見えるようになってから角度を測定する。
８）４）と同様の操作を行い、平均の角度を計算し、記録する。
９）溶媒での値との差を計算し、旋光回転角として記録する。
１０）LEDを交換し、７）～９）の操作を行う。
１１）それぞれの波長における旋光回転角を濃度を変えてさらに４点測定する。
※グラフ用紙に旋光回転角―濃度の関係をプロットすると異常があればすぐ発見出来る。
１２）セルをよく水洗し、乾燥させる。
１３）得られた結果は表（例として表１）としてまとめるとともに、旋光回転角―濃度の関係を作図し、原点を通る直線で近似して得られた傾きを元に比旋光度αを求める。
１４）果糖に対しても同様の操作を行い、比旋光度を求める。
表１波長465 nmのLED光源を用いて測定したショ糖の旋光回転角
角度/度

濃度/(g/100ml)

1回目

2回目

3回目

0平均

旋光回転角/度
0・・・・20.0
５

ブドウ糖の変旋光速度の測定
糖類には水に溶解して放置すると旋光度が徐々に変化して最終的に一定の値になるものがある。この現象を変旋光（mutarotation）という。グルコースは水中において平衡状態に達したとき、ほぼ ピラノース（pyranose、あるいはアノマー anomer）であり、α体38%とβ体62%の形で存在しており、他の異性体、5員環の環状ヘミアセタール（hemiacetal）であるフラノースや鎖状体は合わせても 1% に満たない（図１１）。波長465nmの青色LEDを用いてα−Ｄ-(+)グルコースの旋光回転角の経時変化を測定し、反応速度定数を求める。

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HH
HOH
H

CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH

H
OH

CH2OH
OHH
H CHO
OHOH

H

H

OH

CH2OH
OH
H
OH
HOH

図１１

OH-anomerOHCH2OHOHHOH
HHOH-anomer
HOH

グルコースの変旋光

５．１ 実験器具・試薬旋光計（３．１参考）、恒温槽、蒸留水、ブドウ糖、50 mlメスフラスコ、25 mlメス
シリンダー、ロート２種類、秤量用50 mlビーカー、サンプル管、ガラス棒、タイマー、
グラフ用紙
５．２ 実験
１）空のセルに水を満たし、装置にセットする。
２）青色LEDを点灯する。
３）検光子を回転させ、３．２に従い視野の両側が等しく明るくなる角度を記録する。
４）３）を3回行い、得られた角度の平均値を計算する。これを溶媒での値とする。
５）30 ml程度の水を入れたビーカー中でブドウ糖約10 gを溶解させる（糖に水を加えると固まってしまって溶解が困難になるので注意する）。メスフラスコで50 mlとし、タイマーで計時をスタートする。開始時間も必ず記録すること。４）の測定を行う。
ブドウ糖濃度が濃いため最初は溶液が揺らいで見える。溶液が均一に見えるようになってから角度を測定する。
６）最初の30分は４）の操作を5分おきに行い、それ以降2時間目までは10分おきに測定する。3時間程度測定する。観測しない時はLEDを消灯すること。
※異常があればすぐ発見出来るのでグラフ用紙に角度―時間の関係を逐次プロットすること。
７）装置を静置して翌日再び測定する。このとき系は平衡に達していると見なせるので、この値を時間無限大の時の角度とする。
８）セルを水洗し、乾燥させる。
９）得られた結果は表（例として表２）としてまとめるとともに、角度―時間の関係を作図する。

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表２

波長465 nmのLED光源を用いて測定したブドウ糖の旋光回転角
角度/度

時間/ 分

1回目

2回目

3回目

平均

溶媒・・・・・・（∞）
５．３

結果の整理

反応速度

１）次のAとBの可逆一次反応を考える。

（１）
Aの消失速度は式（２）で与えられる。
d A
dt

k1 Ak1B（２）

ここでAとBの総量は反応中一定であり、化学量論的に
A0ABA B（３）と書ける。添え字の0は時間0の時、∞は時間無限大の時、添え字が無い場合は任意の時間tの時のAとBの濃度である。また平衡定数をKとすると
Bk1K（４）
Ak1であるから（３）、（４）を用いて（２）を書き換えるとd Adtk1k1

A[ A]（５）となる。（５）式を（６）のように定積分すると（７）が得られる。
Atd A
k1 k 1 dt（６）
A0 A0[ A]ln

A [ A]
A 0 [ A]

k1

k1 t

（７）

実際に観測するのは旋光回転角αである。時間0、任意時間t、時間無限大∞の時の旋光回転角はAおよびBの比旋光度に光路長lをかけて100で割った値をαA、αBとすると（８）～（１０）となる
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0AA0tAAAA（８）

B

B

（９）

B

B

（１０）

故に時間ｔ、無限大での旋光回転角はA

BAABA

B

0ABtA

Bt

B

A0（１１）

A0（１２）

A0A（１３）AA（１４）

よってすなわち（７）式は以下のように変形できるA [ A]ln
ln t
k1 k 1 t
A 0 [ A]
0lnloglntlogtk100（１５）

k1 t（１６）

k1 k 1t
2.303（１７）故にln(αt-α∞)と時間の関係は直線となり、その傾きは-(k1+k-1)となる。
２）実験値tの対数を時間に対して作図し、傾きから反応速度定数（k1+k-1）を求める。あるいはt0ek k 1 t（１８）とし、旋光回転角の実験データを指数関数で直接フィッティングして速度定数を求める事も可能である。いずれかの方法で反応速度定数（k1+k-1）を求める。
３）平衡定数Kを別途求めることが出来れば正逆両方の反応速度が分かる。以上の解析では図１１における開環体を無視したが、実際平衡に達するとα体38%、β体62%、開環体1%未満となる。これらの値をもとに反応速度定数k1、k-1をそれぞれ求める。
６酸によるショ糖の加水分解速度の測定
ショ糖は水素イオンを触媒とする加水分解（転化）により、グルコースとフラクトースとなる。この反応速度を測定する。

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６．１ 実験器具・試薬
旋光計（３．１参考）、恒温槽、蒸留水、ショ糖、5 規定塩酸水溶液、50 mlメスフラスコ×2、15 ml ホールピペット、25 mlメスシリンダー、ロート２種類、サンプル管、秤量用50 mlビーカー、ガラス棒、タイマー、グラフ用紙
６．２ 実験 測定方法の詳細は５．２に準じる
１）水20 ml程度を入れた50 ml ビーカーにショ糖約10 gを溶解させる。
２）青色LEDを点灯する。
３）１）の溶液をメスフラスコに移し、5 規定塩酸水溶液15 ml をホールピペットで加え、さらに水を加えて50 mlとする。よく混合し、タイマーで計時をスタートする。開始時間も必ず記録すること。少量の溶液でセルを手早く洗浄してから残りの試料を入れて角度を手際よく測定する。ショ糖濃度が濃いため最初は溶液が揺らいで見える。
溶液が均一に見えるようになってから角度を測定する。
５）初めの30分は5分おき、1時間目までは10分おき、その後は20分おきに角度を4時間程度測定する。角度を測定した時の時間を記録する。観測しない時はLEDを消灯すること。
※異常があればすぐ発見出来るので、グラフ用紙に角度―時間の関係を逐次プロットすること。
６）装置を静置して翌日再び測定する。このとき系は平衡に達していると見なせるので、この値を時間無限大の時の角度とする。
７）セルを水洗し、乾燥させる。
８）得られた結果は表としてまとめるとともに、角度―時間の関係を作図する。
６．３ 結果の整理 反応速度１）次の一次反応を考える。

Ak2B+C（１９）Aの消失速度は式（１８）で与えられる。
d Adtk2 A（２０）となる。（１８）式を（１９）のように定積分すると（２０）が得られる。
A d Atk 2 dt（２１）A00AlnAA0k 2t（２２）ショ糖の反応では反応物、生成物いずれもが旋光性を持ち、なおかつ旋光回転角は濃度にほぼ比例する。また、溶液の旋光回転角には加成性が成り立つので、反応開始後の時間が0、任意時間t、時間無限大∞の時の旋光回転角をそれぞれα0 、αt 、α∞ とすれば、次の関係が導かれる。
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lnlntloglogt２）実験値（２３）

k2 t00k2t2.303（２４）の指数を時間に対して作図し、傾きから反応速度定数k2を求める。あtるいは
t0ek2 t（２５）とし、旋光回転角の実験データを指数関数で直接フィッティングして速度定数を求める事も可能である。いずれかの方法で反応速度定数k2を求める。
７．チェックリスト
１）実験日、実験時間、天気、温度、湿度
２）使用した試薬の名称、純度、製造会社名
３）２．２ 作成した偏光板の形状。伸長方向の伸び率
４）２．３ アクリル板および作成した偏光板１枚、２枚を平行、直交に重ねたときの透過スペクトル５）４．２ 溶液の調製方法
６）４．２ 465 nm、653 nmに関してそれぞれショ糖の表およびグラフ、比旋光度７）４．２ 465 nm、653 nmに関してそれぞれ果糖の表およびグラフ、比旋光度８）５．２ 反応条件（ブドウ糖濃度、調製方法、温度）
９）５．２ 表及びグラフ１０）５．３ グラフ、反応速度（k1 + k-1）
１１）５．３ 平衡定数、反応速度（k1、k-1）
１２）６．２ 反応条件（ショ糖濃度、酸濃度、調製方法、温度）
１３）６．３ 表、グラフ、反応速度 k2
８．設問※レポート作成ならびに設問に解答する際し、文献を参考にした場合は必ず文献情報を記載すること。著者（文責）が特定出来ない場合はInternetのウエブサイトを参考文献としてはならない（例えばウイキペディアや所属・経歴不明の人物）。また、文章をそのまま引用する場合は出典を明らかにし、文章をカギ括弧で囲むこと。剽窃は決してしてはならない。
１）DとLの違いについて、R、Sの違いについて説明せよ。
２）偏光板の延伸方向を分光器に鉛直（垂直）に配置した場合、平行の場合に比べて透過率が大きかったのは何故か説明せよ。
３）旋光度測定に際し、消光比をよくするにはどう工夫したらよいか。
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４）今回は発光スペクトルの半値全幅が20 nm以上あるLEDを用いたが、本来は単色光で測定するべきである。どうしたらよいか。
５）得られた比旋光度の値を文献値と比較考察せよ。
６）得られたショ糖の比旋光度をDrudeの式で比較検討せよ。
７）ショ糖、果糖は変旋光を示すか。ブドウ糖と比較して論じよ。
８）酸によるショ糖の加水分解反応式を完成させよ。
９）ショ糖を分解する酵素は何か。酸を用いた場合とどのように異なるか述べよ。
９．参考文献日本化学会編、改訂第３版 化学便覧 基礎編II、丸善
千原秀昭、徂徠道夫編、物理化学実験法 第４版、東京化学同人2009 年 01 月 22 日版 17/18

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１０．試薬・器具リスト
共通試薬
蒸留水

果糖

ショ糖

ブドウ糖

ヨウ素

ヨウ化カリウム

ホウ酸

5N 塩酸水溶液

ＰＶＡフィルム
共通器具
薬包紙

定規

パスツールピペット

超音波洗浄機

手袋

はさみ

Ｍ，Ｌ

分光光度計用セルホルダー

廃液タンク

マジックペン廃液タンク用漏斗

キムワイプ

セロテープ

方眼紙

バット

２ヶ個別器具ピンチコック２

ガラス棒

１50 mlメスフラスコ

５50 mlビーカー

１100 mlビーカー

１500 mlビーカー

１15 mlホールピペット

１

安全ピペッター（ホールピペット用）

１

ピペッター（パスツールピペット用）

２25 mlメスシリンダー

１

ガラス瓶

２

サンプル管数個ロート

１

大ガラスロート

小１

薬さじ

１

タイマー

１

光学セル

１

旋光計（LED２種類）

１
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