Introduction
Le glucose est un sucre qui joue un rôle central en tant que fournisseur d'énergie pour la plupart des organismes vivants. Il est impliqué dans le processus de respiration cellulaire. Chez l'homme, le glucose est une source d'énergie primaire pour le cerveau, les globules rouges et les muscles lors d'une activité intense. Une bonne régulation des niveaux de glucose est essentielle pour la santé, car l'hyperglycémie et l'hypoglycémie peuvent entraîner des troubles graves, tels que le diabète et l'hypoglycémie.
Le glucose existe sous plusieurs formes. Le L-glucose et le D-glucose ont la même formule chimique, mais diffèrent structurellement : l'un est l'image miroir de l'autre. De plus, le D-glucose existe sous deux formes différentes appelées alpha (α) et bêta (β), qui peuvent passer de l'une à l'autre. Le D-glucose est la forme naturelle du glucose dans les organismes vivants, en particulier chez les plantes et les animaux.
La cinétique de la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition du glucose est importante car elle nous aide à comprendre comment le glucose se décompose au fil du temps dans différentes conditions.
Dans ce qui suit, des mesures thermogravimétriques sont utilisées pour réaliser des études cinétiques de la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. réaction de décomposition de l'α-D-glucose.
Measurement Conditions
À cette fin, quatre échantillons d'une masse initiale comprise entre 2,7 et 2,9 mg ont été préparés dans des creusets en oxyde d'aluminium. Chaque creuset a été placé dans la thermobalance et soumis à un chauffage contrôlé sous un flux dynamique d'azote. Chaque échantillon a été mesuré à une vitesse de chauffage différente comprise entre 1 et 10 K/min.
TGA Measurements
La figure 1 montre les courbes résultant des mesures thermogravimétriques aux différentes vitesses de chauffage.
Deux étapes de perte de masse sont détectées. Au cours de la première, les courbes sont parallèles l'une à l'autre. L'augmentation de la vitesse de chauffage entraîne un déplacement des effets détectés vers des températures plus élevées, mais n'a pas d'influence sur la quantité de perte de masse. Par conséquent, l'étape de réaction aura la forme suivante :
où A et B sont respectivement les réactifs et les produits.
En revanche, la deuxième étape de perte de masse donne lieu à des masses résiduelles différentes, qui dépendent de la vitesse de chauffage. Cette dépendance de la perte de poids par rapport à la vitesse de chauffage indique que cette étape de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition contient au moins deux réactions concurrentes qui se déroulent simultanément. Cela correspond aux étapes de réaction suivantes :
où C et D sont les produits des deux réactions compétitives.
Kinetic Analysis
La cinétique de la réaction a été analysée avec le logiciel Kinetics Neo, en utilisant le modèle de réaction en trois étapes décrit ci-dessus.
Pour chacune de ces étapes, le logiciel calcule les paramètres cinétiques, c'est-à-dire le type de réaction, l'énergie d'activation et l'ordre de réaction, pour un type de réaction spécifique. Une réaction d'autocatalyse a été sélectionnée pour la première étape de la réaction, et des réactions d'ordre n pour les deux étapes compétitives.
Le tableau 1 présente les paramètres cinétiques déterminés pour le calcul et la figure 2 les courbes calculées avec ces paramètres comparées aux courbes mesurées.
Table 1: Kinetic analysis of α-D-glucose decomposition
| A → B | B → C | B → D | |
|---|---|---|---|
| Reaction type | Autocatalysis | nth order | nth order |
| Equation | see [1] | see [2] | see [3] |
| Activation energy | 96.53 | 1.13 | 182.28 |
| Log(PreExp) | 7.69 | -3.39 | 14.45 |
| Reaction order n | 1.76 | 13.96 | 1.96 |
| Log(AutocatPreExp) | 0.69 | - | - |
| Contribution | 0.28 | 0.36 | 0.37 |
Les courbes calculées et mesurées concordent très bien, avec un coefficient de corrélation supérieur à 0,999.
Prediction of the Glucose Decomposition
Sur la base des paramètres cinétiques déterminés, Kinetics Neo est capable de simuler le comportement de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition du glucose pour n'importe quelle condition de temps/température, prédisant ainsi sa stabilité et sa durée de conservation.
Un exemple est donné dans la figure 3, qui illustre la simulation du processus de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition pour différentes isothermes entre 20°C et 200°C. Comme prévu, plus la température est élevée, plus la réaction est rapide. Une conversion de 1 correspond à l'achèvement de la réaction. Cet état est atteint après environ 20 mois à 200°C.
La figure 4 montre les concentrations correspondantes des réactifs A et des produits B, C et D qui sont produits au cours de la réaction.
Conclusion
La cinétique de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition de l'α-D-glucose a été étudiée à l'aide de mesures thermogravimétriques et du logiciel Kinetics Neo.
Le logiciel Kinetics Neo permet de simuler le comportement du matériau pour n'importe quelles conditions de temps/température, et est donc un outil efficace pour prédire la stabilité et la durée de conservation.