ĆWICZENIE 7 BUDOWA I WŁAŚCIWOŚCI CUKROWCÓW

Transkrypt

1 ĆWIZENIE 7 BUDWA I WŁAŚIWŚI UKRWÓW 7.1. EL ĆWIZENIA Zapoznanie się z budową i właściwościami mono-, di- i polisacharydów oraz identyfikacja sacharydów za pomocą reakcji charakterystycznych KLASYFIKAJA UKRWÓW ukrowce (węglowodany, sacharydy) są aldehydami lub α-ketonami wielowodorotlenowymi oraz ich pochodnymi. Wyróżnia się trzy klasy sacharydów: monosacharydy węglowodany nie ulegające hydrolizie do prostszych cukrów oligosacharydy węglowodany hydrolizujące do kilku, kilkunastu cząsteczek monosacharydów (w organizmach najczęściej występują disacharydy zbudowane z dwóch reszt cukrowych) polisacharydy węglowodany hydrolizujące do wielu cząsteczek monosacharydów MNSAARYDY Monosacharydy w zależności od struktury dzielą się na aldozy (w formie liniowej są to aldehydy) i ketozy (w formie liniowej - α-ketony) (Rys.7.1). W zależności od liczby atomów węgla w cząsteczce monosacharydu wyróżnia się triozy, tetrozy, pentozy, heksozy, heptozy i oktozy. Rys Najprostsze monosacharydy aldehyd glicerynowy i dihydroksyaceton Najczęściej spotykanymi w przyrodzie monosacharydami są pentozy i heksozy. Pentozami są takie monosacharydy, jak rybuloza, ryboza, deoksyryboza, ksyloza i arabinoza. Rybuloza jest jednym z ogniw pośrednich w procesie fotosyntezy (cykl alvina). Ryboza i deoksyryboza są składnikami nukleotydów i ich pochodnych. Ksyloza jest składnikiem ksylanów wchodzących w skład drewna, słomy, otrąb, a arabinoza - arabanów wchodzących m.in. w skład tzw. gumy arabskiej. Do heksoz należy przede wszystkim glukoza, będąca kluczowym związkiem w metabolizmie wszystkich organizmów, fruktoza (cukier owocowy) występująca powszechnie w sokach owocowych oraz galaktoza. Wszystkie wymienione powyżej heksozy występują w organizmach bądź w stanie wolnym, bądź jako składniki innych sacharydów i ich pochodnych. Wzory strukturalne najważniejszych heksoz przedstawia Rys.7.2. pracowanie: M.Wielechowska Wersja

2 D-glukoza D-galaktoza D-fruktoza D-ksyloza L-ramnoza Rys Wzory strukturalne niektórych monosacharydów Monosacharydy zawierają jeden lub więcej asymetrycznych atomów węgla (we wzorze glukozy są to węgle numer 2, 3, 4 i 5, a fruktozy 3, 4, 5). Z tego względu wykazują aktywność optyczną i tworzą 2 n form stereoizomerycznych (enancjomerów i diastereoizomerów), gdzie n oznacza liczbę asymetrycznych atomów węgla w cząsteczce. Konfiguracja podstawników na ostatnim asymetrycznym atomie węgla jest podstawą podziału cukrów na szeregi D i L, które wywodzą się od konfiguracji enancjomerów najprostszego sacharydu aldehydu glicerynowego (Rys.7.3). 3 n n adehyd D-glicerynowy aldehyd L-glicerynowy szereg D szereg L Rys Wzory strukturalne enencjomerów aldehydu glicerynowego ząsteczki cukrów zawierające kilka centrów asymetrii, poza tym, że należą do szeregu L lub D, mogą występować w różnych formach diastereoizomerycznych. Wśród diastereoizomerów można wyróżnić epimery, które różni położenie grupy hydroksylowej tylko przy jednym z asymetrycznych atomów węgla, np. epimerami D-glukozy są: D-galaktoza (odwrócona konfiguracja przy 4 atomie węgla) i D-mannoza (odwrócona konfiguracja przy 2 atomie węgla). W roztworach wodnych formy liniowe monosacharydów tworzą półacetale o budowie pierścieniowej. Półacetalowe formy monosacharydów są pochodnymi piranu (pierścienie sześcioczłonowe) lub furanu (pierścienie pięcioczłonowe). Dla uproszczenia zapisu, szczególnie w przypadku oligosacharydów, wprowadzono zapis form piranozowych i furanozozych cukrów przez dodanie po trójliterowym skrócie cukru litery p lub f (pisanej kursywą). Zamknięcie pierścienia powoduje powstanie dodatkowego asymetrycznego atomu węgla (u aldoz w pozycji 1, u ketoz w pozycji 2) zwanego węglem anomerycznym. pracowanie: M.Wielechowska Wersja

3 Rys Anomeryczne formy monosacharydów Aby przekształcić projekcję Fischera na wzór awortha wykonuje się następujące operacje (na przykładzie glukozy) (Rys. 7.5.): 1. Wzór projekcyjny obraca się o 90 o w prawo; grypy hydroksylowe przy atomach węgla 2 i 4 skierowane do dołu będą znajdować się pod płaszczyzną pierścienia we wzorze awortha, natomiast grupa przy atomie węgla 3 skierowana do góry będzie nad płaszczyzną pierścienia 2. dpowiednio zwinąć łańcuch, aby przyjął kształt pierścienia 3. brót dookoła wiązania Zamknięcie pierścienia przez utworzenie wiązania pomiędzy grupą przy atomie węgla 5 a atomem węgla grupy karbonylowej; operacja ta przekształca węgiel 1 w piąty węgiel asymetryczny; możliwe są dwa położenia grupy względem pierścienia (pod lub nad płaszczyzną pierścienia). Sześcio- i pięcioczłonowe pierścienie nie są strukturami płaskimi. Preferowaną konformacją piranoz jest konformacja krzesłowa, ponieważ stwarza mniejsze zawady przestrzenne niż konformacja łódkowa). Natomiast furanozy najczęściej przyjmują konformację nazywaną kopertową, ponieważ przypomina wyglądem otwartą kopertę (Rys. 7.4 i Rys.7.6) (więcej informacji w [1]). pracowanie: M.Wielechowska Wersja

4 Rys.7.5. Przekształcenie formy liniowej (wzór Fischera) w formę pierścieniową (wzór awortha) Wytworzenie dodatkowego centrum asymetrii powoduje, że cykliczne sacharydy mogą występować jako anomery α (gdzie grupa przy węglu anomerycznym znajduje się pod płaszczyzną pierścienia w stosunku do grupy 2 lub anomery β (grupa przy anomerycznym atomie węgla znajduje się nad płaszczyzną pierścienia w stosunku do 2 ). W roztworach te diastereoizomery mogą się przekształcać jeden w drugi. Po rozpuszczeniu anomeru α w wodzie skręcalność właściwa roztworu wynosi +112 o, a następnie szybko zmniejsza wartość do +52,7 o. β-d-rybofuranoza konformacja kopertowa, -2-endo konformacja kopertowa, -3-endo β-d-galaktopiranoza konformacja krzesłowa konformacja łódkowa Rys Konformacje furanoz i piranoz pracowanie: M.Wielechowska Wersja

5 Analogicznie zachowuje się anomer β. Po rozpuszczeniu w wodzie skręcalność właściwa wynosi +18,7 o i rośnie do +52,7 o. Taka zmiana skręcalności właściwej roztworów sacharydów nazywana jest mutarotacją. Proces ten jest wynikiem równowagi tautomerycznej pomiędzy anomerami α i β tworzącej się w roztworach wodnych (Rys. 7.7.) i przebiega przez stadium formy łańcuchowej. β-d-glukopiranoza ~64% forma łańcuchowa ~0,02% α-d-glukopiranoza ~36% Rys Wzajemne przechodzenie form α- i β-d-glukopiranozy Podstawową formą istnienia cukrów w przyrodzie są glikozydy. Są to pochodne pierścieniowych form monosacharydów, których grupy przy anomerycznych atomach węgla są zastąpione grupami R, SR, NR, NR 2. W zależności od wielkości pierścienia glikozydy nazywane są piranozydami lub furanozydami, a wiązanie pomiędzy węglem anomerycznym a połączoną z nim grupą nazywamy wiązaniem glikozydowym. Wiązanie to może być w położeniu α lub β podobnie jak w formach pierścieniowych (Rys. 7.8.). Glikozyd jest nazwą ogólną, poszczególne cukry tworzą glukozydy (glukoza), fruktozydy (fruktoza), galaktozydy (galaktoza) itd. pracowanie: M.Wielechowska Wersja

6 Rys.7.8. Wiązania glikozydowe Glikozydy są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Zaliczają się do nich w większości oligocukry i wielocukry, gdzie wiązania glikozydowe występują pomiędzy cząsteczkami monocukrów. W naturze występują także glikozydy, w których reszta cukrowa połączona jest z cząsteczkami o innej budowie np. sterolami, terpenoidami. Bardzo często są to związki o bardzo silnym działaniu biologicznym np. glikozydy nasercowe (izolowane z naparstnicy oraz konwalii majowej), saponiny. Najczęściej spotykanymi w przyrodzie N-glikozydami są nukleozydy, czyli podstawowe elementy budulcowe kwasów nukleinowych DNA i RNA. W nukleozydach występujących w DNA wiązanie glikozydowe wytworzone jest pomiędzy atomem azotu zasady (cytozyny, adeniny, tyminy i guaniny), a 2-deoksy-D-rybozą, natomiast w RNA występuje D-ryboza (druga różnica: zamiast tyminy występuje uracyl) (Rys.7.9.) DISAARYDY Rys.7.9. ukry występujące w kwasach nukleinowych Disacharydy są węglowodanami składającymi się z dwóch reszt monosacharydowych, które tworzą się w wyniku reakcji kondensacji. Do disacharydów należą między innymi takie cukry jak: a) maltoza (cukier słodowy) złożona z dwóch reszt glukozowych powiązanych wiązaniem 1,4-α-glikozydowym. α-d-glukopiranozylo-(1 4)-β-D-glukopiranoza (α-d-glcp-(1 4)-β-D-Glcp) (anomer β) Nazywana także cukrem słodowym, ponieważ w dużych ilościach występuje w słodzie (np. kiełkującym jęczmieniu) jako produkt enzymatycznej hydrolizy skrobi. Reakcję hydrolizy skrobi do cząsteczek maltozy katalizuje enzym β-amylaza. Maltoza jest podstawową jednostką strukturalną skrobi, powstaje m. in. w procesie trawienia w przewodzie pokarmowym zwierząt. pracowanie: M.Wielechowska Wersja

7 W ślinie i sokach trawiennych znajduje się także enzym α-maltaza, który hydrolizuje maltozę do dwóch cząsteczek glukozy. Maltoza ma bardzo przyjemny smak i jest 33% słodsza od sacharozy. Stosowana jest w przemyśle farmaceutycznym, poprawia smak leku i ułatwia formowanie tabletek. b) celobioza (jednostka strukturalna celulozy) zbudowana z dwóch reszt glukozowych połączonych wiązaniem 1,4-β-glikozydowym β-d-glukopiranozylo-(1 4)-β-D-glukopiranoza (β-d-glcp-(1 4)-β-D-Glcp) (anomer β) Nie występuje w stanie wolnym w przyrodzie. Powstaje w wyniku hydrolizy celulozy, którą przeprowadza się chemicznie lub enzymatycznie za pomocą enzymu celulazy. Enzym ten produkują tylko organizmy żywiące się celulozą lub żyjące z nimi w symbiozie. W ten sposób przeżuwacze (krowy), za pomocą mikroorganizmów bytujących w przewodzie pokarmowym, przyswajają celulozę. elobioza jest odporna na działanie α-maltazy, ulega hydrolizie do glukozy pod wpływem emulsyny. Enzym ten hydrolizuje wiązania β-glikozydowe. c) laktoza (cukier mlekowy) zbudowana z reszt galaktozy i glukozy połączonych wiązaniem 1,4-β-glikozydowym β-d-galaktopiranozylo-(1 4)-β-D-glukopiranoza(β-D-Galp-(1 4)-β-D-Glcp) (anomer β) Nazywana także cukrem mlecznym, występuje w mleku w stężeniu 4-6%. Została także wykryta w niektórych roślinach, np. pyłku kwiatów forsycji. Laktoza hydrolizowana w środowisku kwaśnym lub enzymatycznie (enzymy emulsyna lub β-d-galatkozydaza) ulega rozszczepieniu do D-glukozy i D-galaktozy. β-d-galatozydaza jest wydzielana w jelicie cienkim ssaków. Jej wytwarzanie stymuluje laktoza, czyli spożywanie mleka i jego przetworów. Wyeliminowanie mleka z jadłospisu powoduje zanik zdolności do wytwarzania tego enzymu. U niektórych ludzi zdolność wytwarzania galaktozydazy zanika samoczynnie. Dlatego spożywanie mleka w takich przypadkach powoduje niepożądane efekty uboczne. Dlatego lepiej jest spożywać mleko fermentowane (zsiadłe mleko, kefir, jogurty, sery), ponieważ zawierają one tylko małe ilości laktozy. d) sacharoza (cukier trzcinowy lub buraczany) zbudowana z reszt glukozy i fruktozy. Wiązanie glikozydowe 1,2 występujące w sacharozie ma konfigurację α względem glukozy i β względem fruktozy. Ponieważ oba anomeryczne atomy węgla zaangażowane są w tworzenie wiązania glikozydowego, sacharoza nie wykazuje właściwości redukujących. pracowanie: M.Wielechowska Wersja

8 α-d-glukopiranozylo-(1 2)-β-D-fruktofuranozyd (α-d-glcp-(1 2)-β-D-Fruf) Występuje prawie we wszystkich roślinach. Produkowana jest w zielonych częściach roślin, głównie liściach, a przechowywana jest jako cukier zapasowy w kwiatach, owocach, nasionach, łodygach i korzeniach. Na skalę przemysłową produkuje się ją z trzciny cukrowej (cukier trzcinowy), buraków cukrowych (cukier buraczany) i syropu klonowego. W wyniku hydrolizy kwasowej lub pod wpływem enzymu (inwertazy) sacharoza ulega rozpadowi do D-glukozy i D-fruktozy. Proces hydrolizy nosi nazwę inwersji. Nazwa ta związana jest ze zmianą znaku skręcalności właściwej roztworu sacharozy poddawanej hydrolizie. Sacharoza po hydrolizie nosi nazwę cukru inwertowanego, często też nazywana jest sztucznym miodem, z uwagi na podobny skład do miodu naturalnego PLISAARYDY Polisacharydy zbudowane są z wielu (setek, a nawet tysięcy) reszt monosacharydowych. Reszty te, podobnie jak w disacharydach, połączone są ze sobą za pomocą wiązań glikozydowych. Polisacharydy można podzielić na dwie główne grupy: wielocukrowce strukturalne oraz zapasowe. Do polisacharydów strukturalnych należą: a) eluloza (błonnik) jeden z najbardziej rozpowszechnionych polisacharydów. W ciągu 1 roku na Ziemi jest syntetyzowane i degradowane ok kg celulozy. eluloza pełni ważne funkcje strukturalne w roślinach i stanowi 10 20% masy suchych liści, 50% drewna, 90% surowej bawełny i włókna lnianego. Łańcuch celulozy składa się z cząsteczek D-glukozy połączonych ze sobą wiązaniami β-1,4-glikozydowymi (Rys ). Tak jest zbudowany dwucukier celobioza. eluloza składa się z n elementów celobiozy i tworzy długie proste łańcuchy. eluloza nie rozpuszcza się w wodzie, ponieważ ułożone równolegle łańcuchy łączą się ze sobą za pomocą wiązań wodorowych, co prowadzi do wytwarzania włókien Rys Fragment łańcuch celulozy b) emicelulozy związki tworzące wspólnie z błonnikiem ściany komórkowe roślin. Stanowią bardzo niejednorodną grupę substancji składających się z reszt ksylozy, arabinozy, galaktozy i mannozy. pracowanie: M.Wielechowska Wersja

9 c) Związki pektynowe stanowią również niejednorodną grupę substancji, które w odróżnieniu od hemiceluloz zbudowane są nie z samych cukrów prostych lecz z ich pochodnych kwasów uronowych. Z pektyn zbudowane są blaszki środkowe, występują one również w matriks pierwotnych ścian komórek roślinnych. d) hityna tworzy ściany komórkowe grzybów oraz pancerze stawonogów. Podstawową jednostką strukturalną chityny jest pochodna glukozy - 2-N-acetyloglukozoamina. Polisacharydy zapasowe to: a) Skrobia jest substancją zapasową roślin występującą w owocach, bulwach, pestkach itp. Na skalę przemysłową otrzymuje się ją z ziemniaków lub kukurydzy. Skrobia nie jest związkiem jednorodnym, mimo że hydroliza prowadzi tylko do D-glukozy. Występuje w dwóch formach: amylozy i amylopektyny, których zawartość zmienia się wraz pochodzeniem rośliny. ba związki różnią się budową i właściwościami. Amyloza zbudowana jest z cząsteczek D-glukozy połączonych wiązaniami α-1,4-glikozydowymi. Tworzy długie proste łańcuchy bez rozgałęzień (Rys ), które w zwijają się w helisę, na jeden skręt helisy przypada 6 jednostek glukozy. Kilka heliakalnych łańcuchów amylozy łączy się dalej w wiązkę tworząc rodzaj liny. Dzięki temu amyloza z jodem tworzy ciemnoniebieskie kompleksy. Rys Fragment łańcucha amylozy W amylopektynie cząsteczki glukozy są połączone wiązaniami α-1,4-glikozydowymi i α-1,6-glikozydowymi. Na jedno wiązanie α-1,6-glikozydowe przypada 30 wiązań α-1,4-glikozydowych. W związku z tym amylopektyna tworzy rozgałęzione struktury (rys ), także zwinięte spiralnie. Tworzy także kompleksy z jodem, ale barwy jasnofioletowej. Skrobia ulega hydrolizie pod wypływem enzymów zawartych w ślinie, wątrobie, trzustce, soku jelitowym, krwi, także w roślinach wytwarzających skrobię. Są to głównie α-amylaza, β-amylaza, glukoamylaza, które przekształcają skrobię początkowo w maltozę, a następnie w glukozę. Rośliny produkujące skrobię magazynują ją w postaci ziaren, które są zabezpieczone przed dostępem enzymów hydrolitycznych. Dopiero podczas np. kiełkowania skrobia staje się dostępna dla enzymów i następuje jej hydroliza. Podobny proces następuje, kiedy źle przechowuje się ziemniaki i inne owoce i warzywa w zimie. Niska temperatura powoduje tworzenie kryształków lodu które niszczą błony organelli i całe komórki, następuje wymieszanie zawartości i zapoczątkowanie hydrolizy. Dlatego też tak przechowywane ziemniaki maja słodkawy smak. pracowanie: M.Wielechowska Wersja

10 wiązanie α 1,6 glikozydowe wiązanie α-1,4-glikozydowe Rys Fragment łańcucha amylopektyny b) Glikogen w organizmie zwierzęcym jest zapasową formą glukozy i jest magazynowany głównie w wątrobie i mięśniach. Większość reszt D-glukozy jest połączona w glikogenie wiązaniami α-1,4-glikozydowymi. Łańcuchy o takiej budowie nie są proste, ale helikalne, zwijają się w kształt helisy. Mniej więcej co 10 reszt glukozy pojawia się rozgałęzienie: wiązanie α-1,6-glikozydowe między dwiema resztami D-glukozy. Glikogen jest polisacharydem bardzo rozgałęzionym i przez to dobrze rozpuszczalnym, dzięki czemu podczas dużego wysiłku jest szybko i wydajnie hydrolizowany do glukozy. c) Inulina jest polisacharydem zbudowanym z około 30 reszt fruktozowych powiązanych wiązaniami β-1,2 glikozydowymi. Jest materiałem zapasowym niektórych roślin, np. dalii, mniszka lekarskiego WYKNANIE ĆWIZENIA Do izolowania, rozdzielania i identyfikacji cukrów i ich pochodnych stosuje się techniki chromatografii bibułowej, cienkowarstwowej i gazowej. Do identyfikacji poszczególnych monoi disacharydów wykorzystuje się charakterystyczne dla nich barwne reakcje wskaźnikowe (Rys. 7.13). dczynniki 1. 1% roztwory wzorcowe cukrów: glukozy, fruktozy, ksylozy, ramnozy, laktozy, sacharozy, skrobi 2. celuloza w proszku 3. 10% roztwór α-naftolu w 96% etanolu 4. 2 S 4 stężony 5. l stężony 6. anilina 7. 3 lodowaty 8. odczynnik Benedicta: w 600 ml gorącej wody rozpuścić 173 g bezwodnego cytrynianu pracowanie: M.Wielechowska Wersja

11 trisodowego i 90 g bezwodnego węglanu sodowego, otrzymany roztwór przesączyć i dodać 100 ml 17,3% roztworu siarczanu miedzi(ii) (us ); uzyskaną w ten sposób mieszaninę uzupełnić wodą do objętości 1 litra 9. 2M l 10. 2M Na 11. odczynnik Barfoeda: rozpuścić 1 g octanu miedzi(ii) w 15 ml 1% kwasu octowego 12. 0,05% roztwór rezorcyny w stężonym l 13. odczynnik jodowy: roztwór a - 10 g jodku potasu rozpuścić w wodzie, dodać 2,5 g krystalicznego jodu i dopełnić wodą do 1000 ml; bezpośrednio przed użyciem (roztwór nietrwały!) 10 ml roztworu a rozcieńczyć 1% roztworem jodku potasu Uwaga! Wszystkie reakcje należy wykonywać dla roztworu badanego (otrzymanego od prowadzących zajęcia) oraz dla roztworów wzorcowych, wymienionych przy poszczególnych reakcjach, wykorzystując schemat zamieszczony na rysunku Rys Schemat identyfikacji mono- i disacharydów pracowanie: M.Wielechowska Wersja

12 WPŁYW KWASÓW NA UKRY ukry ogrzewane z mocnymi kwasami ulegają odwodnieniu z wytworzeniem furfuralu lub jego pochodnych (rysunek 7.14). R R dowolny cukier furfural heksoza R = 2 hydroksymetylofurfural 6-deoksyheksoza R = 3 metylofurfural pentoza R = furfurl Rys Wzory strukturalne furfuralu i jego pochodnych Związki te powstają z różną szybkością w zależności od rodzaju cukru, mogą następnie ulegać kondensacji z fenolami lub aminami aromatycznymi tworząc produkty, których barwa zależy od związku użytego do kondensacji, a często również od rodzaju cukru. dpowiedni dobór odczynników i warunków reakcji (czas i temperatura) pozwala na rozróżnienie poszczególnych rodzajów cukrów. Niektóre reakcje tego typu wykorzystywane są do oznaczeń ilościowych. A. Reakcja Molischa (ogólna reakcja na obecność cukrów) Polega na sprzęganiu α-naftolu z grupą karbonylową odpowiedniego furfuralu utworzonego z danego cukru (rysunek 7.15). Używany w tej próbie kwas siarkowy jest na tyle silnym kwasem, że katalizuje hydrolizę wiązań glikozydowych w wielocukrach (na przykład w celulozie), a powstałe monosacharydy dają pozytywny wynik próby. R 2 S R dowolny cukier furfural R + 2 S 4 R 3 S S 3 Rrodukt kondensacji o barwie fioletowej Rys Schemat przebiegu reakcji Molischa pracowanie: M.Wielechowska Wersja

13 Wykonanie Przygotować 6 suchych probówek. Do pięciu kolejno ponumerowanych odpipetować po 1 ml roztworów: 1 glukozy, 2 sacharozy, 3 fruktozy, 4 skrobi, 5 wody. Do 6 probówki wsypać kilka miligramów celulozy i wlać 1 ml wody. Do wszystkich próbówek dodać 1 kroplę α-naftolu, dokładnie wymieszać, a następnie po ściance probówki dodać 1 ml stężonego kwasu siarkowego. Uwaga! Nie mieszać zawartości próbówek! We wszystkich próbówkach zawierających cukry na granicy warstw roztworu cukru i kwasu siarkowego powstaje po chwili fioletowo zabarwiona obrączka! B. dróżnienie pentoz, metylopentoz, heksoz W próbie na odróżnienie pentoz, metylopentoz, heksoz następuje sprzęganie (kondensacja) utworzonego furfuralu z aniliną, co prowadzi do powstania zasady Schiffa, której barwa zależy od rodzaju badanego cukru. Wykonanie Do trzech probówek odpipetować po 0,5 ml aniliny i 0,5 ml lodowatego kwasu octowego. Zawartość probówek dokładnie wymieszać i ogrzać do wrzenia nad palnikiem. (Uwaga! Należy pamiętać o okularach ochronnych!). Dodać do probówek po jednej kropli cukru: probówka 1 ksylozy, 2 ramnozy, 3 glukozy, a następnie po jednej kropli stężonego kwasu solnego. Zabarwienie czerwone daje ksyloza (z aniliną sprzęga się furfural pentozy), żółtawoczerwone ramnoza (tworzy się metylofurfural metylopentozy). W przypadku glukozy (hydroksymetylofurfural heksozy) żółtawe zabarwienie pojawia się po dłuższym czasie.. dróżnienie aldoz od ketoz (reakcja Seliwanowa) Na podobnej zasadzie oparta jest próba Seliwanowa, ale w odróżnieniu od poprzedniej próby, do kondensacji używa się rezorcyny, a nie α-naftolu lub aniliny. Reakcja ta jest dużo czulsza dla ketoz, które w tych warunkach tworzą łatwiej odpowiednie furfurale i charakterystyczne czerwone zabarwienie pojawia się szybciej. Wykonanie Do trzech ponumerowanych probówek odpipetować po 1 ml odczynnika rezorcynolowego, a następnie dodać po 5-10 kropli roztworów: 1 fruktozy, 2 glukozy i 3 ksylozy. Dokładnie wymieszać. Probówki zanurzyć we wrzącej łaźni wodnej na 30 sekund, a następnie szybko oziębić w strumieniu zimnej wody. Ketozy (np. fruktoza) dają zabarwienie czerwono-różowe, aldozy (glukoza, ksyloza) reagują podobnie, ale po dłuższym ogrzewaniu WŁAŚIWŚI REDUKUJĄE UKRÓW ukry proste i dwucukry z wolną grupą karbonylową (np. maltoza, laktoza) wykazują właściwości redukujące, przejawiające się m.in. zdolnością do redukowania jonów metali ciężkich (u 2+, Ag + ), barwników (fuksyna, kwas pikrynowy). W reakcji z jonami miedzi(ii) grupa karbonylowa utlenia się do grupy karboksylowej, a jony miedzi(ii) redukują się do jonów miedzi(i) i wytrąca się osad tlenku miedzi(i). pracowanie: M.Wielechowska Wersja

14 Przebieg reakcji glukozy z jonami miedzi(ii) przedstawia rysunek u 2+ u D-glukoza kwas D-glukonowy Rys Schemat przebiegu reakcji glukozy z jonami miedzi Łatwo zauważyć, że w tej reakcji utlenieniu ulega grupa aldehydowa. Jak to się więc dzieje, że właściwości redukujące można wykazać nie tylko w przypadku aldoz, ale również ketoz (np. fruktozy), nie posiadających grupy aldehydowej? Jest to możliwe dzięki temu, że α-ketozy i aldozy podlegają wzajemnym przekształceniom, przyspieszanym w alkalicznym środowisku, w procesie tautomeryzacji (Rys. 7.17). 2 2 α Ketoza ketoza - 2 Nietrwały endiol nietrwały endiol epimery aldoz przy -2 A. Redukcja odczynnika Benedicta Rys Równowaga tautomeryczna W środowisku zasadowym mono- i dwucukry redukujące reagują podobnie. Związane jest to faktem, że w środowisku zasadowym tworzenie wewnątrzcząsteczkowego hemiacetalu jest utrudnione i przeważa forma liniowa cukru z wolną grupą karbonylową, zdolna do redukcji jonów pracowanie: M.Wielechowska Wersja

15 miedzi(ii). Wykonanie Do pięciu ponumerowanych probówek wprowadzić po 0,5 ml roztworu cukru: 1 glukozy, 2 fruktozy, 3 ksylozy, 4 i 5 sacharozy. Do probówek 1, 2, 3 i 4 odpipetować po 1 ml odczynnika Benedicta, wymieszać i ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej przez 3 minuty. Do probówki numer 5 dodać 4 krople 2M kwasu solnego, ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej przez 5 minut (hydroliza sacharozy), a następnie roztwór oziębić i zobojętnić dodając 4 krople 2M wodorotlenku sodu. W probówce 5 przeprowadzić reakcję z odczynnikiem Benedicta. W probówkach zawierających cukry redukujące powstaje czerwony osad tlenku miedzi(i). B. dróżnienie monosacharydów od disacharydów redukujących (próba z odczynnikiem Barfoeda) W środowisku słabo kwaśnym zdolność dwucukrów do redukowania jonów metali ciężkich jest znacznie osłabiona (przeważa forma cykliczna bez wolnej grupy karbonylowej), co pozwala na odróżnienie ich od cukrów prostych na podstawie oceny czasu potrzebnego do zajścia reakcji (próba Barfoeda). Wykonanie Do dwóch probówek wprowadzić po 5-10 kropli roztworu cukru: 1 glukozy, 2 laktozy, a następnie do obu dodać po 1 ml odczynnika Barfoeda. Zawartość probówek wymieszać i ogrzewać do wrzenia w łaźni wodnej przez 4-5 minut. W ciągu tego czasu w probówce 1 powstaje osad tlenku miedzi(i). W próbówce 2 osad także się pojawia, ale dopiero po dłuższym ogrzewaniu YDRLIZA SKRBI Skrobia, jak już wspomniano wyżej, składa się z dwóch wielocukrów amylozy i amylopektyny zbudowanych z reszt α-d-glukopiranozy. W reakcji z odczynnikiem jodowym amyloza daje barwę niebieską, a amylopektyna barwę fiołkową. Pod wpływem kwasów amyloza i amylopektyna ulegają stopniowej hydrolizie (przez stadium dekstryn) do maltozy i glukozy. Pośrednimi produktami są: amylodekstryny (zabarwienie z jodem fioletowe), erytrodekstryny (barwa czerwona), achrodekstryny i maltodekstryny oraz maltoza (zabarwienie z jodem nie powstaje). W miarę hydrolizy stopniowo wzrastają właściwości redukujące hydrolizatu. Wykonanie W statywie ustawić dwa szeregi probówek ponumerowanych od 1 do 10. Do pierwszego szeregu odpipetować po 1 ml odczynnika jodowego. W oddzielnej probówce do 5 ml roztworu skrobi dodać 5 ml 2M l i wstawić próbę do wrzącej łaźni wodnej. o 45 sekund przenosić po 5 kropli hydrolizatu do kolejnych probówek obu szeregów (z odczynnikiem jodowym i odpowiedniej pustej). W pierwszym szeregu probówek zawierających jod, zabarwienie w kolejnych probówkach zmienia się z niebieskiego, przez fioletowe, czerwone i brunatne na bezbarwne. ydrolizaty w drugim szeregu probówek zobojętnić dodając po 5 kropli 2M Na, a następnie dodać po 1 ml odczynnika Benedicta i ogrzewać przez 5 minut we wrzącej łaźni wodnej. bserwować coraz wyraźniejszą redukcję odczynnika w kolejnych probówkach PRZEDSTAWIENIE WYNIKÓW pracowanie: M.Wielechowska Wersja

16 Uzyskane podczas wykonanych doświadczeń wyniki należy przedstawić w formie zestawienia (tabela 7.1). Uwaga! Wszystkie reakcje należy wykonywać dla roztworu badanego (otrzymanego od prowadzących zajęcia) oraz dla odpowiednich roztworów wzorcowych. pisać i wyjaśnić zmiany zachodzące podczas hydrolizy skrobi w reakcji z odczynnikiem jodowym i odczynnikiem Benedicta. Tabela 7.1 Reakcja Glc Fru Xyl Rha Molischa Badana próbka 7.5. PRZYKŁADWE PYTANIA I ZADANIA 1. Scharakteryzuj poszczególne klasy węglowodanów. 2. Wyjaśnij, które cukry i dlaczego nazywamy cukrami redukującymi. 3. Narysuj wzór strukturalny sacharozy, laktozy i maltozy. Podaj ich nazwy systematyczne i skrótowe. 4. Wyjaśnij, na czym polega zjawisko mutarotacji. 5. Podaj przykłady reakcji pozwalających na odróżnienie aldoz od ketoz. 6. Wyjaśnij, podając odpowiednie przykłady, pojęcia: enancjomer, epimer, anomer, diastereoizomery. 7. mów budowę skrobi. Podaj produkty pośrednie jej hydrolizy i sposób ich wykrywania. 8. Ile ml stężonego kwasu solnego o stężeniu 36% (gęstość 1,18 g/ml) należy odmierzyć, aby przygotować 150 ml roztworu 2 M? 9. Ile gram Na należy odważyć, aby przygotować 50 ml roztworu 2 M? pracowanie: M.Wielechowska Wersja