CZEŚĆ PIERWSZA REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WĘGLOWODANÓW

Transkrypt

1 ĆWIZENIE 6 ANALIZA JAKŚIWA UKRÓW IDENTYFIKAJA NIEZNANEG UKRU el ćwiczenia: zęść pierwsza: Zapoznanie się z charakterystycznymi barwnymi reakcjami węglowodanów. zęść druga: Analiza jakościowa roztworu cukru ukry analizowane podczas ćwiczenia: glukoza, fruktoza, arabinoza, laktoza, maltoza, sacharoza, skrobia. ZEŚĆ PIERWSZA REAKJE ARAKTERYSTYZNE WĘGLWDANÓW Ćw. 1 Wykrywanie grup becność w cząsteczce kilku grup hydroksylowych związanych z sąsiednimi atomami węgla potwierdza reakcja z wodorotlenkiem miedzi(ii) prowadzona na zimno potwierdza. Pozwala ona wykryć alkohole polihydroksylowe (zawierające co najmniej grupy hydroksylowe w położeniach 1, lub 1,3), gdyż wodorotlenek miedzi(ii) tworzy z nimi związek kompleksowy o barwie szafirowej. Wykonanie: Do 1 ml roztworu 10% Na dodać kilka kropli % roztworu us 4 a następnie zakraplać do wytrąconej zawiesiny roztwór badanego cukru. Powstanie szafirowego zabarwienia świadczy o obecności grup hydroksylowych. Działanie kwasów na cukry grzewanie monosacharydów ze stężonymi kwasami (siarkowym, solnym) powoduje ich odwodnienie. Pentozy przekształcają się w furfural, a heksozy w 5hydroksymetylenofurfural. Najłatwiej odwodnieniu ulegają pentozy, a wśród heksoz ketozy. Dwucukry reagują wolniej niż monosacharydy, a szybciej niż wielocukry. Powstające heterocykliczne aldehydy reagując z różnymi fenolami (naftolem, tymolem, rezorcyną) tworzą barwne produkty. Reakcje ze stężonymi kwasami należą do ogólnych reakcji na węglowodany, ponieważ umożliwiają wykrycie cukru, natomiast nie pozwalają na jego identyfikację. 3 Pentoza Furfural 3 eksoza 5hydroksymetylenofurfural 1

2 Przykłady produktów kondensacji fenoli z furfuralem lub 5hydroksymetylenofurfuralem Fenole i ich pochodne Pochodna cukru lub ( ) Produkty kondensacji Próba Molischa naftol czerwonofioletowy ( ) tymol 3 3 ( ) 3 3 różowy antron zielononiebieski Próba Tollensa floroglucyna ( ) fiołkowowiśniowy Próba Biala 3 orcyna 3 3 zielononiebieski Próba Seliwanowa rezorcyna czerwonowiśniowy ( ) Ćw. Próba Molischa ukry pod wpływem stężonego kwasu siarkowego(vi) ulegają odwodnieniu, a następnie reagują z fenolami tworząc barwne produkty. W przypadku reakcji Molischa wynikiem kondensacji z αnaftolem jest produkt o barwie fioletowej, która zmienia się w ciemnopurpurową. Jest to mało specyficzna reakcja, ponieważ dodatni wynik reakcji otrzymujemy także w obecności aldehydów, acetonu i kwasów mrówkowego, szczawiowego lub cytrynowego. Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 3 krople świeżo sporządzonego 0% roztworu etanolowego naftolu. Po dokładnym zmieszaniu, bardzo ostrożnie po ściankach skośnie ustawionej probówki wprowadzić około 1ml stężonego S 4, tak aby nie zmieszać obydwu roztworów. Powstający na granicy warstw czerwonofioletowy pierścień świadczy o obecności cukru. Uwaga! Wystąpienie zielonego zabarwienia może pochodzić od zanieczyszczeń odczynników i nie jest swoiste dla tej reakcji.

3 Ćw.3 Próba z tymolem Pod wpływem działania stężonego l cukrowce ulegają odwodnieniu i powstają pochodne furfuralowe, które kondensują z tymolem dając barwny produkt o zabarwiniu od czerwonego do brunatnego. Próba tymolowa, tak jak próba Molischa, jest ogólną reakcją na cukry. Wykonanie. Do 1 ml badanego roztworu dodać 4 krople etanolowego roztworu tymolu, wymieszać i dodać ml stężonego l. Podgrzać we wrzącej łaźni wodnej przez około 5 min. W obecności cukru pojawia się czerwona barwa Ćw. 4 Próba Seliwanowa (wykrywanie ketoz) Reakcja Seliwanowa pozwala na odróżnienie ketoz od aldoz i opiera się na różnej szybkości odwadniania tych cukrów. Podczas 1 minutowego ogrzewania we wrzącej łaźni wodnej roztworów cukrów z 1% l ketozy ulegają odwodnieniu i powstaje hydroksymetylenofurfural. W tych warunkach czasowośrodowiskowych aldozy nie ulegają odwodnieniu. Próba ta daje również wynik pozytywny dla wielocukrów zawierających ketozy. Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 1ml rozcieńczonego l i 3 krople etanolowego roztworu rezorcyny. Po zmieszaniu wstawić do wrzącej łaźni wodnej i gotować przez około sekund. W obecności ketoz powstaje czerwonołososiowe zabarwienie. W przypadku aldoz barwa pojawia się po dłuższym czasie. Ćw. 5 Wykrywanie pentoz a) Próba Tollensa z floroglucyną W reakcji kwasu solnego z pentozami powstaje furfural, który tworzy z floroglucyną związek o barwie wiśniowofiołkowej. Natomiast z 5hydroksymetylenofurfuralem powstaje żółty lub brunatny produkt kondensacji. Analogiczny wynik otrzymuje się również z kwasami uronowymi, ulegającymi w tych warunkach dekarboksylacji. Wykonanie: Do 1ml badanego roztworu dodać ml stężonego l i 5 kropel etanolowego roztworu floroglucyny. grzewać na łaźni wodnej. W obecności pentoz powstaje związek o wiśniowofioletowej barwie, a heksoz żółtej lub brązowej. b) Próba Biala Pentozy ogrzewane ze stężonym kwasem solnym odwadniają się do furfuralu, który z orcyną i jonami Fe 3 barwi się na zielono. Próbę tę wykorzystuje się do ilościowego oznaczania rybozy w kwasach nukleinowych. Wykonanie: Do 0,5 ml badanego roztworu dodać ok. 1 ml 0,% roztworu orcyny w 0% l oraz kroplę 1% roztworu Fel 3 i wymieszać. Wstawić probówkę do wrzącej łaźni wodnej. W obecności pentoz powstaje zielononiebieskie zabarwienie produktu kondensacji furfuralu z orcyną. c) dróżnienie papieru gazetowego od bibuły Wykonanie: Nanieść na bibułę i gazetę po kropli stężonego l, a następnie w to samo miejsce nałożyć kroplę floroglucyny. Zapisać obserwacje i uzasadnić otrzymane wyniki. 3

4 Rozcieńczone kwasy nieorganiczne w temperaturze pokojowej wpływają na wzajemne przekształcanie się anomerów i. Natomiast gorące rozcieńczone kwasy hydrolizują wiązania glikozydowe między innymi w disacharydach. Ćw. 6 ydroliza sacharozy Wykonanie: Do ml roztworu sacharozy dodać kilka kropli rozcieńczonego l i ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej przez 7 minut. Następnie roztwór podzielić na próbówki i do jednej z nich wprowadzić 1 ml 10% Na. Do obydwu próbówek wprowadzić po 1 ml roztworu kwasu pikrynowego i zagotować na łaźni wodnej. bserwacje zapisać i uzasadnić otrzymane wyniki. Wpływ zasad na cukry W środowisku obojętnym i kwaśnym cząsteczki cukrów (powyżej 4 atomów ) występują w postaci pierścieniowej. W środowisku zasadowym forma pierścieniowa przechodzi w formę łańcuchową ponieważ rozpada się wiązanie hemiacetalowe. Rozcieńczone wodne roztwory zasad w temperaturze pokojowej powodują przegrupowanie tautomeryczne wokół węgla karbonylowego oraz przyległego do niego atomu węgla do innej aldozy oraz ketozy. Po pewnym czasie ustala się równowaga między trzema cukrami. W reakcjach tych uczestniczą formy enolowe zwane endiolami. Glukoza przekształca się wówczas w mannozę i fruktozę (posiadają wspólną formę endiolową) i te trzy cukry znajdują się w stanie równowagi (ćw. 7). Monosacharydy spokrewnione ze sobą przez wspólną formę endiolową tworzą ten sam osazon (ćw. 15). W obecności stężonych zasad wiązanie enolowe może się przemieszczać w inne pozycje łańcucha węglowego. Podczas ogrzewania cukru ze stężonymi zasadami dochodzi do rozerwania wiązania enolowego. Tworzą się dwu i trzywęglowe fragmenty o właściwościach silnie redukujących oraz produkty ich polimeryzacji (ciała żywicowate). ligo i polisacharydy w których grupy aldehydowe są zablokowane wiązaniami glikozydowymi charakteryzują się dużą opornością na działanie zasad (ćw. 8). Wolne grupy aldehydowe i ketonowe cukrów wykazują w środowisku alkalicznym właściwości redukujące (ćw. 9, 10, 11). Aktywna w tych warunkach forma aldehydowa (lub ketonowa po enolizacji do formy aldehydowej) redukuje jony metali ciężkich jony miedzi z na 1 (próba Benedicta i Fehlinga), jony bizmutu z 3 na 0 (próba Nylandera), a jony srebra z 1 na 0 stopień utlenienia (próba Tollensa). Podczas redukcji jonów metali aldozy utleniają się do odpowiednich kwasów aldonowych. us 4 Na u() Na S 4 K K u() u Na Na K Na u K Na u glukoza kwas glukonowy 4

5 Utlenianie ketoz, jest procesem bardziej złożonym, bowiem jego produktem jest mieszanina kwasów. fruktoza 4[] 3 kwas kwas mrówkowy szczawiowy kwas winowy kwas trihydroksyglutarowy Dla przeprowadzenia prób redukcyjnych przygotowuje się odpowiednią mieszaninę reakcyjną. W tym celu w próbie Fehlinga do siarczanu (VI) miedzi (II) dodaje się roztworu Na, a w próbie Benedicta węglanu sodu. Powstający w środowisku zasadowym wodorotlenek miedzi (I) może wytrącić się w postaci koloidalnej zawiesiny, aby temu zapobiec dodaje się związków kompleksujących jony u (w próbie Fehlinga winian sodowo potasowy, a w próbie Benedicta cytrynian trójsodowy). ukry w środowisku zasadowym mogą redukować nie tylko jony metali ciężkich, ale również inne związki, np. kwas pikrynowy, błękit metylenowy. Dodatni wynik próby na właściwości redukujące nie zawsze świadczy o obecności cukru w roztworze, ponieważ posiadają je także inne związki, np. chloroform, kreatynina. Ćw. 7 Epimeryzacja heksoz Wykonanie: Do dwóch próbówek (nr 1 i ) odmierzyć po 0,5 ml roztworu glukozy, do trzeciej próbówki (nr 3) odmierzyć 0,5 ml roztworu fruktozy. Do próbówek nr 1 i 3 wprowadzić po 0,5 ml roztworu 0,01M Na!!!!!!, natomiast do próbówki nr 0,5 ml wody destylowanej. Próbówki ogrzewać przez 5 minut we wrzącej łażni wodnej. Po ochłodzeniu do każdej próbówki dodać 1 ml 1ml rozcieńczonego l i 3 krople etanolowego roztworu rezorcyny. Po zmieszaniu wstawić do wrzącej łaźni wodnej i gotować przez około sekund. Ćw. 8 Próba Moora. Zapisać obserwacje i uzasadnić otrzymane wyniki. Spróbować zapisać zachodzące w roztworze reakcje na wzorach. Reakcja pozwala na wykazanie różnicy z zachowaniu cukrów prostych, disacharydów i polisacharydów w obecności stężonych, gorących zasad. Podczas ogrzewania cukru ze stężonymi zasadami dochodzi do rozerwania wiązania enolowego i powstania dwu i trzywęglowych fragmentów o właściwościach silnie redukujących oraz produkty ich polimeryzacji (ciała żywicowate), a roztwór przybiera barwę brunatnoczerwoną i ma zapach przypalonego karmelu. Negatywny wynik obserwuje się w przypadku dwucukrów nieredukujących i polisacharydów. Wykonanie: Do 1 ml roztworu cukru (glukoza, sacharoza, maltoza lub laktoza, skrobia) dodać 1 ml 10% Na i ogrzewać przez 5 minut na wrzącej łaźni wodnej. Zapisać obserwacje i wyciągnąć wnioski z doświadczenia. Ćw. 9 Próba Benedicta W tej reakcji jony miedzi zmieniają stopień utlenienia z na 1. analogicznie jak w próbie Fehlinga. dczyn Benedicta jest jednak od niej bardziej swoisty i czuły, dlatego stosuje się 5

6 go do wykrywania cukrów w moczu. W zależności od stężenia cukrów rozwór może przybierać różne odcienie zieleni lub kolor pomarańczowy. Zielone zabarwienie jest wynikiem nakładania sie pomarańczowej barwy zawiesiny u z niebieskim zabarwieniem odczynnika. Barwa sad Stężenie cukru [%] niebieska brak 0 zielona brak 0,1 0,3 zielona osad 0,5 żółtozielona osad 1,0 pomarańczowa osad 1,5 czerwona osad >,0 Wykonanie: Do 1 ml odczynnika Benedicta dodać 38 kropli badanego roztworu i wstawić na 3 minuty do wrzącej łaźni wodnej. dczynnik Benedicta: 173 g cytrynianu sodu i 90 g bezwodnego węglanu sodu rozpuścić w 60 ml gorącej wody. Po przesączeniu roztworu, do przesączu dodać 100 ml 17,3% roztworu us 4 x 5. Mieszaninę uzupełnić w kolbie miarowej do 1000 ml. Ćw. 10 Reakcja z kwasem pikrynowym ukry w środowisku zasadowym redukują. kwas pikrynowy (pikrynian sodu), który w tych warunkach tworzy czerwony pikraminian sodu. N Na N N pikrynian sodu glukoza N Na N N pikraminian sodu kwas glukonowy Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 1 ml nasyconego roztworu kwasu pikrynowego i 0,5 ml 10% roztworu Na i wstawić na wrzącą łaźnię wodną. Powstające czerwone zabarwienie pochodzące od pikraminianu sodu potwierdza obecność w próbie cukru redukującego. Ćw. 11 Reakcja z błękitem metylenowym Błękit metylenowy pod działaniem czynników redukujących np. cukrów przyłącza atomy wodory i ulega redukcji do bezbarwnych pochodnych, które łatwo mogą oddawać przyłaczone wodory innym akceptorom, np. tlenowi z powietrza, powracając do stanu bezbarwnego. Wykonanie. Do ml wody destylowanej dodać 4 krople 0,1% wodnego roztworu błękitu metylenowego i kroplę 10% Na. grzać probówkę we wrzącej łaźni wodnej przez około 1 min, następnie dodać około 1 ml roztworu cukru i ogrzewać. W obecności cukrów redukujących zanika niebieska barwa roztworu, co jest spowodowane redukcją błękitu metylenowego do bezbarwnego leukozwiązku. Ponowne pojawienie się niebieskiej barwy można spowodować, wstrząsając kilkakrotnie probówką z odbarwionym płynem. Zachodzi wówczas utlenianie zredukowanego związku tlenem z powietrza. 6

7 Ćw. 1 Próba Barfoeda Wzrost stężenia jonów wodorowych powoduje zmniejszenie zdolności redukcyjnych węglowodanów, co pozwala na odróżnienie cukrów prostych od disacharydów redukujących. Reakcję tę prowadzi się w środowisku kwaśnym (rozcieńczony kwas mlekowy lub octowy), stosując niskie stężenia cukrów i krótki czas ogrzewania, który zapewnia pozytywny wynik jedynie dla monosacharydów. Przy dłuższym ogrzewaniu disacharydy również ulegają hydrolizie dając także wynik dodatni próby. Wykonanie: Do 0,5 ml badanego roztworu dodać 1 ml odczynnika Barfoeda i ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej przez 3 minuty. Jeżeli po tym czasie nie wytrącił się osad probówkę ponownie umieścić na łaźni wodnej i ogrzewać kolejnych 10 minut. Pojawienie się czerwonego osadu u w próbie po 3 min. ogrzewania potwierdza obecność monosacharydu, a gdy powstaje on po kilkunastu minutach dowodzi obecności disacharydu redukującego. Ćw. 13 Próba Wöhlkego Reakcje charakterystyczne dla poszczególnych cukrów grzewając roztwór laktozy lub maltozy z amoniakiem w obecności K powstaje czerwone zabarwienie. Natomiast glukoza lub fruktoza tworzą żółtobrązowy produkt. Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 1 ml stężonego roztworu amoniaku i 3 krople 3% K. Wstawić do wrzącej łaźni wodnej na kilka minut. Ćw. 14 Reakcja skrobi z jodem Reakcja skrobi lub glikogenu z jodem polega na adsorpcji jodu, który wnika do kanału utworzonego przez spiralnie skręcone łańcuchy polisacharydowe i jest przytrzymywane przez tlen przy pierwszym i czwartym atomie węgla każdej cząsteczki glukozy. Wytwarza się więc łańcuch drobin jodu, wzdłuż którego mogą przemieszczać się elektrony, co powoduje pochłanianie światła przez układ. Skrobia po adsorpcji cząsteczek jodu barwi się na kolor ciemnoniebieski. bserwowana barwa zależy od budowy i stopnia rozgałęzienia łańcucha polisacharydu, a więc reakcja jodu z amylozą powoduje powstanie niebieskiego produktu, a z amylopektyną fioletowego. Glikogen barwi się z jodem na czerwono. grzewanie skrobi z rozcieńczonymi kwasami prowadzi do hydrolizy wiązań glikozydowych i powstania wraz z czasem trwania tego procesu odpowiednio: amylodekstryny barwiącej się z jodem na fioletowo, erytrodekstryny czerwono i achrodekstryny nie barwiącej się z jodem. Końcowymi produktami hydrolizy kwaśnej tych wielocukrów są maltoza i glukoza. pierścień glukozy cząsteczki jodu Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 3 krople J w KJ. W obecności skrobi powstaje ciemnoniebieskie zabarwienie. trzymywanie osazonów ukry tworzą z fenylohydrazyna żółte, trudno rozpuszczalne w wodzie osazony, które różnią sie formami kryształów i temperaturą topnienia, co pozwala na identyfikacje różnych cukrów. Fenylohydrazyna kondensuje z wolną grupą aldehydową lub ketonową, dlatego też związki te mogą powstawać tylko w reakcji z cukrami redukującymi. Ponieważ cukry w roztworach występują przeważnie w postaci pierscieniowej, w której grupa karbonylowa jest zablokowana, konieczne jest rozerwanie mostka tlenowego, proces ten zachodzi w środowisku zasadowym. Niektóre organiczne zasady m.in. fenylohydrazyna mogą powodować otwarcie pierścienia w mono i dwucukrach. W pierwszym etapie 7

8 reakcji z fenylohydrazyna tworzy sie fenylohydrazon, w wyniku dalszej reakcji z dwiema cząsteczkami fenylohydrazyny powstaje osazon. ukry różniące sie tylko ugrupowaniami przy 1 i, np. glukoza, fruktoza i mannoza dają w związku z tym identyczne osazony. Ćw. 15 trzymywanie osazonu Wykonanie: Do probówek wprowadzić po 1,5 ml roztworu badanych cukrów oraz 50 mg mieszaniny chlorowodorku fenylohydrazyny i octanu sodu (w stosunku wagowym :3). Próby wstawić do wrzącej łaźni wodnej na 45 min., a następnie wyjąć i chłodzić w zlewce z zimna woda pozostawiając do powolnej krystalizacji (około godziny). sad kryształów przenieść na szkiełko podstawowe i obejrzeć pod mikroskopem. Wykonać rysunki kryształów badanych osazonów Po przeprowadzeniu opisanych reakcji obserwacje i wnioski należy opisać. Ćw. 1 Wykrywanie grup (glukoza, fruktoza, woda) Ćw. Próba Molischa (glukoza, sacharoza, skrobia) Ćw.3 Próba z tymolem (glukoza, sacharoza, skrobia) Ćw. 4 Próba Seliwanowa wykrywanie ketoz (glukoza, fruktoza, sacharoza, laktoza) Ćw. 5 Wykrywanie pentoz a) Próba Tollensa z floroglucyną (arabinoza, glukoza, fruktoza) b) Próba Biala (arabinoza) c) dróżnienie papieru gazetowego od bibuły (podane w instrukcji) Ćw. 6 ydroliza sacharozy Ćw. 7 Epimeryzacja heksoz (podane w instrukcji) Ćw. 8 Próba Moora (podane w instrukcji) Ćw. 9 Próba Benedicta (glukoza, sacharoza, laktoza) Ćw. 10 Reakcja z kwasem pikrynowym (glukoza, sacharoza, laktoza) Ćw. 11 Reakcja z błękitem metylenowym (glukoza) Ćw. 1 Próba Barfoeda (glukoza, sacharoza, laktoza) uwzględnić wyniki po 3 i 15 min. Ćw. 13 Próba Wöhlkego (glukoza, laktoza) Ćw. 14 Reakcja skrobi z jodem (skrobia) Ćw. 15 trzymywanie osazonu Zagadnienia do ćwiczeń 1. Węglowodany definicja, wzór ogólny i podział.. Właściwości węglowodanów. 3. Pentozy i heksozy występowanie, wzory łańcuchowe i pierścieniowe rybozy, deoksyrybozy, glukozy, fruktozy, arabinozy, ksylozy 4. Powstawanie furfuralu i hydroksymetylofurfuralu 5. Dichasarydy i polisacharydy przykłady, właściwości. 6. Reakcje barwne pozwalające wykrywać różne cukry. 7. ukry posiadające właściwości redukujące przykłady. 8. Definicje: racemat, anomeria, węgiel chiralny, mutarotacja, enancjomery, diastereoizomery, epimery, glikozydy, wiązanie glikozydowe, szereg konfiguracyjny D i L. 8

9 ZEŚĆ DRUGA IDENTYFIKAJA NIEZNANEG UKRU W RZTWRZE trzymany roztwór/roztwory cukru zidentyfikować przeprowadzając kolejne reakcje, w oparciu o schemat analizy cukrów. Wyniki przeprowadzonych reakcji podczas identyfikacji cukru wraz z wnioskami opisać w załączonej tabeli. PRÓBA MLISA PRÓBA Z JDEM Skrobia PRÓBA BENEDITA PRÓBA SELIWANWA PRÓBA BARFEDA Sacharoza PRÓBA TLLENSA Z FLRGLUYNĄ PRÓBA WLKEG Ksyloza Glukoza Galaktoza Fruktoza Laktoza Maltoza PRÓBA SELIWANWA Fruktoza Glukoza Galaktoza 9

10 WĘGLWDANY ANALIZA JAKŚIWA Imię i Nazwisko Grupa... Data... Reakcja/Próba Roztwór do analizy nr... WYNIK PRÓBY BSERWAJE WNISKI Próba Molischa Próba z jodem Analizowanym roztworem cukrowca jest:. 10

11 Reakcja/Próba Roztwór do analizy nr... WYNIK PRÓBY BSERWAJE WNISKI Próba Molischa Próba z jodem Analizowanym roztworem cukrowca jest:. 11