ANALIZA JAKOŚCIOWA CZĘŚĆ DRUGA. I. Wprowadzenie teoretyczne

Transkrypt

1 AALIZA JAKŚIWA ZĘŚĆ DUGA I. Wprowadzenie teoretyczne ZWIĄZKI ZAWIEAJĄE ATMY AZTU AMIY Aminy można uważać z pochodne amoniaku, w którym jeden lub kilka atomów wodoru zostało zastąpionych resztami alkilowymi lub arylowymi. Aminy są klasyfikowane na podstawie liczby podstawników alkilowych lub arylowych związanych z atomem azotu: AMIY: I-rzędowa II-rzędowa III-rzędowa Aminy mogą występować w postaci gazowej, ciekłej lub stałej. Aminy odznaczają się charakterystycznymi zapachami, często podobnymi do zapachu amoniaku lub ryb. iskocząsteczkowe aminy alifatyczne, podobnie jak amoniak, rozpuszczają się dobrze w wodzie, źle zaś w organicznych rozpuszczalnikach niepolarnych. Aminy zawierające rodniki alifatyczne o długim łańcuchu węglowym lub aromatyczne o większej masie cząsteczkowej są w wodzie praktycznie nierozpuszczalne. Aminy wykazują charakter zasadowy i to w przypadku amin alifatycznych nieco silniejszy aniżeli ich substancja macierzysta, jaką jest amoniak. Wolna para elektronowa atomu azotu w aminach warunkuje jej właściwości elektronodonorowe (zasadowość oraz nukleofilowość) i określa zdolności do reagowania z kwasami Lewisa. Silny charakter zasadowy amin alifatycznych, większy niż amoniaku, wynika z obecności grup alkilowych przy atomie azotu. Grupy te wykazują dodatni efekt indukcyjny, a więc odpychają od siebie elektrony zwiększając gęstość elektronową na atomie azotu. Aminy tworzą z kwasami sole amoniowe. Większość tych soli odznacza się wyraźną formą krystaliczną, dzięki czemu służyć mogą do wyodrębniania, charakterystyki i identyfikowania amin. 3 2 l 3 l chlorek metyloamoniowy (chlorowodorek metyloaminy) Aminy alifatyczne reagują nie tylko z kwasami, lecz również wymuszają dysocjację wody. Wytworzony jon - powoduje, że roztwory amin posiadają odczyn alkaliczny i barwią papierek uniwersalny na kolor niebieski lub zielony. Powstający wodzian aminy jest analogiczny do wodzianu amoniaku wodzian aminy 1

2 Aminy aromatyczne są bardzo słabymi zasadami i nie barwią papierka uniwersalnego, nie powodują dysocjacji wody, jednak w roztworach wodnych w reakcji z mocnymi kwasami tworzą sole. Zasadowy charakter amin jest najwyraźniejszy w przypadku drugorzędowych amin alifatycznych, a najsłabszy w przypadku trzeciorzędowych amin aromatycznych. Badanie rzędowości amin -- 2 > 3 > Ar2 > Ar--Ar > Ar--Ar Ar 1. eakcja z kwasem azotowym(iii) Kwas azotowy(iii) działa na aminy w sposób bardzo charakterystyczny, dzięki czemu możemy określić ich rzędowość. Aminy alifatyczne I rzędowe pod jego wpływem tworzą, nawet w niskich temperaturach, alkohole i wydzielają azot oraz wodę. Drugorzędowe aminy alifatyczne tworzą -nitrozoaminy (substancje nierozpuszczalne w wodzie, o charakterze oleistych cieczy), natomiast alifatyczne aminy III rzędowe nie reagują z kwasem azotowym(iii) ( 3 ) 2 2 ( 3 ) 3 2 X ( 3 ) 2 -= 2 -nitrozoamina Kwas azotowy(iii) działa również specyficznie na aminy aromatyczne zwłaszcza na I rzędowe, dając sole diazoniowe, które po lekkim ogrzaniu przekształcają się w fenole wydzielając wolny azot. 2 l 2l a 2 al 2 2 chlorek benzodiazoniowy 2 2 T 2 3 Te same sole diazoniowe w obniżonej temperaturze (0 ) i zasadowym środowisku ulegają reakcji sprzęgania z fenolami lub aminami aromatycznymi tworząc barwne związki azowe. l 2 l Uwaga: Grupa azowa jest silnym chromoforem, a połączona z dwoma rodnikami arylowymi tworzy trwałe azozwiązki charakteryzujące się bogatą paletą barw (od żółtej do czarnej). Większość barwników azowych posiada zabarwienie czerwone lub zbliżone do czerwonego (żółtopomarańczowe, pomarańczowe, czerwone, purpurowe, bordowe). Jest to ważna cecha 2

3 rozpoznawcza barwników azowych. dpowiednią barwę otrzymuje się stosując różne kombinacje soli diazoniowych, amin oraz fenoli o różnej budowie. Barwniki azowe zawierają również inne polarne grupy, pogłębiające barwę, zapewniające rozpuszczalność w wodzie i poprawiające wiązanie się barwnika z barwionym materiałem. Barwniki azowe pod wpływem kwasów i zasad zmieniają barwę i niektóre z nich mogą być wykorzystywane jako wskaźniki kwasowo-zasadowe forma anionowa (odmiany mezomeryczne) b. purpurowa SUDA IV forma obojętna b. czerwonopomarańczowa Drugorzędowe aminy aromatyczne w reakcji z 2 dają żółto zabarwione, oleiste -nitrozoaminy. 2 2 forma kationowa b. niebieska 3 3 atomiast III-rzędowe aminy aromatyczne w reakcji z kwasem azotowym(iii) tworzą barwne pochodne p-nitrozowe Kwas azotowy(iii) nie działa na heterocykliczne zasady III-rzędowe (pirydyna, pirymidyna itp.) 2. eakcja z ninhydryną Inną reakcją, która pozwala na rozróżnienie rzędowości amin jest reakcja z ninhydryną. inhydryna (wodzian triketoindanu) reaguje na zimno z I-rzędowymi aminami alifatycznymi z wytworzeniem fioletowego barwnika tzw. purpury uhemanna. Jest to bardzo czuła reakcja, stosowana do wykrywania minimalnych ilości amin i aminokwasów. 3

4 purpura uhemanna Drugorzędowe aminy alifatyczne reagują z ninhydryną po ogrzaniu z wytworzeniem związków o zabarwieniu żółtym, brązowym lub bordowym. Budowa większości tych związków nie jest znana. Trzeciorzędowe aminy alifatyczne nie reagują z ninhydryną, nie reagują z nią też żadne aminy aromatyczne. 3. eakcja z odczynnikiem khumy eakcja khumy jest reakcją charakterystyczną trzeciorzędowych amin alifatycznych. dczynnik khumy otrzymywany jest przez rozpuszczenie na gorąco 1 g kwasu cytrynowego w 100cm 3 bezwodnika octowego. hemizm reakcji nie jest znany, powstają połączenia o barwie czerwonej. ZWIĄZKI ITWE Związki nitrowe są to pochodne związków organicznych, które posiadają grupę 2 połączoną z atomem węgla łańcucha alifatycznego lub aromatycznego. Związki nitrowe są izomerami strukturalnymi estrów kwasu azotowego(iii) nitroetan azotan(iii) etylu W zależności od charakteru fragmentu węglowodorowego, z jakim jest związana grupa nitrowa, związki nitrowe dzielimy na alifatyczne i aromatyczne. Ze względu na rzędowość atomu węgla odróżniamy związki nitrowe I-rzędowe, II-rzędowe oraz III-rzędowe. Aromatyczne nitrozwiązki mogą być tylko III-rzędowe. Strukturę grupy nitrowej można przedstawić następującymi wzorami granicznymi struktur mezomerycznych: czyli formy mezomeryczne ysując wzory związków nitrowych powinno się stosować te właśnie formy rezonansowe w celu przedstawienia grupy nitrowej. 4

5 Związki nitrowe alkanów otrzymuje się stosunkowo trudno. eaktywność atomów węgla alkanów w bezpośrednim nitrowaniu jest zależna od rzędowości i zmienia się następująco: III-rzędowe > II-rzędowe > I-rzędowe Alifatyczne nitrozwiązki ulegają następującym reakcjom chemicznym: 1. redukcji wodorem in statu nascendi w środowisku kwaśnym dając początkowo hydroksyloaminy, a następnie odpowiednie aminy z mocnymi zasadami tworząc sole rozpuszczalne w wodzie; właściwość ta jest wykorzystywana w celu ustalenia rzędowości związków nitrowych. Alifatyczne związki nitrowe I- i II-rzędowe są obojętne, jednak można je zaliczyć do mocnych kwasów. Są zdolne do tautomerii i mogą występować w formie nitro oraz aci. Związki nitrowe III-rzędowe (w tym aromatyczne) nie tworzą soli z metalami. Me Me forma "nitro" forma "aci" sól 3. kondensacji typu aldolowego z połączeniami karbonylowymi, szczególnie z aldehydami; nitroalkany I- i IIrzędowe przekształcają się w odpowiednie nitroalkohole z kwasem azotowym(iii), co pozwala ustalić rzędowość nitrozwiązku. I-zędowe nitroalkany pod wpływem 2 dają kwasy nitrolowe o barwie błękitnej, która pod wpływem zasad ulega zmianie na czerwoną. Związki IIrzędowe pod wpływem 2 tworzą pseudonitrole nierozpuszczalne w alkaliach, posiadające barwę błękitną lub błękitnozieloną. 2 związek nitrowy I-rzędowy kwas nitrolowy a sól sodowa kwasu nitrolowego czerwona 2 związek nitrowy II-rzędowy niebieski związek pseudonitrolowy 5

6 5. chlorowaniu w łańcuchu bocznym; uprzywilejowaną pozycją jest pozycja α względem grupy nitrowej. Aromatyczne związki nitrowe otrzymuje się głównie w wyniku bezpośredniego nitrowania. eakcja zachodzi łatwo, co jest charakterystyczną cechą związków aromatycznych. Do nitrowania używa się zazwyczaj mieszaniny 2S 4 i 3 (tzw. mieszanina nitrująca). Podstawienie grupy nitrowej zachodzi w pierścieniu aromatycznym według mechanizmu substytucji elektrofilowej. Grupa nitrowa jest podstawnikiem drugiego rodzaju (silnie elektronegatywna), dlatego też w dalszej substytucji pierścienia benzenowego kieruje następny podstawnik w położenie meta. becność grup nitrowych obok innych grup funkcyjnych w cząsteczkach innych związków wpływa modyfikująco na ich właściwości chemiczne. W chlorowconitrozwiązkach atom chlorowca łatwo ulega odszczepieniu i wymianie na azot lub siarkę. Fenolowa grupa w nitrofenolach zwiększa swoją stałą dysocjacji (nitrofenole są dość mocnymi kwasami). Grupa S 3 w pochodnych sulfonowych, podobnie jak chlorowiec, łatwo ulega odszczepieniu. Mononitrozwiązki alifatyczne są bezbarwnymi lub jasnożółtymi cieczami. itrozwiązki aromatyczne, z małymi wyjątkami (nitrobenzen, o-, m-nitrotoluen, nitroksyleny) są ciałami stałymi nierozpuszczalnymi w wodzie, o dość charakterystycznym zapachu. Polinitrozwiązki aromatyczne są intensywnie zabarwionymi na żółto ciałami krystalicznymi. iekłe nitrozwiązki silnie załamują światło. Wykrycie grupy nitrowej w związkach aromatycznych polega na jej redukcji. W zależności od warunków reakcji mogą powstać -arylohydroksylaminy lub aminy aromatyczne. Ze względu na łatwość wprowadzenia grup - 2 do układów aromatycznych redukcja nitrozwiązków znalazła szerokie zastosowanie do laboratoryjnego i przemysłowego otrzymywania amin aromatycznych. Do najczęściej stosowanych środków redukujących należą metale (zwłaszcza żelazo metaliczne oraz na 2 stopniu utlenienia), Snl 2 oraz wodór w obecności katalizatorów (Pt, Pd, i). 2 6Fe() Fe() e -, 2 2e -, 2 2e -, nitrobenzen nitrozobenzen fenylohydroksyloamina anilina itrozwiązki w reakcji z aminami aromatycznymi tworzą połączenia kompleksowe o zabarwieniu żółtopomarańczowym. 6

7 WĘGLWDAY, AMIKWASY, BIAŁKA, LIPIDY, STEIDY WĘGLWDAY Węglowodany (cukry, sacharydy) są związkami pochodzenia naturalnego, w większości przypadków ich struktura daje wyrazić się wzorem ogólnym n( 2) m. Aby zaliczyć dany związek do węglowodanów należy brać pod uwagę jego właściwości chemiczne i biologiczne. ajbardziej ogólny podział cukrów przewiduje wyodrębnienie dwóch klas związków: 1. cukry właściwe węglowodany, 2. związki cukropodobne substancje pektynowe, hemicelulozy, gumy roślinne itp. Można powiedzieć, że węglowodany są polihydroksyaldehydami i polihydroksyketonami, lub substancjami dającymi tego typu związki w wyniku hydrolizy. Węglowodany obejmują bardzo liczną grupę związków o różnych właściwościach. ależą tu związki drobno- i wielkocząsteczkowe, dobrze rozpuszczalne jak i praktycznie nie rozpuszczalne w wodzie, o smaku słodkim i bez smaku, hydrolizujące i nie hydrolizujące. Węglowodany dzielimy zasadniczo na trzy typy: 1. monosacharydy (jednocukry, cukry proste), które nie ulegają hydrolizie do prostszych cząsteczek; struktura odpowiada z reguły wzorowi n 2n n, gdzie n = 2,3,4,...10; 2. oligosacharydy (wielocukry proste), czyli pochodne monosacharydów, zawierające wiązanie glikozydowe (acetalowe); w skład jednej cząsteczki oligosacharydu może wchodzić od 2 do 9 cząsteczek monosacharydów; 3. polisacharydy (wielocukry złożone), makrocząsteczki o budowie podobnej do oligosacharydów; w wyniku hydrolizy dają wielką liczbę cząsteczek monosacharydów. Monosacharydy Monosacharydy (jednocukry) są to polihydroksyaldehydy lub polihydroksyketony. Dzielimy je w zależności od: a. liczby atomów węgla w cząsteczce na: triozy, tetrozy, pentozy, heksozy, itd., b. obecności grupy funkcyjnej na: aldozy posiadające grupę aldehydową, ketozy zawierające grupę ketonową. Poniżej przedstawione są wzory i nazwy monosacharydów należących do szeregu D (konfiguracja podstawników na ostatnim asymetrycznym atomie węgla w cząsteczce jest taka jak w aldehydzie D-glicerynowym). Pentozy i heksozy mają największe znaczenie wśród monosacharydów. ALDZY D-erytroza D-treoza KETZY D-erytruloza PETZY 7

8 D-ryboza D-arabinoza D-ksyloza D-liksoza D-rybuloza D-ksyluloza D-alloza D-altroza D-glukoza D-mannoza EKSZY D-psikoza D-fruktoza D-sorboza D-tagatoza D-guloza D-idoza D-galaktoza D-taloza Monosacharydy występują głównie w formie pierścieniowej dzięki tworzeniu się wewnątrzcząsteczkowego wiązania hemiacetalowego pomiędzy grupą karbonylową i jedną z grup hydroksylowych. Pięcio- i sześcioczłonowe cykliczne hemiacetale są szczególnie trwałe, stąd węglowodany istnieją jako mieszanina form cyklicznych i łańcuchowych pozostających ze sobą w równowadze. Dla pięcioczłonowej formy pierścieniowej cząsteczki cukru przyjęto określenie furanoza, natomiast dla formy sześcioczłonowej piranoza. ba określenia pochodzą od cyklicznych eterów: furanu i piranu. Projekcje awortha -D-glukopiranoza -D-fruktofuranoza -D-fruktopiranoza -D-galaktopiranoza Projekcje Fischera 2 Utworzenie ugrupowania hemiacetalowego skutkuje także utworzeniem dodatkowego centrum stereogenicznego w cząsteczce cukru. Karbonylowy atom węgla, pierwotnie o hybrydyzacji sp 2, staje się atomem tetraedrycznym o hybrydyzacji sp 3, połączonym z czterema różnymi atomami. W zależności od konfiguracji podstawników przy tym właśnie atomie węgla, możemy mieć do czynienia z anomerem α lub β pierścieniowej formy cukru. bie formy różnią się skręcalnością właściwą [α] D oraz, nieznacznie, temperaturą topnienia. Anomery w roztworze wodnym ulegają mutarotacji, następuje odwracalne otwarcie pierścienia i odtworzenie grupy karbonylowej, po czym zachodzi ponowne zamknięcie pierścienia, często z odwróceniem konfiguracji na hemiacetalowym (anomerycznym) atomie 8

9 węgla. Prowadzi to powstania mieszaniny anomerów, pozostających wobec siebie w równowadze, a przez to do zmiany skręcalności roztworu cukru. Proces ten zachodzi powoli w obojętnym p, ale jest katalizowany zarówno przez kwasy jak i zasady. -D-glukopiranoza 36% [ ] D = 112,2 0 anomeryczny at. D-glukoza -D-glukopiranoza 64% [ ] D = 18,7 0 anomeryczny at. [ ] D roztworu w rownowadze = 36% x (112,2 0 ) 64% x (18,7 0 ) = 52,36 0 Właściwości chemiczne cukrów wynikają z faktu, że związki te są jednocześnie aldehydami lub ketonami oraz alkoholami. Z obecnością grup hydroksylowych wiąże się zdolność cukrów do tworzenia estrów, z których duże znaczenie mają estry fosforanowe. Estry te biorą udział w katabolicznych i anabolicznych przemianach cukrów. Z obecnością grup karbonylowych wiąże się zdolność cukrów do enolizacji. Pod wpływem rozcieńczonych zasad ketozy i aldozy ulegają wzajemnej izomeryzacji z wytworzeniem pośrednich form endiolowych. Proces ten nazywany jest epimeryzacją, a cukry w nim uczestniczące - epimerami. W środowisku zasadowym epimery pozostają ze sobą w równowadze. - - D-fruktoza endiol D-glukoza Przemiany tego typu zachodzą również w komórkach roślinnych i zwierzęcych, katalizowane są przez enzymy epimerazy. 1. eakcje z pochodnymi amoniaku Grupa karbonylowa w cukrach, poza tendencją do enolizacji, wykazuje właściwości typowe dla aldehydów i ketonów. Przede wszystkim ulega reakcjom addycji nukleofilowej; w reakcjach z fenylohydrazyną, hydroksyloaminą itp. otrzymuje się odpowiednie pochodne azotowe (patrz, reakcje wspólne aldehydów i ketonów). Dość istotną reakcją w analizie cukrów jest otrzymywanie osazonów. ukry redukujące w reakcji z fenylohydrazyną dają krystaliczne pochodne, różniące się kształtem kryształów oraz temperaturami topnienia. 9

10 , glukoza fenylohydrazon glukozy osazon glukozy Ponieważ reakcja z fenylohydrazyną zachodzi na dwóch pierwszych atomach węgla, cukry różniące się tylko konfiguracją przestrzenną na tych właśnie atomach węglach, a więc będące w stosunku do siebie epimerami, tworzą identyczne osazony. Glukoza, fruktoza, mannoza dają ten sam osazon, który krystalizuje w postaci żółtych, cienkich igiełek, rozrzuconych pojedynczo lub zebranych w wiązki. ukry różniące się konfiguracją na dalszych atomach węgla tworzą różne osazony, na tej podstawie mogą być identyfikowane oraz odróżniane jedne od drugich. 2. Próby grupowe cukrów ząsteczki cukrów pod wpływem stężonych kwasów, takich jak kwas solny, siarkowy czy octowy, ulegają odwodnieniu i przekształcają się w pochodne furanu, z pentoz powstaje furfural, z heksoz 5- hydroksymetylofurfural l l pentoza heksoza furfural 5-hydroksymetylofurfural Związki te kondensując z fenolami dają barwne pochodne triarylometanowe. Do barwnych prób cukrów (monosacharydów, ale również oligo- i polisacharydów, które pod wpływem kwasów ulegają hydrolizie do cukrów prostych) należą następujące reakcje: a. tymolowa uzyskuje się pochodne barwy czerwonej b. Molisha z α-naftolem barwa czerwonofioletowa c. Biala z orcyną na pentozy roztwór zabarwia się na zielono d. Seliwanowa z rezorcyną na ketozy roztwór zabarwia się na różówo. Próby Molischa i tymolowa są reakcjami grupowymi. Znaczy to, że wynik ujemny reakcji wyklucza obecność Próba Molischa 2-2 =, furfural = 2, 5- hydroksymetylofurfural czerwonofioletow y barnik 10

11 węglowodanów, natomiast dodatni nie jest wystarczającym dowodem ich obecności, gdyż pozytywny wynik próby dają także aldehydy, aceton, kwasy mlekowy, kwas cytrynowy i mrówkowy. W próbie Biala pentozy, po odwodnieniu do furfuralu, w reakcji z orcyną i w obecności jonów żelaza(iii) tworzą kompleksy o barwie zielononiebieskiej. eksozy natomiast przekształcając się w hydroksymetylofurfural w tych samych warunkach reagują znacznie słabiej dając kompleks o barwie zielonobrązowej. eakcja Seliwanowa jest wykorzystywana do odróżnienia ketoz od aldoz na zasadzie różnicy w szybkości odwadniania tych cukrów. Ketozy ogrzewane w 12% roztworze l w temperaturze 100 w ciągu 30 sekund ulegają odwodnieniu do 5-hydroksymetylofurfuralu, który z rezorcyną tworzy kompleks o barwie czerwonowiśniowej. W tych warunkach aldozy nie ulegają odwodnieniu co pozwala na ich odróżnienie od ketoz. Użycie kwasu bardziej stężonego jak również wydłużenie czasu ogrzewania lub podwyższenie temperatury może sprawić, iż reakcji tej ulegną również aldozy. Próba ta daje również wynik pozytywny w przypadku wielocukrów zawierających ketozy. Próba Biala / Seliw anow a = ; 2-2 eakcja Biala: orcyna ( = 3 ), eakcja Seliwanowa: rezorcyna ( = ), 1 produkt barwy zielonej produkt barwy czerwonej 3. Próby redukcyjne cukrów W przypadku aldoz można mówić o własnościach redukujących. Liczne próby na cukry oparte są na redukcji dwuwartościowego jonu miedzi(ii) do jednowartościowego jonu miedzi(i), podczas których aldozy utleniają się do kwasów aldonowych (glukoza utlenia się do kwasu glukonowego). ajczęściej stosowane próby redukcyjne cukrów to próby: Trommera, Fehlinga, Benedicta i Barfoeda. - u 2 - u Ponadto aldozy, podobnie jak aldehydy, dają pozytywny wynik reakcji Tollensa (patrz: reakcje aldehydów). W próbie Fehlinga po zmieszaniu odczynników Fehling I (us w rozcieńczonym 2S 4) i Fehling II (roztwór winianu sodowo-potasowego i a) powstaje zasadowy roztwór kompleksu wodorotlenku miedzi z winianem, co zapobiega wytrącaniu się u() 2 i maskowaniu końcowego produktu reakcji, czerwonego u 2. Kompleks posiada strukturę trójwodnego winianu miedziowego, z sześciokrotnie skoordynowanym kationem miedzi(ii). Dodany cukier redukujący ulega utlenieniu oddając elektrony, które przyjmowane są przez u 2. W wyniku tego kompleks wodorotlenku miedzi z winianem rozpada się, u 2 redukuje się do u i po ogrzaniu wytrąca się w postaci czerwonego lub pomarańczowego osadu tlenku miedzi(i) (u 2). 11

12 Próba Benedicta (us 4 5 2, cytrynian sodu, węglan sodu) należy do najbardziej specyficznych i czułych prób redukcyjnych na cukry. Powstający w tej reakcji u 2 w zależności od ilości cukru redukującego ma różne zabarwienie (od zielonożółtego przez pomarańczowe do czerwonego). W próbie Trommera rolę solubilizatora wodorotlenku miedzi(ii) spełnia sam cukier. Z tego powodu dodawanie zbyt dużej ilości siarczanu miedzi(ii) może doprowadzić do nadmiaru u() 2, który po ogrzaniu przechodzi w czarny u i maskuje prawidłowy wynik reakcji. W przypadku dodania zbyt dużej ilości roztworu us 4 i wytrącenia wodorotlenku miedzi, należy osad odsączyć, po czym dopiero ogrzać próbę. Próba Barfoeda (roztwór octanu miedzi i kwasu mlekowego) w modyfikacji Tauber-Kleinera pozwala odróżnić cukry proste od dwucukrów redukujących. W przypadku monocukrów czerwony osadu u 2 pojawia się już po ok. 15 minutach ogrzewania we wrzącej łaźni wodnej. atomiast w przypadku disacharydów redukujących dodatni wynik próby obserwuje się po ok krotnie dłuższym czasie. Fakt, że cukry mogą zostać utlenione do kwasów aldonowych został wykorzystany w celu odróżnienia aldoz od ketoz. Tylko w obecności aldoz następuje odbarwienie wody bromowej z dodatkiem kwaśnego węglanu sodu. ligosacharydy ligosacharydami nazywamy wielocukry proste, zbudowane z niewielkiej liczby cząsteczek cukrów prostych (monosacharydów) połączonych wiązaniami glikozydowymi. ajprostszymi, a jednocześnie najważniejszymi i najbardziej rozpowszechnionymi oligosacharydami są dwucukry, które w wyniku hydrolizy (kwasowej lub enzymatycznej), dają monosacharydy i to najczęściej heksozy. W skład dwucukrów mogą wchodzić dwie identyczne lub różne reszty cukrów prostych. Monosacharydy wchodzące w skład dwucukrów łączą się między sobą za pomocą wiązania -glikozydowego α lub β. Atom wodoru hemiacetalowej grupy wodorotlenowej w anomerze α lub β jest podstawiany resztą drugiej cząsteczki cukru, a tworzące się wiązanie określane jest jako glikozydowe. anomeryczny atom w ęgla (hemiacetalow y) anomeryczny atom w ęgla (acetalow y) D-Idopiranoza -pentozylo-d-idopiranozyd w iązanie -glikozydow e 12

13 W przypadku, gdy w jednej z reszt monocukrowych, składających się na cząsteczkę disacharydu, znajduje się wolna grupa hydroksylowa przy hemiacetalowym atomie węgla, to taki disacharyd zachowuje się jak cukier prosty i jest określany dwucukrem redukującym. Disacharydy redukujące, między innymi, ulegają: a. mutarotacji, b. reakcjom z odczynnikami Tollensa, Fehlinga i Benedicta itp., c. reakcjom addycji nukleofilowej, dając cyjanohydryny, oksymy, hydrazony, osazony itp. ajbardziej znanymi dwucukrami redukującymi są maltoza i laktoza. Maltoza zbudowana jest z dwóch cząsteczek α- D-glukopiranozy połączonych wiązaniem α-1,4-glikozydowym, natomiast laktoza składa się z α-d-glukopiranozy oraz β-d-galaktopiranozy połączonych wiązaniem β-1,4-glikozydowym. reszta nieredukująca reszta redukująca reszta nieredukująca reszta redukująca D-glukopiranozylo-(1 4)- -D-glukopiranoza maltoza - -D-galaktopiranozylo-(1 4)- -D-glukopiranoza laktoza Jeżeli w powstawaniu wiązania glikozydowego pomiędzy dwiema cząsteczkami monocukru biorą udział oba układy hemiacetalowe, to otrzymujemy disacharydy nieredukujące, które nie dają reakcji typowych dla disacharydów redukujących czy monosacharydów. Przeprowadzenie takich reakcji jest możliwe dopiero po hydrolizie wiązania glikozydowego i uwolnieniu cząsteczek monocukrów. Przedstawicielem dwucukrów nieredukujących jest sacharoza, zbudowana z α-d-glukopiranozy i β-d-fruktofuranozy połączonych ze sobą wiązaniem α-1,2-glikozydowym. reszta nieredukująca ( -D-glukopiranozylo)- -D-fruktofuranozyd reszta nieredukująca 2 sacharoza Polisacharydy Polisacharydy są glikozydami, których cząsteczki utworzone są z setek lub tysięcy reszt węglowodanowych, połączonych ze sobą poprzez atomy tlenu grup hemiacetalowych. ajważniejszymi polisacharydami są: 1. skrobia pochodzenia wyłącznie roślinnego, 13

14 2. glikogen pochodzenia wyłącznie zwierzęcego, 3. celuloza. Skrobia - jest podstawowym składnikiem świata roślinnego. Ziarna skrobi, charakterystyczne dla roślin, z których pochodzą, różnią się rozmiarami i zbudowane są z dwóch warstw: a. zewnętrznej amylopektyny nierozpuszczalnej w wodzie, b. wewnętrznej amylozy rozpuszczalnej w wodzie. Produktami kwasowej hydrolizy skrobi w początkowym etapie są różne dekstryny o coraz niższym ciężarze cząsteczkowym. W dalszej kolejności uzyskuje się maltozę, a w końcu glukozę. skrobia 2 2 amylodekstryny erytrodekstryny 2 achrodekstryny 2 maltoza 2 glukoza harakterystyczną reakcją dla polisacharydów zbudowanych z cząsteczek glukozy jest próba z jodem. Amyloza daje zabarwienie niebieskie, amylopektyna - fioletowe, glikogen - brunatnoczerwone, a celuloza - żółte. iebieska barwa jest charakterystyczna dla długich spiralnie skręconych nici, bez bocznych odgałęzień. W miarę skracania się łańcucha wzmaga się zabarwienie czerwone. Produkty degradacji skrobi (dekstryny) o długich łańcuchach barwią się na niebiesko-fioletowo (amylodekstryny), o średniej długości barwią się na czerwono (erytrodekstryny), a krótkie łańcuchy nie zmieniają barwy jodu (achrodekstryny). W miarę postępu hydrolizy ilość wolnych grup aldehydowych w dekstrynach wzrasta. ząsteczki skrobi w kleiku skrobiowym są otoczone płaszczem wodnym. Dodanie substancji wiążących wodę (np. sole takie jak siarczan amonu) powoduje strącanie się skrobi z roztworu. Skrobia jest źle rozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych. Amyloza z niektórymi rozpuszczalnikami (1-butanol) tworzy trudno rozpuszczalne związki inkluzyjne. AMIKWASY Aminokwasy są to związki, które w łańcuchu węglowym zawierają zarówno grupę aminową jak i grupę karboksylową. Grupa aminowa w stosunku do grupy karboksylowej może zajmować dowolną pozycję:,, itd. W aminokwasach naturalnych, otrzymanych przez hydrolizę białek, grupa aminowa występuje zawsze w pozycji Wzory ogólne naturalnych aminokw asów w ystępujących w białkach Aminokwasy zaliczane są do amfolitów, gdyż zachowują się jak kwasy i zasady. W stanie stałym występują one w formie jonów obojnaczych mających charakter soli wewnętrznych. Ze względu na budowę chemiczną -aminokwasy można podzielić na: 14

15 1. Aminokwasy z ugrupowaniem niepolarnym lub hydrofobowym (alkilowym lub arylowym): glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, prolina. 2. Aminokwasy z ugrupowaniem polarnym, ale niezjonizowanym zawierającym grupy funkcyjne:, S, S 3, S-S oraz heterocykliczne. Są to seryna, cysteina, treonina, tyrozyna, metionina, cystyna, tryptofan. 3. Aminokwasy kwaśne, zawierające dodatkową grupę karboksylową: kwas asparaginowy, kwas glutaminowy oraz ich amidy (asparagina, glutamina). 4. Aminokwasy zasadowe, zawierające dodatkową grupę zasadową: aminową lizyna, ornityna; guanidynową - arginina; pierścień imidazolowy - histydyna. becność dwóch grup reaktywnych rzutuje na właściwości chemiczne aminokwasów. eakcje, którym ulegają aminokwasy można więc podzielić na niżej wymienione grupy. 1. Wzajemne oddziaływanie grupy aminowej i karboksylowej Grupa karboksylowa ma zdolność do odszczepiania protonu, natomiast grupa aminowa, jako zasadowa, może przyłączać proton. bie grupy sprawiają, że aminokwasy są związkami amfoterycznymi, gdyż mogą reagować zarówno z zasadami jak i z kwasami. Ponadto grupy oddziaływują na siebie wzajemnie powodując powstawanie soli wewnętrznej aminokwasu. Jest to powodem wysokich temperatur topnienia poszczególnych aminokwasów oraz ich dobrej rozpuszczalności w wodzie i słabej w rozpuszczalnikach organicznych (w przeciwieństwie do kwasów i amin, które z reguły trudno rozpuszczają się w wodzie, a bardzo dobrze w rozpuszczalnikach organicznych). ałkowity ładunek cząsteczki aminokwasu zależy od p środowiska. Wartość p, przy której aminokwas istnieje w postaci jonu obojnaczego określany jest punktem izoelektrycznym (pi). ów now aga kw asow o - zasadow a w roztw orze aminokw asu kation p < pi jon obojnaczy p = pi anion p > pi Wartość pi większości aminokwasów wynosi ok. 6, obecność w cząsteczce dodatkowych grup funkcyjnych aminowych albo karboksylowych powoduje przesunięcie punktu izoelektrycznego w kierunku, odpowiednio, większych albo mniejszych wartości. 2. eakcje grupy karboksylowej Aminokwasy są mocniejszymi kwasami od kwasu węglowego, rozpuszczają się wiec, podobnie jak kwasy karboksylowe, w 5% a 3. eakcji towarzyszy wydzielanie się 2, czyli zjawisko perlenia, które daje się zauważyć zazwyczaj dopiero po około 3minutach. - a a

16 Typową reakcją grupy karboksylowej aminokwasów jest kondensacja z grupą aminową innego aminokwasu z utworzeniem wiązania peptydowego. bie grupy nie łatwo reagują ze sobą i w praktyce wymagane jest uaktywnienie grupy karboksylowej w jednym z reagentów, np. poprzez utworzenie tzw. aktywnego estru. Jednocześnie, aby uniknąć niepożądanych połączeń aminokwasów, drugi z reagentów, tzw. komponent aminowy, musi mieć zablokowaną grupę karboksylową. iejednokrotnie dokonuje się tego poprzez utworzenie estrów etylowych lub metylowych. 3. eakcje grupy aminowej Grupa aminowa w aminokwasach ulega typowym reakcjom alifatycznych amin I-rzędowych z wyjątkiem proliny i hydroksyproliny, które w pozycji α zawierają II-rzędową grupę aminową. ajważniejszą reakcją grupy aminowej jest acylowanie prowadzące do powstania amidu. eakcja tego typu z udziałem innego aminokwasu, tzw. komponentu kwasowego, jest wykorzystywana do tworzenia peptydów. Z oczywistych względów komponent kwasowy musi mieć zabezpieczoną grupę aminową. W tym celu często przeprowadza się reakcje acylowania lub alkilowania grupy aminowej odpowiednimi pochodnymi chlorowcowymi (chlorki kwasowe, chlorki alkilowe). eakcjami charakterystycznymi grupy aminowej w aminokwasach jest działanie kwasu azotowego(iii) oraz ninhydryny: a. eakcja van Slyke a z kwasem azotowym(iii) Wolne aminokwasy w wyniku działania 2 ulegają deaminacji z wydzieleniem azotu i utworzeniem - hydroksykwasu b. eakcja ninhydrynowa Aminokwasy, peptydy oraz białka dają charakterystyczną reakcję z roztworem ninhydryny, podobnie jak amoniak i alifatyczne aminy I-rzędowe. Aminokwasy z wolną grupą aminową pod wpływem ninhydryny (wodzianu triketohydrindenu) ulegają dekarboksylacji i oksydatywnej deaminacji. Początkowo powstaje iminokwas oraz zredukowana forma ninhydryny, tzw. hydrindantyna. astępnie iminokwas przechodzi w aldehyd krótszy o jeden atom węgla niż wyjściowy aminokwas, uwalnia się dwutlenek węgla oraz amoniak, który bierze udział w kondensacji z cząsteczką ninhydryny oraz hydrindantyny. W efekcie powstaje purpura uhemanna o barwie niebieskofioletowej. 2-3, 2 hydrindantyna iminokwas purpura uhemanna

17 eakcja ninhydrynowa jest reakcją grupową aminokwasów, a jej dokładność i czułość sprawiła, że jest ona wykorzystywana nie tylko do wykrywania aminokwasów, ale także do ilościowego oznaczania wolnych α- aminokwasów metodą kolorymetryczną. Intensywność i odcień powstającego zabarwienia jest różna w zależności od rodzaju aminokwasu, jednakże natężenie zabarwienia jest proporcjonalne do stężenia aminokwasu w roztworze. Prolina i hydroksyprolina, aminokwasy z grupą aminową II-rzędową, w reakcji z ninhydryną dają produkt o barwie żółtej. - 2 ninhydryna prolina 4. eakcje specyficzne związane z obecnością grup funkcyjnych (np. S,. S-S, S 3,, układy aromatyczne) Grupa funkcyjna inna niż aminowa czy kwasowa w cząsteczce aminokwasu w oczywisty sposób wpływa na właściwości i reaktywność tego aminokwasu, gdyż ulega typowym reakcjom charakterystycznym dla danej klasy związków. Układy aromatyczne mogą ulegać reakcjom substytucji elektrofilowej, grupy hydroksylowe mogą zostać poddane reakcjom utleniania lub acylowania (z utworzeniem odpowiednich estrów). Dodatkowe grupy aminowe, będą odpowiadały za zwiększoną zasadowość aminokwasu oraz charakterystyczne reakcje amin. Dość ważną właściwość wykazuje cysteina zawierająca grupę tiolową. Dzięki niej w cząsteczkach białek powstają mostki disulfidowe (-S-S-). harakterystyczne próby dla poszczególnych aminokwasów polegają na specyficznych reakcjach konkretnych grup funkcyjnych: a. Próba cystynowa wykrywanie aminokwasów siarkowych Aminokwasy siarkowe z grupami S (cysteina) lub disulfidowymi S-S- (cystyna), zarówno w białkach jak i niezwiązane, ogrzewane w silnie zasadowym środowisku przekształcają się w kwas pirogronowy z jednoczesnym odłączeniem atomów siarki w postaci jonów siarczkowych. Jony te w reakcji z jonami ołowiu(ii) dają czarny osad siarczku ołowiu. Metionina, zawierająca grupę tioeterową, nie daje dodatniego wyniku tej reakcji. S S 2-2 cysteina Pb 2 S 2- PbS b. Próba ksantoproteinowa wykrywanie aminokwasów z układem aromatycznym eakcja ksantoproteinowa jest uwarunkowana obecnością w cząsteczce białka aminokwasów zawierających pierścień aromatyczny (tryptofan, tyrozyna, fenyloalanina). Pod wpływem stężonego kwasu azotowego(v) zachodzi nitrowanie pierścienia benzenowego, a powstający produkt ma barwę żółtą. Po zalkalizowaniu żółty kolor powstałego związku nitrowego pogłębia się do żółtopomarańczowego, gdyż powstają intensywniej zabarwione sole. 17

18 tyrozyna c. eakcja Sakaguchi ego wykrywanie układu guanidynowego Arginina zawierająca grupę guanidynową reaguje z α-naftolem w środowisku zasadowym i w obecności utleniającego bromianu(i) sodu tworząc produkt o barwie pomarańczowoczerwonej. W reakcji wydziela się amoniak. admiar bromianu(i) sodu i dłuższy czas reakcji powoduje dalsze utlenianie produktu, co prowadzi do jego odbarwienia. Dodatek mocznika stabilizuje utworzony barwnik. Pozytywny wynik próby daje także metyloguanidyna i kwas guanidynowy, ale nie sama guanidyna. 2 2 ( 2 ) 3 - abr - ( 2 ) 3-3 abr abr abr d. eakcja Pauly ego wykrywanie układu imidazolwego Pochodne imidazolu, w tym histydyna, w zasadowym środowisku ulegają sprzęganiu z solami diazoniowymi tworząc barwniki azowe (patrz: reakcje aromatycznych amin I-rzędowych). W reakcji Pauly ego jest stosowany kwas diazobenzenosulfonowy, przygotowywany przez diazowanie kwasu sulfanilowego bezpośrednio przed użyciem. 3 S , 2 S 2 - kw as sulfanilow y jon p-sulfobenzenodiazoniow y 2 S 2-2 a histydyna a 3 S pomarańczow y barw nik azow y S 3 a Pozytywny wynik próby dają fenole, w tym tyrozyna, oraz aminy aromatyczne. 18

19 e. eakcja Adamkiewicza-opkinsa wykrywanie układu indolowego Indol, który wchodzi w skład cząsteczki tryptofanu, w środowisku stężonych kwasów nieorganicznych ulega kondensacji z aldehydami (kwas glioksalowy, aldehyd mrówkowy) dając barwniki arylometanowe o zabarwieniu czerwonofioletowym (patrz, reakcje związków heterocyklicznych) tryptofan kw as glioksalow y W kwaśnych hydrolizatach białek lub peptydów wynik tej próby jest ujemny, gdyż tryptofan podczas kwasowej hydrolizy ulega rozkładowi. BIAŁKA Białka są to związki zbudowane z więcej niż 100 reszt -aminokwasów o masie cząsteczkowej powyżej 10 tys. Związki o niższej masie to polipeptydy. W białkach wiązanie peptydowe (zwane również wiązaniem amidowym) łączy grupę karboksylową jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego aminokwasu. Powstanie dipeptydu z dwu wolnych aminokwasów wiąże się z uwolnieniem jednej cząsteczki wody aminokw as acylujący aminokw as acylow any dipeptyd Przemyślana synteza peptydów wymaga odpowiedniego przygotowania aminokwasów do reakcji kondensacji. Przede wszystkim należy zabezpieczyć wszystkie grupy funkcyjne, które w warunkach reakcji mogłyby dawać produkty uboczne. ajważniejsze jest jednak zabezpieczenie grupy aminowej w aminokwasie acylującym (komponent kwasowy) oraz grupy kwasowej w aminokwasie acylowanym (komponencie aminowym). Białka ze względy na swoją strukturę dzielą się na białka proste i białka złożone. Spośród wszystkich polimerów syntetycznych i naturalnych białka są substancjami najbardziej skomplikowanymi i posiadającymi najbardziej różnorodne właściwości. Właściwości białek zależą od budowy i kolejności ułożenia wielu reszt aminokwasowych () rozmieszczonych wzdłuż łańcucha polipeptydowego. Substancje białkowe pełnią w przyrodzie funkcje strukturalne (np. skóra, włosy, ścięgna, włókna mięśniowe), katalityczne (enzymy), transportowe (hemoglobina). Białkami są również substancje odpornościowe, które z jednej strony chronią organizm przed zakażeniem, a z drugiej uniemożliwiają przeszczepianie narządów. Wszystkie indywidualne cechy wszystkich 19

20 organizmów sprowadzają się do białek, z których te organizmy są zbudowane według instrukcji zawartych w cząsteczkach DA. Substancje białkowe niezależnie od pochodzenia dają wspólne reakcje charakterystyczne: a. Wysalanie białek Białka, jako związki wielkocząsteczkowe posiadające zjonizowane grupy aminowe i karboksylowe, wykazują zdolność wiązania dipolarnych cząsteczek wody. Dzięki temu białka w środowisku wodnym ulegają hydratacji, pęcznieją, a następnie rozpuszczają się. Podobnie jak inne jony, otaczają się płaszczem wodnym i w tej postaci, jako osobne cząsteczki, tworzą roztwory koloidalne. a rozpuszczalność białek w wodzie wpływa obecność soli nieorganicznych oraz p roztworu (wartość nieco inna niż punktu izoelektryznego sprzyja rozpuszczaniu). Wzrost stężenia soli w roztworze może jednakże doprowadzić do strącenia białka z roztworu. Jony soli tworzą własną powłokę solwatacyjną, przy wysokim stężeniu soli w roztworze woda hydratacyjna cząsteczek białka zostaje od nich odciągnięta. bnażone w ten sposób cząsteczki białka ulegają koagulacji na skutek wysolenia. Proces ten jest odwracalny, wystarczy odbudować płaszcz wodny białka poprzez rozcieńczenie wodą. Podczas wysalania białko nie traci w sposób trwały swojej przestrzennej struktury oraz funkcji biologicznych. Wysalanie białek przeprowadza się za pomocą nasyconych roztworów ( 4) 2S 4, 4l, MgS 4. b. Denaturacja Pod wpływem soli metali ciężkich, mocnych kwasów lub mocnych zasad, podwyższonej temperatury oraz niektórych czynników chemicznych (96% etanol, aceton, fenol) dochodzi do denaturacji i trwałego wytrącenia białek z roztworów. Denaturacja jest zjawiskiem polegającym na nieodwracalnej zmianie przestrzennej struktury białek (II- i III- i IV-rzędowej). c. eakcja biuretowa Piotrowskiego Peptydy zawierające co najmniej dwa wiązania peptydowe (a więc tripeptydy i dłuższe) oraz białka tworzą z jonami miedzi(ii) w środowisku zasadowym połączenia kompleksowe o barwie fioletowej. azwa reakcji pochodzi od biuretu, który powstaje przy ogrzewaniu mocznika i jest najprostszym związkiem dającym pozytywny wynik w tej próbie mocznik T u 2, - u biuret fioletow y kompleks miedzi 2- Próba biuretowa jest reakcją grupową na białka, ujemny wynik tej próby eliminuje obecność białka, chociaż pozytywny - nie w pełni ją potwierdza. prócz biuretu, podobny wynik reakcji dają związki nie posiadające wiązań peptydowych, a zawierające ugrupowania S-- oraz =--. Aminokwasy, w odróżnieniu od białek, tworzą z jonami miedzi(ii) połączenia kompleksowe o barwie niebieskiej (poza histydyną, która ze względu na budowę łańcucha bocznego, tworzy kompleks o barwie fioletowoniebieskiej). 20

21 2 u 2 u niebieski kompleks miedzi(ii) z dwiema cząsteczkami aminokwasu fioletowy kompleks miedzi(ii) z białkiem LIPIDY (TŁUSZZE) Lipidy obejmują szereg różnie zbudowanych biocząsteczek, spełniających ważną rolę w świecie mikroorganizmów, roślin i zwierząt. Jako elementy żywych organizmów spełniają rolę materiału energetycznego, zapasowego i ochronnego, oraz biorą udział w przemianie materii jako substraty lub składniki biokatalizatorów. Pod względem chemicznym lipidy stanowią grupę związków o budowie glicerydowej, jak również grupę związków o właściwościach podobnych do glicerydów, lecz o bardziej złożonej strukturze. Lipidy są substancjami nierozpuszczalnymi w wodzie. Można je wyekstrahować z komórek słabo polarnymi rozpuszczalnikami takimi jak: eter, chloroform, benzen, aceton. óżną rozpuszczalność lipidów w rozpuszczalnikach organicznych można wykorzystać do ich rozdziału i wyodrębniania. Lipidy ze względu na różnice budowy i właściwości dzielimy na: 1. lipidy proste 1.1. tłuszcze właściwe 1.2. woski 2. lipidy złożone 2.1. fosfolipidy (zawierają fosfor, nie zawierają cukru) glicerydy glicerydy estrowe (kefaliny, fosfatydylocholina) glicerydy enoloeterowe (plazmalogeny) sfingomieliny 2.2. glikolipidy (nie zawierają fosforu, zawierają cukier) glikoglicerolipidy glikosfingolipidy 3. prostaglandyny Tłuszcze właściwe są to znane z życia codziennego oleje roślinne (olej rzepakowy, słonecznikowy, sojowy i inne) oraz tłuszcze zwierzęce (smalec, masło, łój). W organizmie człowieka najczęściej gromadzą się w tkance podskórnej, w tkance tłuszczowej jamy brzusznej, w tkance łącznej oraz w stanach patologicznych otłuszczają serce, wątrobę, nerki. Tłuszcze proste pełnią w przyrodzie funkcje materiałów zapasowych, w postaci których organizmy magazynują energię. Tłuszcze mają ciepło spalania prawie dwa razy większe niż węglowodany i białka. W porównaniu z innymi składnikami żywności tłuszcze są najbardziej kaloryczne. 21

22 Tłuszcze właściwe zbudowane są z glicerolu (gliceryny) i wyższych kwasów tłuszczowych = 2 = 3 w tłuszczach syntetycznych w tłuszczach naturalnych 1, 2, 3 = kwasy tłuszczowe, np. 3(2)n n = 2 - kwas masłowy n = 4 - kwas kapronowy n = 6 - kwas kaprylowy n = 10 - kwas laurynowy n = 12 - kwas mirystynowy n = 14 - kwas palmitynowy n = 16 - kwas stearynowy 1. eakcje addycji do wiązania podwójnego a. utwardzanie tłuszczów Proporcje poszczególnych kwasów zmieniają się w zależności od rodzaju tłuszczu. Tłuszcze stałe o wyższej temperaturze topnienia mają przewagę kwasów tłuszczowych nasyconych np. tristearynian gliceryny - ciało stałe o temp. topnienia 71. becność natomiast kwasów nienasyconych świadczy o tym, iż mamy do czynienia z tłuszczami płynnymi, np. trioleinian gliceryny temperatura krzepnięcia równa jest 17. Zmianie charakteru tłuszczu z nienasyconego na nasycony towarzyszy zmiana stanu skupienia z ciekłego na stały. Z tego względu proces uwodornienia przeprowadzany na skalę przemysłową nosi nazwę utwardzania tłuszczów. eakcję prowadzi się w podwyższonej temperaturze i pod zwiększonym ciśnieniem, w obecności katalizatora niklowego. 3 ( 2 ) ( 2 ) 6 2, kat. 3 ( 2 ) 16 kwas olejowy kwas stearynowy b. przyłączanie jodu lub bromu ienasycone tłuszcze oraz kwasy tłuszczowe przyłączają fluorowce do wiązania wielokrotnego; odbarwiają wodę bromową oraz roztwory jodu. I 2 ( 2 ) 6 I 2 3 ( 2 ) ( 2 ) 6 kwas olejowy c. jełczenie tłuszczów 3 ( 2 ) 6 2 I Tłuszcze zawierające reszty nienasyconych kwasów tłuszczowych ulegają utlenieniu pod wpływem tlenu z utleniaczy, a także, choć znacznie wolniej, pod wpływem tlenu atmosferycznego. Wiązanie podwójne ulega rozerwaniu, a reszta kwasu tłuszczowego zostaje rozbita na dwie cząsteczki z terminalnymi grupami aldehydowymi. 3 ( 2 ) ( 2 ) 6 3 ( 2 ) ( 2 ) 6 [] 3 ( 2 ) 7 ( 2 ) 7 eakcja ta zachodzi podczas jełczenia tłuszczów, a gromadzące się aldehydy nadają im przykry smak i zapach. 22

23 2. Zmydlanie tłuszczów Tłuszcze właściwe łatwo ulegają hydrolizie w środowisku alkalicznym. Proces ten nazywa się zmydlaniem tłuszczów. ydroliza tłuszczów zachodzi także w przewodzie pokarmowym zwierząt i człowieka. Tłuszcze wprowadzone z pokarmem ulegają hydrolizie pod wpływem katalizatorów biochemicznych lipaz. W wyniku zmydlania tłuszczów powstaje glicerol oraz rozpuszczalne mydła sodowe lub potasowe a T roztw. alkoholowy a gliceryna mydło sodowe Mydła nierozpuszczalne (wapniowe, magnezowe, barowe, ołowiawe), otrzymuje się działając solami tych jonów na roztwory wodne mydeł rozpuszczalnych. 2 -a al 2 (-) 2 a 2 al Właściwości tłuszczów określają reakcje, które ustalają zawartość oraz rodzaj kwasów tłuszczowych w tłuszczach. ajważniejsze reakcje wyrażone są za pomocą tzw. liczb: a. liczba kwasowości to liczba mg K potrzebna do zobojętnienia wolnych kwasów tłuszczowych, zawartych w 1g tłuszczu. Liczba ta jest tym mniejsza, im świeższy jest tłuszcz, b. liczba zmydlenia przedstawia liczbę mg K potrzebną do zobojętnienia wszystkich kwasów tłuszczowych zawartych w 1 g tłuszczu, zarówno wolnych jak i otrzymanych po zmydleniu, c. liczba estrowa to liczba mg K potrzebna do zobojętnienia kwasów tłuszczowych związanych estrowo, a powstałych przy zmydleniu 1g tłuszczu. Liczbę estrową otrzymujemy odejmując od liczby zmydlenia liczbę kwasowości. W tłuszczach obojętnych, tj. nie zawierających wolnych kwasów tłuszczowych, liczba estrowa równa się liczbie zmydlenia, d. liczba eicherta-meissla oznacza liczbę cm 3 0.1M K i a potrzebną do zobojętnienia lotnych kwasów tłuszczowych po jego zmydleniu. Liczba ta ma szczególne znaczenie w badaniu masła, e. liczba jodowa określa ilość jodu w gramach, jaka wiąże 100 g tłuszczu. Liczba ta wykazuje ilościowo zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych. Woski są to nierozpuszczalne w wodzie tłuszczopodobne substancje stałe, służące często w świecie roślinnym i zwierzęcym jako powłoki ochronne. Substancje te zamiast glicerolu zawierają wyższe alifatyczne jednowodorotlenowe alkohole np. alkohol cetylowy, alkohol mirycylowy. 3 ( 2 ) n 2 2 ( 2 ) m 3 wosk pszczeli n = 13 do 33; m = 22 do 34 23

24 zęsto kwas i alkohol mają tą samą ilość atomów węgla. Fakt ten może wskazywać, że oba te składniki powstały z dwóch cząsteczek tego samego aldehydu w wyniku reakcji annizzaro. Jedna cząsteczka aldehydu utlenia się do kwasu, druga redukuje się do alkoholu, po czym następuje estryfikacja. iektóre woski są zbudowane z kwasów tłuszczowych i steroli (cholesterolu, lanosterolu). Lipidy złożone są to substancje o właściwościach fizycznych podobnych do tłuszczów właściwych. óżnią się od lipidów prostych tym, iż poza kwasem tłuszczowym i alkoholem zawierają składniki azotowe, fosforowe, a niekiedy węglowodanowe. Przy rozdzielaniu lipidów złożonych wykorzystuje się nieznaczne różnice w rozpuszczalności. Fosfolipidy ulegając hydrolizie dają: kwasy tłuszczowe, alkohol, kwas ortofosforowy oraz związek zawierający azot. Fosfolipidy obok białek złożonych wchodzą w skład struktur membranowych oddzielających poszczególne elementy w komórce (błony komórkowe, mitochondrialne i mikrosomowe). adają pewne właściwości fizyczne tym strukturom np. wysoką przepuszczalność dla niepolarnych cząsteczek, a także lizę powodowaną przez czynniki powierzchniowo aktywne. Przedstawicielami fosfolipidów są lecytyny, związki o wzorze: P Fosfatydylocholina (lecytyna) tworzy się w organizmie z tłuszczów. Jest ona dobrym czynnikiem emulgującym i prawdopodobnie ułatwia wprowadzenie tłuszczów do tkanek. Lecytyny występują w żółtku jaja kurzego i w tkance nerwowej. STEIDY Ekstrakty lipidowe z roślin i tkanek zwierzęcych, oprócz tłuszczów, fosfolipidów oraz terpenów, zawierają także steroidy cząsteczki, których cechą charakterystyczną jest węglowy szkielet gonanu, czyli układ czteropierścieniowy wywodzący się od 1,2-cyklopentanoperhydrofenantrenu A B D Poszczególne grupy steroidów odróżnia wzajemny układ skondensowanych pierścieni, stopień nienasycenia tych pierścieni oraz rodzaj i długość łańcuchów bocznych ( 1, 2, 3 ). Wszystkie steroidy przy 10 i 13 ( 1 i 2 ) posiadają grupę metylową, natomiast podstawniki przy 17 ( 3 ) są bardzo zróżnicowane. Wyjątek stanowią estrogeny, u których pierścień A jest aromatyczny, a zatem przy 10 nie posiada grupy 3. Ze względu na budowę wśród steroidów można więc wyróżnić pochodne: a. estranu; żeńskie hormony płciowe, np. estradiol, 24

25 b. androstanu; męskie hormony płciowe, np. testosteron, androsteron, c. pregnanu; progesteron oraz hormony kory nadnerczy np. kortykosteron, aldosteron, d. cholanu; składniki żółci, np. kwas cholowy, e. cholestanu; cholesterol, ergosterol. W zależności od rodzaju grupy funkcyjnej steroidy dzielimy na: alkohole (sterole), kwasy i hydroksykwasy (kwasy żółciowe), fenole i ketony (hormony sterydowe). ajważniejszym i najpopularniejszym przedstawicielem steroli pochodzenia zwierzęcego jest cholesterol. Występuje we wszystkich komórkach ssaków, jest istotnym składnikiem błon komórkowych, służy jako substrat kwasów żółciowych oraz hormonów płciowych, w tkankach nerwowych wchodzi w skład otoczki mielinowej. Podobnie jak lipidy, cholesterol nie rozpuszcza się w wodzie, lecz rozpuszcza się w eterze, benzenie i innych rozpuszczalnikach organicznych holesterol ulega takim reakcjom chemicznym, jakie grupy funkcyjne posiada. Ze względu na grupę hydroksylową przy trzecim atomie węgla będzie reagował jak alkohole, ulegając reakcjom estryfikacji oraz utlenienia (do ketonów). Estry cholesterolu z alifatycznymi i aromatycznymi kwasami znalazły zastosowanie jako ciekłe kryształy. becność wiązania podwójnego pomiędzy piątym a szóstym atomem węgla (pierścień B) sprawia, że cholesterol zachowuje się jak alken i ulega reakcjom addycji (uwodornienie, addycja bromu). Sterole, takie jak cholesterol, zawierające podwójne wiązanie w bezwodnym środowisku w reakcji z mocnymi kwasami dają barwne produkty. Pod wpływem stężonych kwasów (np. 2S 4) dochodzi do odłączenia dwóch cząsteczek wody z dwóch cząsteczek sterolu i powstania bisterolu, którego pochodne sulfonowe są barwne: zielone w reakcji Liebermana-Burcharda i czerwone w reakcji Salkowskiego. II. Pytania sprawdzające. 1. W trzech probówkach znajdują się metyloamina, etylometyloamina i etylodimetyloamina, jak odróżnić je od siebie. o zaobserwujesz? 2. a czym polega próba ninhydrynowa? Jakie związki dają w tej próbie pozytywny wynik? 3. Dlaczego zwilżony papierek uniwersalny barwi się pod wpływem metyloaminy? Wyjaśnij podając odpowiednie równanie reakcji. 4. Jak odróżnić od siebie aminy aromatyczne o różnej rzędowości? Podaj odpowiednie równania reakcji. 5. Jak odróżnić od siebie benzen, aminobenzen i nitrobenzen, podaj odpowiednie równania reakcji i obserwacje. 6. Uszereguj następujące aminy według rosnącego charakteru zasadowego: trietyloamina, etyloamina, dimetyloamina, anilina. 25

26 7. Jak odróżnić od siebie laktozę i galaktozę, co zaobserwujesz? 8. a czym polega próba Molischa i o czym świadczy jej negatywny wynik? 9. W trzech probówkach znajdują się wodne roztwory glukozy, sacharozy i fruktozy. Jak stwierdzić w której z nich jest fruktoza? 10. Wymień dwa naturalne cukrowce, które dają pozytywny wynik z odczynnikiem Seliwanowa. 11. Które z wymienionych związków dają pozytywny wynik próby Fehlinga: dihdroksyaceton, aldehyd glicerynowy, D-ryboza, glikogen, laktoza, fruktoza, maltoza, celuloza, sacharoza, D-glukoza? 12. Jak sprawdzić, czy dany roztwór zwiera skrobię? 13. Jakie reakcje należy przeprowadzić, aby wykryć obecność aminokwasu w roztworze? Podaj odpowiednie równania reakcji i spostrzeżenia. 14. mów reakcje charakterystyczne pozwalające na wykrycie szczególnych aminokwasów zawierających dodatkowe grupy funkcyjne lub układy aromatyczne. 15. a czym polega próba biuretowa? Jakie związki pozwala wykryć? 16. Jakie reakcje należy przeprowadzić aby odróżnić od siebie cysteinę, alaninę i prolinę? o zaobserwujesz? 17. Jaka jest przyczyna żółknięcia skóry po zetknięciu się ze stężonym roztworem kwasu azotowego(v)? 18. Jakie zmiany zaobserwujesz po działaniu na roztwór białka: etanolem chlorkiem sodu, azotanem(v) srebra, chlorkiem amonu. Które zmiany można cofnąć po silnym rozcieńczeniu wodą? 19. Przedstaw podział tłuszczowców. 20. mów liczby charakteryzujące jakość tłuszczów. 21. a czym polega proces zmydlania tłuszczów? 22. W jaki sposób można otrzymać mydła rozpuszczalne i nierozpuszczalne w wodzie? 23. a czym polega proces utwardzania tłuszczów? 24. Jak zachowują się kwasy tłuszczowe nienasycone pod wpływem tlenu z utleniaczy? 25. Przedstaw wzór cholesterolu. 26. mów właściwości chemiczne cholesterolu. apisz odpowiednie równania reakcji. 26