Strona główna

Analiza jakościowa cukrów Identyfikacja nieznanego cukru


Pobieranie 72.64 Kb.
Data18.06.2016
Rozmiar72.64 Kb.

Analiza jakościowa cukrów

Identyfikacja nieznanego cukru




Cel ćwiczenia:


Część pierwsza: Zapoznanie się z charakterystycznymi barwnymi reakcjami węglowodanów.

Część druga: Analiza jakościowa roztworu cukru

Cukry analizowane podczas ćwiczenia: glukoza, fruktoza, arabinoza, laktoza, maltoza, sacharoza, skrobia.




Cześć pierwsza


Reakcje charakterystyczne węglowodanów

Ćw. 1 Wykrywanie grup –OH

Obecność 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 2 grupy hydroksylowe w położeniach 1,2 lub 1,3), gdyż wodorotlenek miedzi(II) tworzy z nimi związek kompleksowy o barwie szafirowej.





Wykonanie: Do 1 ml roztworu 10% NaOH dodać kilka kropli 2% roztworu CuSO4 a następnie zakraplać do wytrąconej zawiesiny roztwór badanego cukru. Powstanie szafirowego zabarwienia świadczy o obecności grup hydroksylowych.

Działanie kwasów na cukry



Ogrzewanie monosacharydów ze stężonymi kwasami (siarkowym, solnym) powoduje ich odwodnienie. Pentozy przekształcają się w furfural, a heksozy w 5-hydroksymetylenofurfural. 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.







Ćw.2 Próba Molischa
Cukry pod wpływem stężonego kwasu siarkowego(VI) ulegają odwodnieniu, a następnie reagują z fenolami tworząc barwne produkty. W przypadku reakcji Molischa wynikiem kondensacji z α-naftolem 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 2-3 krople świeżo sporządzonego 20% roztworu etanolowego -naftolu. Po dokładnym zmieszaniu, bardzo ostrożnie po ściankach skośnie ustawionej probówki wprowadzić około 1ml stężonego H2SO4, 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.


Ćw.3 Próba z tymolem

Pod wpływem działania stężonego HCl 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 2 ml stężonego HCl. 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 12% HCl ketozy ulegają odwodnieniu i powstaje hydroksymetylenofurfural. W tych warunkach czasowo-środowiskowych aldozy nie ulegają odwodnieniu. Próba ta daje również wynik pozytywny dla wielocukrów zawierających ketozy.
Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 1ml rozcieńczonego HCl i 2-3 krople etanolowego roztworu rezorcyny. Po zmieszaniu wstawić do wrzącej łaźni wodnej i gotować przez około 30–60 sekund.

W obecności ketoz powstaje czerwono-łososiowe zabarwienie. W przypadku aldoz barwa pojawia się po dłuższym czasie.



Ćw. 5 Wykrywanie pentoz
  1. Próba Tollensa z floroglucyną

W reakcji kwasu solnego z pentozami powstaje furfural, który tworzy z floroglucyną związek o barwie wiśniowofiołkowej. Natomiast z 5-hydroksymetylenofurfuralem 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 2 ml stężonego HCl i 5 kropel etanolowego roztworu floroglucyny. Ogrzewać na łaźni wodnej.

W obecności pentoz powstaje związek o wiśniowofioletowej barwie, a heksoz – żółtej lub brązowej.


  1. Próba Biala

Pentozy ogrzewane ze stężonym kwasem solnym odwadniają się do furfuralu, który z orcyną


i jonami Fe3+ 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 0,2% roztworu orcyny w 20% HCl oraz kroplę 1% roztworu FeCl3 i wymieszać. Wstawić probówkę do wrzącej łaźni wodnej.

W obecności pentoz powstaje zielononiebieskie zabarwienie produktu kondensacji furfuralu z orcyną.



  1. Odróżnienie papieru gazetowego od bibuły



Wykonanie: Nanieść na bibułę i gazetę po kropli stężonego HCl, a następnie w to samo miejsce nałożyć kroplę floroglucyny. Zapisać obserwacje i uzasadnić otrzymane wyniki.

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 Hydroliza sacharozy

Wykonanie: Do 2 ml roztworu sacharozy dodać kilka kropli rozcieńczonego HCl i ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej przez 7 minut. Następnie roztwór podzielić na 2 próbówki i do jednej z nich wprowadzić 1 ml 10% NaOH. Do obydwu próbówek wprowadzić po 1 ml roztworu kwasu pikrynowego i zagotować na łaźni wodnej. Obserwacje zapisać i uzasadnić otrzymane wyniki.

Wpływ zasad na cukry



W środowisku obojętnym i kwaśnym cząsteczki cukrów (powyżej 4 atomów C) 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). Oligo- 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 +2 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.



Utlenianie ketoz, jest procesem bardziej złożonym, bowiem jego produktem jest mieszanina kwasów.


Dla przeprowadzenia prób redukcyjnych przygotowuje się odpowiednią mieszaninę reakcyjną.
W tym celu w próbie Fehlinga do siarczanu (VI) miedzi (II) dodaje się roztworu NaOH, 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 Cu2+ (w próbie Fehlinga - winian sodowo potasowy, a w próbie Benedicta - cytrynian trójsodowy).


Cukry 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 2) 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 NaOH !!!!!!, natomiast do próbówki nr 2 0,5 ml wody destylowanej. Próbówki ogrzewać przez 5 minut we wrzącej łażni wodnej. Po ochłodzeniu do każdej próbówki dodać 1 ml 1ml rozcieńczonego HCl i 2-3 krople etanolowego roztworu rezorcyny. Po zmieszaniu wstawić do wrzącej łaźni wodnej i gotować przez około 30–60 sekund.
Zapisać obserwacje i uzasadnić otrzymane wyniki. Spróbować zapisać zachodzące w roztworze reakcje na wzorach.
Ćw. 8 Próba Moora.
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 brunatno- czerwoną 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% NaOH i ogrzewać przez 2-5 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 +2 na +1. analogicznie jak w próbie Fehlinga. Odczyn Benedicta jest jednak od niej bardziej swoisty i czuły, dlatego stosuje się 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 Cu2O z niebieskim zabarwieniem odczynnika.

Barwa Osad 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 > 2,0
Wykonanie: Do 1 ml odczynnika Benedicta dodać 3-8 kropli badanego roztworu i wstawić na 3 minuty do wrzącej łaźni wodnej.

Odczynnik 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 CuSO4 x 5 H2O. Mieszaninę uzupełnić w kolbie miarowej do 1000 ml.

Ćw. 10 Reakcja z kwasem pikrynowym

Cukry w środowisku zasadowym redukują. kwas pikrynowy (pikrynian sodu), który w tych warunkach tworzy czerwony pikraminian sodu.





Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 1 ml nasyconego roztworu kwasu pikrynowego i 0,5 ml 10% roztworu NaOH 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 2 ml wody destylowanej dodać 4 krople 0,1% wodnego roztworu błękitu metylenowego i kroplę 10% NaOH. Ogrzać 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.

Ćw. 12 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 Cu2O w próbie po 3 min. ogrzewania potwierdza obecność monosacharydu, a gdy powstaje on po kilkunastu minutach dowodzi obecności disacharydu redukującego.




Reakcje charakterystyczne dla poszczególnych cukrów


Ćw. 13 Próba Wöhlkego
Ogrzewając roztwór laktozy lub maltozy z amoniakiem w obecności KOH 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% KOH. 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. Obserwowana 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. Ogrzewanie 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.


Wykonanie: Do 1 ml badanego roztworu dodać 3 krople J2 w KJ. W obecności skrobi powstaje ciemnoniebieskie zabarwienie.

Otrzymywanie osazonów

Cukry 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 reakcji z fenylohydrazyna tworzy sie fenylohydrazon, w wyniku dalszej reakcji z dwiema cząsteczkami fenylohydrazyny powstaje osazon. Cukry różniące sie tylko ugrupowaniami przy C-1 i C-2, np. glukoza, fruktoza i mannoza dają w związku z tym identyczne osazony.


Ćw. 15 Otrzymywanie osazonu
Wykonanie: Do probówek wprowadzić po 1,5 ml roztworu badanych cukrów oraz 250 mg mieszaniny chlorowodorku fenylohydrazyny i octanu sodu (w stosunku wagowym 2:3). 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). Osad 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 –OH (glukoza, fruktoza, woda)

Ćw.2 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

  1. Próba Tollensa z floroglucyną (arabinoza, glukoza, fruktoza)

  2. Próba Biala (arabinoza)

  3. Odróżnienie papieru gazetowego od bibuły (podane w instrukcji)


Ćw. 6 Hydroliza 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. 12 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 Otrzymywanie osazonu



Zagadnienia do ćwiczeń


  1. Węglowodany - definicja, wzór ogólny i podział.

  2. 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. Cukry posiadające właściwości redukujące - przykłady.

  8. Definicje: racemat, anomeria, węgiel chiralny, mutarotacja, enancjomery, diastereoizomery, epimery, glikozydy, wiązanie glikozydowe, szereg konfiguracyjny D i L.

Cześć druga

Identyfikacja nieznanego cukru w roztworze

Otrzymany 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 MOLISHA






-

+

PRÓBA Z JODEM


+

-


-

PRÓBA BENEDICTA

Skrobia


PRÓBA

SELIWANOWA


+


PRÓBA BARFOEDA



+

-





+

-

Sacharoza


PRÓBA TOLLENSA Z FLOROGLUCYNĄ

PRÓBA WOHLKEGO





+



-

-

+



Laktoza

Maltoza

Glukoza

Galaktoza

Fruktoza

Ksyloza




PRÓBA

SELIWANOWA



-

+


Fruktoza
Glukoza

Galaktoza

WĘGLOWODANY – ANALIZA JAKOŚCIOWA

...................................................

..................................................

..................................................

Imię i Nazwisko

Grupa .............



Data .............


Reakcja/Próba

Roztwór do analizy nr ........

WYNIK PRÓBY

OBSERWACJE

WNIOSKI

Próba Molischa










Próba z jodem


























































Analizowanym roztworem cukrowca jest: …………………………………………………….



Reakcja/Próba

Roztwór do analizy nr ........

WYNIK PRÓBY

OBSERWACJE

WNIOSKI

Próba Molischa










Próba z jodem


























































Analizowanym roztworem cukrowca jest: …………………………………………………….








©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość