Wydział: BiNoŻ

Kierunek: TŻ

Grupa: 1.

Semestr: 5.

Termin zajęć: 30.10.2009 r. (piątek)

Godzina zajęć: 8-12

Ćwiczenie Nr 3

SACHARYDY

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami redukującymi cukrów, działaniem kwasów i zasad na sacharydy oraz wybranymi właściwościami fizykochemicznymi wielocukrów.

2. Część teoretyczna

Węglowodany (sacharydy, cukry) to, jak sama nazwa wskazuje, związki węgla i wody.

Ze względu na budowę chemiczną sacharydy dzieli się na:

• monosacharydy, które nie ulegają hydrolizie do prostszych związków (np. arabinoza, glukoza, fruktoza)

• disacharydy, których cząsteczki hydrolizują do dwóch cząsteczek monosacharydu
  (np. maltoza, sacharoza)

• polisacharydy, których cząsteczki hydrolizują do wielu cząsteczek monosacharydów (np. skrobia)

Obok licznych grup wodorotlenowych, niektóre sacharydy posiadają grupę aldehydową (aldozy) lub ketonową (ketozy). Węglowodany zawierające wolną grupę karbonylową określa się mianem cukrów redukujących. W środowisku zasadowym występują one w formie łańcuchowej i dają pozytywny odczyn w reakcjach z odczynnikiem Benedicta, Fehlinga
i Tollensa.

Pod wpływem kwasów mineralnych, cukry ulegają częściowej dehydratacji tworząc związki cykliczne. Produktem odwodnienia pentoz jest furfural, natomiast heksozy dają
w wyniku tej reakcji 5-hydroksymetylenofurfural.

Furfuralowe pochodne tworzą barwne produkty z pochodnymi fenolowymi.
Do oznaczania cukrów wykorzystuje się między innymi takie związki aromatyczne, jak: naftol, tymol, antron, rezorcyna, orcyna, floroglucyna, benzydryna.

W zależności od pH roztworu, cząsteczki cukrów mogą występować w formie cyklicznej (w środowisku kwaśnym) lub łańcuchowej (w środowisku alkalicznym).

Cząsteczki sacharydów mogą zawierać od trzech do nawet dziesięciu atomów węgla. Najczęściej występujące formy węglowodanów to pentozy i heksozy, czyli cukry zawierające pięć i sześć atomów węgla w cząsteczce.

3. Część doświadczalna

3.1. Działanie kwasów na sacharydy - odczyn Molischa z α-naftolem

3.1.1. Sposób wykonania doświadczenia

Do probówki zawierającej 1 cm³ glukozy dodano dwie krople α-naftolu i wymieszano. Następnie, po ściance przechylonej probówki, dodano 1 cm³ stężonego kwasu siarkowego.

3.1.2. Obserwacje

Po ostrożnym dodaniu do probówki stężonego kwasu siarkowego na granicy faz utworzył się fioletowy pierścień.

3.1.3. Wnioski

Reakcja z α-naftolem pozwala na wykrycie w próbie obecności sacharydów.

Monosacharydy ulegają odwodnieniu na skutek reakcji ze stężonym kwasem tworząc furfural lub 5-hydroksymetylenofurfural. Związki te kondensują z α-naftolem tworząc czerwono-fioletowy produkt.

Glukoza 5-hydroksymetylenofurfural

3.2. Działanie kwasów na sacharydy - próba z tymolem.

3.2.1. Sposób wykonania doświadczenia

Do probówki zawierającej 1 cm³ roztworu glukozy dodano cztery krople 3% roztworu tymolu oraz 2 cm³ stężonego kwasu solnego. Następnie probówkę wstawiono do wrzącej łaźni wodnej na pięć minut.

3.2.2. Obserwacje

Po dodaniu odczynników i ogrzaniu próba zabarwiła się na kolor różowo-czerwony.

3.2.3. Wnioski

Reakcja z użyciem tymolu pozwala na wykrycie sacharydów w roztworze.

Monosacharydy ulegają odwodnieniu na skutek reakcji ze stężonym kwasem tworząc furfural lub 5-hydroksymetylenofurfural. Związki te kondensują z tymolem tworząc
różowo-czerwony produkt.

3.3. Wykrywanie ketoz - próba Seliwanowa

3.3.1. Sposób wykonania doświadczenia

Przygotowano cztery probówki zawierające kolejno po 1 cm³: roztworu glukozy, roztworu fruktozy, roztworu maltozy, roztworu sacharozy. Do każdej z prób dodano po 2 cm³ roztworu kwasu solnego (rozc.1:1) i po jednej kropli 2% roztworu rezorcyny. Wszystkie próby wstawiono do wrzącej łaźni wodnej.

3.3.2. Obserwacje

W probówkach, do których dodano roztwór sacharozy i roztwór fruktozy, po kilku sekundach pojawiło się łososiowe zabarwienie.

Pozostałe próby zabarwiły się na kolor blado-różowy po kilkunastu minutach.

3.3.3. Wnioski

Próba Seliwanowa pozwala na odróżnienie ketoz od aldoz, ponieważ jedynie ketozy ulegają odwodnieniu w obecności rozcieńczonego roztworu kwasu solnego, w czasie ogrzewania w temperaturze 100ºC przez 30 sekund. Powstałe związki kondensują z tymolem tworząc różowy produkt.

Odbarwienie roztworu zawierającego sacharozę świadczy o tym, że dwucukier ten zawiera ketozy. W tych warunkach reakcji nastepuje hydroliza wiązania glikozydowego w sacharozie i uwolnienie fruktozy, która ulega reakcji z rezorcyną.

Ketozy ulegają odwodnieniu znaczenie szybciej niż aldozy.

3.4. Wykrywanie pentoz - reakcja Biala

3.4.1. Sposób wykonania doświadczenia

Przygotowano trzy próby zawierające kolejno po 0,5 cm³ roztworów: arabionozy, glukozy, fruktozy. Do każdej z prób dodano po 2 cm³ 0,2% roztworu orcyny i po jednej kropli 1% roztworu chlorku żelaza (III). Wszystkie próby wstawiono do wrzącej łaźni wodnej.

3.4.2. Obserwacje

W wyniku reakcji Biala, próba zawierająca roztwór arabinozy zabarwiła się na kolor zielony.

Próba zawierająca roztwór glukozy zabarwiła się na kolor jasnożółty.

Próba zawierająca roztwór fruktozy zabarwiła się na kolor jasnobrązowy.

3.4.3. Wnioski

Reakcja Biala pozwala na wykrycie pentoz w roztworze.

Furfural powstający w wyniku odwodnienia pentoz w środowisku kwasu solnego, tworzy z orcyną, w obecności jonów żelaza (III), kompleks o zielonym zabarwieniu.

Analogia do poprzedniej reakcji: w środowisku HCl(1:1) szybciej odwodnieniu ulegają pentozy niż heksozy

3.5. Właściwości redukujące sacharydów - próba Fehlinga

3.5.1. Sposób wykonania doświadczenia

Do pięciu probówek dodano po 1 cm³ roztworów Fehlinga I (rozcieńczony roztwór wodny CuSO₄) i Fehlinga II (alkaliczny roztwór wodny winianu sodowo-potasowego). Następnie, do każdej z probówek dodano kolejno po 1 cm³ roztworów: glukozy, fruktozy, maltozy, sacharozy oraz wody. Wszystkie próby wstawiono do wrzącej łaźni wodnej.

3.5.2. Obserwacje

W wyniku reakcji Fehlinga, w probówkach zawierających roztwory: glukozy, fruktozy i maltozy, po około 1 minucie, wytrącił się ceglastoczerwony osad.

Próby zawierające wodę i roztwór sacharozy (pozostało granatowe, niebieskie zabarwienie odczynników Fehlinga).

3.5.3. Wnioski

Próba Fehlinga pozwala na wykrycie cukrów redukujących w roztworze.

Metoda oznaczenia cukrów redukujących w reakcji Fehlinga polega na redukcji soli miedzi (II) (zawartych w płynach Fehlinga) w środowisku alkalicznym przez cukry redukujące.

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO_4­

3.6. Wpływ zasad na sacharydy - próba Moore'a

3.6.1. Sposób wykonania doświadczenia

Do pięciu probówek dodano po 1 cm³ 10% roztworu wodorotlenku sodu. Następnie,
do każdej z probówek dodano kolejno po 1 cm³ roztworów: glukozy, sacharozy, maltozy, skrobi oraz wody. Wszystkie próby wstawiono do wrzącej łaźni wodnej.

3.6.2. Obserwacje

W wyniku reakcji wg Moore'a, próby zawierające roztwory glukozy i maltozy zabarwiły się na kolor karmelowy.

Próba zawierająca roztwór skrobi zabarwiła się na kolor jasnożółty.

Próby zawierające wodę i roztwór sacharozy pozostały bezbarwne.

3.6.3. Wnioski

Próba Moore'a pozwala na wykrycie cukrów redukujących w roztworze.

W środowisku silnie zasadowym, wiązanie enolowe łatwo ulega rozerwaniu, więc
z cukrów mogą wytwarzać się różne pochodne ulegające polimeryzacji. Skutkuje to ciemnieniem roztworów cukru.

W środowisku słabo zasadowym cukry redukujące ulegają enolizacji, zanika asymetria przy węglu C₂ i cukry przechodzą w formy epimeryczne pozostające w równowadze.

3.7. Rozróżnienie monosacharydów od disacharydów - próba Barfoeda

3.7.1. Sposób wykonania doświadczenia

Do dwóch probówek dodano po 2,5 cm³ odczynnika Barfoeda. Następnie do każdej
z probówek dodano kolejno po 0,5 cm³ roztworów: glukozy i maltozy. Próby wstawiono
do wrzącej łaźni wodnej na pięć minut.

3.7.2. Obserwacje

W wyniku reakcji wg Barfoeda, w próbie zawierającej roztwór glukozy wytrącił się czerwony osad.

Próba zawierająca roztwór maltozy pozostała bezbarwna.

3.7.3. Wnioski

Próba Barfoeda pozwala na odróżnienie monocukrów od disacharydów na podstawie reakcji redukcji monosacharydu w środowisku lekko kwaśnym. W tym środowisku monosacharydy łatwo wykazują właściwości redukujące, natomiast dwucukry należy długo ogrzewać w celu rozerwania wiązania glikozydowego.

3.8. Polisacharydy - reakcja skrobi z jodem (ogrzewanie)

3.8.1. Sposób wykonania doświadczenia

Do 2 cm³ roztworu koloidalnego skrobi dodano jedną kroplę roztworu jodu w jodku potasu. Probówkę ogrzano, a następnie ochłodzono.

3.8.2. Obserwacje

Po dodaniu roztworu jodu w jodku potasu do probówki zawierającej skrobię próba zabarwiła się na granatowo.

Ogrzanie probówki spowodowało zanik barwy.

Oziębienie próby wywołało ponowne granatowe zabarwienie.

3.8.3. Wnioski

Skrobia zbudowana jest z dwóch frakcji(wielocukrów): amylozy i amylopektyny. Amyloza tworzy proste łańcuchy zbudowane z cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami
α-1,4-glikozydowymi, natomiast amylopektyna tworzy rozgałęzione łańcuchy zbudowane
z cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami α-1,4-glikozydowymi i α-1,6-glikozydowymi. W efekcie skrobia posiada konfigurację heliksu. Struktura ta warunkuje tworzenie fioletowo-granatowego zabarwienia.((ALE DLACZEGO?)) Ogrzewanie powoduje rozkręcanie się heliksu, co prowadzi do zaniku barwy.

3.9. Polisacharydy - reakcja skrobi z jodem (pH)

3.9.1. Sposób wykonania doświadczenia

Do 2 cm³ roztworu koloidalnego skrobi dodano kilka kropli 1M roztworu wodorotlenku sodu i jedną kroplę roztworu jodu w jodku potasu. Następnie próbę zakwaszono rozcieńczonym roztworem kwasu solnego.

3.9.2. Obserwacje

Po dodaniu do probówki roztworu wodorotlenku sodu roztwór pozostał bezbarwny.

Po zakwaszeniu próby roztwór zabarwił się na kolor granatowy.

3.9.3. Wnioski

W środowisku zasadowym zachodzi reakcja:

I₂ + 2NaOH NaIO + NaI + H₂O

Cząsteczka jodu reaguje z zasadą. Powstałe jony wchodzą w strukturę helisy ale są zbyt małe, aby wytworzyć wiązania wodorowe i utrzymać się wewnątrz helisy, jak to ma miejsce w przypadku cząsteczki jodu ( jest duża), zatem nie pojawia się granatowe zabarwienie roztworu.

W środowisku kwaśnym reakcja przebiega w kierunku odwrotnym:

NaIO + NaI + 2HCl 2NaCl + I₂ + H₂O

Uwolniona cząsteczka jodu tworzy ze skrobią barwny kompleks.

3.10. Odróżnienie bibuły od papieru gazetowego - próba Tollensa

3.10.1. Sposób wykonania doświadczenia

Kawałki papieru gazetowego i bibuły zwilżono kroplą stężonego roztworu kwasu solnego i kroplą 2% roztworu floroglucyny.

3.10.2. Obserwacje

Po zwilżeniu bibuły i papieru gazetowego roztworem kwasu solnego i roztworem floroglucyny jedynie kawałek papieru zabarwił się na kolor wiśniowy.

3.10.3. Wnioski

Papier gazetowy zawiera polimery pentoz, które pod wpływem stężonych kwasów ulegają hydrolizie (do pojedynczych pentoz) i odwodnieniu, a następnie w wyniku kondensacji z floroglucyną tworzą barwny produkt.

Brak zabarwienia fragmentu bibuły wskazuje na to, że składa się ona niemal wyłącznie z celulozy. Celuloza jest polimerem glukozy, w którym cząsteczki połączone są wiązaniami β-1,4-glikozydowymi, trudnymi do zhydrolizowania. W efekcie nie zachodzi kondensacja z fenolami.

4. Zadanie

4.1. Zadanie - Bazela Marta (próba nr 2)

4.1.1. Wykonane czynności

• odczyn Molischa

• próba Barfoeda

• próba Seliwanowa

4.1.2. Obserwacje

W wyniku reakcji z α-naftolem, w probówce utworzył się czerwono-fioletowy pierścień.

Po przeprowadzeniu próby Barfoeda, z roztworu natychmiast wytrącił się czerwony osad.

Efektem reakcji wg Seliwanowa było powstanie łososiowego zabarwienia roztworu.

4.1.3. Wnioski

Dodatni wynik reakcji Molischa świadczy o tym, że próba zawierała sacharydy.

Wytrącenie czerwonego osadu po przeprowadzeniu próby Barfoeda wskazywało,
że w probówce znajdował się monosacharyd (arabinoza, fruktoza lub glukoza).

Dodatni odczyn w reakcji Seliwanowa potwierdził obecność fruktozy w roztworze.

4.2. Zadanie - Tylak Piotr (próba nr 28)

4.2.1. Wykonane czynności

• odczyn Molischa

• próba Barfoeda

• próba Fehlinga

• próba Seliwanowa

4.2.2. Obserwacje

W wyniku reakcji z α-naftolem, w probówce utworzył się czerwono-fioletowy pierścień.

Po przeprowadzeniu próby Barfoeda, z roztworu nie wytrącił się czerwony osad.

W wyniku próby Fehlinga nie wytrącił się czerwony osad.

Efektem reakcji wg Seliwanowa było powstanie łososiowego zabarwienia roztworu.

4.2.3. Wnioski

Dodatni wynik reakcji Molischa świadczy o tym, że próba zawierała sacharydy.

Brak czerwonego osadu po przeprowadzeniu próby Barfoeda wskazywał, że
w probówce znajdował się disacharyd (maltoza, sacharoza lub skrobia).

Ujemny odczyn próby Fehlinga świadczył o obecności w roztworze cukrów nieredukujących (sacharoza lub skrobia).

Dodatni odczyn w reakcji Seliwanowa potwierdził obecność w roztworze sacharozy, która w swojej budowie zawiera cząsteczki ketozy.

---