Cukry proste
Wyciąg z kart charakterystyki substancji niebezpiecznych
-
α-naftol – T+
-
etanol 96% – F
-
kwas siarkowy – C
-
benzydyna – T, N, R/M1
-
kwas octowy – C
-
kwas solny – C
-
odczynniki Fehlinga I – N
-
odczynniki Fehlinga II – C
-
odczynnik Nylandera – C
-
rezorcyna – Xn, N
Cukry proste (monosacharydy, jednocukry) to najprostsze węglowodany. Są one syntetyzowane w organizmach samoŜywnych w procesie fotosyntezy i chemosyntezy. Ich nazewnictwo chemiczne opiera się na ilości atomów węgla w cząsteczce, których moŜe być od 3 do 8. Stąd mówimy o triozach posiadających 3 atomy węgla i konsekwentnie o tetrozach, pentozach (zwyczajowe nazwy: arabinoza, ksyloza, ryboza), heksozach (zwyczajowo: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza), heptozach i oktozach, które mają odpowiednio 4, 5, 6, 7 i 8 atomów węgla. Ogólny, sumaryczny wzór cząsteczki monosacharydu to CnH2nOn.
Ze względu na klasyfikacje chemiczną monocukry naleŜą do polihydroksyketonów lub polihydroksyaldehydów, w zaleŜności od występującej w cząsteczce grupy ketonowej lub aldehydowej.
Charakterystyczna jest takŜe obecność w cząsteczce cukru asymetrycznych atomów węgla, które połączone z 4 roŜnymi podstawnikami, tworzą tzw. centra chiralności. Efektem tego jest występowanie cząsteczek cukrów w formach stereoizomerów.
Charakterystyka fizykochemiczna: monosacharydy są substancjami krystalicznymi, bez zapachu, o słodkim smaku. Dobrze rozpuszczają się w wodzie a słabo w alkoholu etylowym. Dają reakcje właściwe aldehydom i ketonom, np. redukują odczynniki Tollensa i Fehlinga, utleniając się do kwasów aldonowych (D-glukoza do kwasu D-glukonowego), redukowane tworzą alditole (np. D-glukoza — sorbitol), z alkoholami lub fenolami tworzą glikozydy, a z innymi cząsteczkami sacharydów — di-, oligo- lub polisacharydy; monosacharydy ulegają takŜe reakcjom właściwym alkoholom — tworzą estry z kwasami (np. glukozo-6-fosforan), utleniają się do kwasu uronowego (np. kwas glukuronowy). Wchodzą takŜe w skład glikolipidów, glikoprotein oraz kwasów nukleinowych.
Literatura:
„Biochemia” J. Berg, J. Tymoczko, L. Stryer, PWN, 2005
„Biochemia Harpera” R.K. Murray i in., Wydanictwo Lekarskie PZWL, 2006
1. Analiza jakościowa monosacharydów
Reakcje kondensacji
Pod wpływem stęŜonych kwasów nieorganicznych cukry ulegają dehydratacji z utworzeniem pochodnych furfuralowych, przy czym heksozy tworzą 5-hydroksymetylenofurfural, a pentozy – furfural. Powstałe związki kondensują z fenolami, chinonami czy aminami aromatycznymi tworząc połączenia triarylometanowe o charakterystycznym zabarwieniu. Reakcje te są wykorzystywane do identyfikacji, róŜnicowania i oznaczeń ilościowych cukrów.
Dehydratacja
OH H (lub
CH OH)
H (lub
CH OH)
2
2
HC
CH
OH
H +
HC
C
O
HC
CH
OH
- 3 H O
2
HC
C
O
O
OH C
C
H
H
pentoza (lub heksoza)
furfural (lub 5-hydroksymetylenofurfural)
1.1 Reakcja Molischa (kondensacja z fenolem)
Jest to najbardziej ogólna reakcja wykrywająca cukry i to zarówno te wolne jak i związane. Jest jednak mało specyficzna, gdyŜ jej dodatni wynik moŜe równieŜ świadczyć o obecności aldehydów i ketonów.
1
dczynniki : 1% glukoza, 20% α-naftol w 95% etanolu (przechowywać w ciemności w temp.
pokojowej), stęŜ. H2SO4
s
przęt : 1 probówka szklana długa, pipeta szklana, pipety automatyczne, worteks w
ykonanie : do 1 ml roztworu glukozy dodać 0,5 ml świeŜo przygotowanego roztworu α-naftolu i wymieszać. Następnie podwarstwić 1 ml stęŜonego H2SO4, nie mieszać (do pipetowania stęŜonego H2SO4 uŜywać szklanej pipety Pasteur’a). Na granicy faz pojawia się fiołkowo-malinowe zabarwienie.
O
OH
C
H
2
+
O
O
C
OH
H lub (
CH OH)
2
O
furfural lub
H
lub (
CH OH)
hydroksymetylenofurfural
2
α − naftol
fiolkowomalinowy
1.2 Reakcja Taubera (kondensacja z benzydyną – aminą aromatyczną) o
dczynniki : 0,5% arabinoza, 1% glukoza, 4% benzydyna w lodowatym kwasie octowym s
przęt : 2 probówki szklane długie, pipety automatyczne, worteks wykonanie: do dwóch probówek odpipetować po 0,5 ml roztworu benzydyny. Do jednej probówki dodać 1 ml roztworu arabinozy, a do drugiej 1 ml roztworu glukozy, wymieszać i ogrzewać do wrzenia. Pentozy w tych warunkach dają zabarwienie czerwone, a heksozy Ŝółte lub brunatne.
O
C
H
H
H
- 3 H O
2
H N
NH
2 O
+
H
C
N
N
C
H
2
2
O
O
lub (
CH OH)
2
H lub (
CH OH)
lub (
CH OH)
2
2
benzydyna
furfural lub
czerwony (lub zóltobrunatny)
hydroksymetylenofurfural
1.3 Reakcja Seliwanowa (kondensacja z rezorcyną – fenodiol) Pozwala na odróŜnienie aldoz od ketoz. WaŜne jest zachowanie odpowiednich warunków reakcji, tzn.: stęŜenie uŜytego kwasu solnego powinno wynosić 12% a czas ogrzewania - 30 sekund. W tych warunkach ketozy przechodzą w hydroksymetylenofurfural, natomiast aldozy pozostają niezmienione. JeŜeli uŜyje się bardziej stęŜonego kwasu lub wydłuŜy czas ogrzewania, to wówczas aldozy równieŜ ulegają dehydratacji i dają odczyn dodatni – pojawia się czerwono-wiśniowe zabarwienie.
o
dczynniki : 0,5% fruktoza, 1% glukoza, stęŜony HCl, rezorcyna kryst s
przęt : 3 probówki szklane długie, pipety automatyczne, łaźnia wodna, szpatułka, stoper, worteks w
ykonanie : do pierwszej probówki odpipetowć 1 ml roztworu fruktozy, a do drugiej i trzeciej probówki po 1 ml roztworu glukozy. Do wszystkich probówek dodać po 0,5 ml stęŜonego HCl (otrzymuje się roztwór o stęŜeniu 12%), ogrzać do wrzenia w łaźni wodnej, a następnie probówki pierwszą i drugą utrzymywać we wrzeniu przez 30 sekund, natomiast probówkę trzecią utrzymywać we wrzeniu przez 3 min. Mieszaniny ostudzić, dodać kilka kryształków rezorcyny i ogrzać do wrzenia w łaźni wodnej. Porównać wyniki dla obu roztworów cukrów.
2
C
H
O
O
HO
HO
OH
O
2
+
H lub (
CH OH)
O
2
rezorcyna
furfural lub
H lub (
CH OH)
2
hydroksymetylenofurfural
czerwonowisniowy
1.4 Odczyn Fehlinga
W odczynie Fehlinga redukcji ulegają jony miedzi z Cu2+ do Cu+. UŜywa się odczynnika Fehlinga I, który zawiera CuSO4 oraz odczynnika Fehlinga II, który zawiera NaOH i winian sodowo-potasowy. Winian sodowo-potasowy zapobiega wytrącaniu się osadu Cu(OH)2, co moŜe mieć miejsce przy małym stęŜeniu cukru. Sól ta wiąŜe jony Cu2+ tworząc kompleksową sól kwasu winowego.
odczynniki: 1% glukoza, odczynnik Fehlinga I i II
s
przęt : 2 długie probówki, palnik, worteks, pipety automatyczne w
ykonanie : w jednej probówce zmieszać 0,5 ml odczynnika Felinga I i 0,5 ml odczynnika Felinga II. Do drugiej probówki nalać 1 ml roztworu glukozy. Zawartość obu probówek ogrzewać do wrzenia. Oba roztwory zlać razem. Występuje zabarwienie lub brunatnoczerwony osad wydzielonego Cu2O.
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na 2SO4
COONa
COONa
HC
OH
HO
HC
O
+
Cu
Cu
2 H O
+
2
HC
OH
HO
HC
O
COOK
COOK
COONa
O
O
COONa
HC
O
C
H
+ H O
C
OH
HC
OH
Cu
2
+
+
+
Cu O
2
HC
O
CHOH
CHOH
HC
OH
c z e rw o n y o
COOK
R
R
COOK
o s a d
1.5 Odczyn Nylandera
Odczynnik Nylandera zawiera zasadowy azotan bizmutu, KOH i winian sodowo-potasowy, który spełnia tu tę samą rolę, co w odczynie Felinga i co cytrynian w odczynie Benedicta. Pod wpływem cukrów redukcji ulega Bi3+ do Bi0.
o
dczynniki : 1% glukoza, odczynnik Nylandera
s
przęt : probówka szklana długa, łaźnia wodna, worteks, pipety automatyczne w
ykonanie : do 5 ml 1% roztworu glukozy dodać kilka kropel odczynnika Nylandera, wymieszać i wstawić do wrzącej łaźni wodnej na 5 min. Wytrąca się czarny osad metalicznego bizmutu Bi(OH)2NO3 + KOH → Bi(OH)3 + KNO3
Bi(OH)
Bi 3+ +
3 OH -
3
3
O
3 C
H
+
+ 2 Bi(OH)
3 C
3
OH +
+ 2 Bi 0
+
+ 3 H O
2
winian
Na-K
R
R
czarny osad
glukoza
kwas glukonowy
2. Oznaczanie ilościowe monocukrów
Metoda antronowa
Jest to kolorymetryczna metoda oznaczania zawartości cukru w roztworze wykorzystująca powstawanie kompleksów pomiędzy furfuralowymi i hydroksymetylenofurfuralowymi pochodnymi cukrów a antronem.
Powstający kompleks o barwie niebiesko-zielonej ma maksimum absorpcji przy długości fali 600 nm. Jest to metoda niestechiometryczna więc wymaga sporządzenia krzywej kalibracyjnej.
O
C
H
H
H
O
O
C
O
2
+
O
H
H lub (
CH OH)
O
2
furfural lub
H
lub (
CH OH)
2
antron
hydroksymetylenofurfural
zielononiebieski
o
dczynniki : 1% glukoza (roztwór wzorcowy), próbki badane (roztwory cukru o nieznanym stęŜeniu), odczynnik antronowy
s
przęt : 20 probówek szklanych krótkich, szklana bagietka, pipety automatyczne, worteks, łaźnia wodna, czytnik do płytek titracyjnych, papier milimetrowy, stoper
w
ykonanie :
a) w krótkich szklanych probówkach przygotować zgodnie z tabelą wzrastające stęŜenia roztworu wzorcowego do krzywej kalibracyjnej oraz dwa roztwory z próbek o nieznanym stęŜeniu cukru; roztwory po przygotowaniu wymieszać.
Próbka
Obj. roztworu
Obj. wody
StęŜenie cukru
A 600
badana
wzorcowego (µl)
(µl)
(mg/ml)
∅
0
1000
1
5
995
2
10
990
3
20
980
4
30
970
5
40
960
6
50
950
7
60
940
Obj. próbki
Obj.
Rozcieńczenie
A 600
StęŜenie
badanej
wody (µl)
próbki
cukru (mg/ml)
(µl)
P1
50
950
P2
50
950
4
b) do 12-stu krótkich szklanych probówek odmierzyć 1,25 ml odczynnika antronowego i przy oziębianiu w zlewce z zimną wodą ostroŜnie dodawać, mieszając bagietką szklaną, 0,25 ml badanego roztworu. Całość umieścić we wrzącej łaźni wodnej lna 10
minut, po wyjęciu oziębić pod bieŜącą wodą. Z kaŜdej probówki przenieść po 100 µl mieszaniny do dołków w płytce titracyjnej i zmierzyć wartość absorbancji przy λ = 600
nm wobec próby ślepej przy uŜyciu czytnika do płytek titracyjnych. Wyniki stęŜenia cukru dla badanych próbek odczytać w mg/ml z wykreślonej krzywej kalibracyjnej.
Odczynniki:
0,5% arabinoza, 0,5% fruktoza, 1% glukoza, 4% benzydyna w lodowatym kwasie octowym, 20% -naftol w 95% etanolu, stęŜony H2SO4, stęŜony HCl, rezorcyna kryst., odczynnik Fehlinga I i II, odczynnik Nylandera, odczynnik antronowy – 40 mg antronu w 25 ml stęŜonego H2SO4.
5