Ćwiczenie 9
Cukry proste
WyciÄ…g z kart charakterystyki substancji niebezpiecznych
- Ä…-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 samo\
ywnych w procesie fotosyntezy i chemosyntezy. Ich nazewnictwo chemiczne opiera siÄ™
na ilości atomów węgla w cząsteczce, których mo\
e 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 C H O .
n 2n n
Ze względu na klasyfikacje chemiczną monocukry nale\
ą do polihydroksyketonów lub
polihydroksyaldehydów, w zale\
ności od występującej w cząsteczce grupy ketonowej lub aldehydowej.
Charakterystyczna jest tak\
e obecność w cząsteczce cukru asymetrycznych atomów węgla, które
połączone z 4 ro\
nymi podstawnikami, tworzą tzw. centra chiralności. Efektem tego jest występowanie
cząsteczek cukrów w formach stereoizomerów.
Charakterystyka fizykochemiczna: monosacharydy sÄ… 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 tworzÄ… alditole (np. D-glukoza  sorbitol), z alkoholami
lub fenolami tworzą glikozydy, a z innymi cząsteczkami sacharydów  di-, oligo- lub polisacharydy;
monosacharydy ulegajÄ… tak\
e reakcjom właściwym alkoholom  tworzą estry z kwasami (np. glukozo-6-
fosforan), utleniajÄ… siÄ™ do kwasu uronowego (np. kwas glukuronowy). WchodzÄ… tak\
e 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 stę\
onych 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 sÄ… wykorzystywane do identyfikacji,
ró\
nicowania i oznaczeń ilościowych cukrów.
Dehydratacja
H (lub
CH2OH)
OH H (lub CH2OH)
OH
HC CH H +
HC C
O
- 3 H2O C
HC
CH OH HC
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, gdy\
jej dodatni wynik mo\
e równie\
świadczyć o obecności aldehydów i ketonów.
1
odczynniki: 1% glukoza, 20% ą-naftol w 95% etanolu (przechowywać w ciemności w temp.
pokojowej), stÄ™\
. H SO
2 4
sprzęt: 1 probówka szklana długa, pipeta szklana, pipety automatyczne, worteks
wykonanie: do 1 ml roztworu glukozy dodać 0,5 ml świe\
o przygotowanego roztworu Ä…-naftolu i
wymieszać. Następnie podwarstwić 1 ml stę\
onego H SO , nie mieszać (do pipetowania
2 4
stÄ™\
onego H SO u\
ywać szklanej pipety Pasteur a). Na granicy faz pojawia się fiołkowo-
2 4
malinowe zabarwienie.
O
OH
C H
O
2
+
OH
C
O
H lub (
CH2OH)
O
furfural lub
H lub (
CH2OH)
hydroksymetylenofurfural
Ä… -naftol
fiolkowomalinowy
1.2 Reakcja Taubera (kondensacja z benzydynÄ…  aminÄ… aromatycznÄ…)
odczynniki: 0,5% arabinoza, 1% glukoza, 4% benzydyna w lodowatym kwasie octowym
sprzęt: 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 dajÄ… zabarwienie czerwone, a heksozy \
ółte lub brunatne.
O
C H
H H
- 3 H2O
N C
H2N NH2 2 O N H
+
H C
O
O
lub (
CH2OH)
lub (
CH2OH)
H lub (
CH2OH)
benzydyna
furfural lub
czerwony (lub zóltobrunatny)
hydroksymetylenofurfural
1.3 Reakcja Seliwanowa (kondensacja z rezorcynÄ…  fenodiol)
Pozwala na odró\
nienie aldoz od ketoz. Wa\
ne jest zachowanie odpowiednich warunków reakcji, tzn.:
stÄ™\
enie u\
ytego kwasu solnego powinno wynosić 12% a czas ogrzewania - 30 sekund. W tych warunkach
ketozy przechodzÄ… w hydroksymetylenofurfural, natomiast aldozy pozostajÄ… niezmienione. Je\
eli u\
yje siÄ™
bardziej stÄ™\
onego kwasu lub wydłu\
y czas ogrzewania, to wówczas aldozy równie\
ulegajÄ… dehydratacji i
dają odczyn dodatni  pojawia się czerwono-wiśniowe zabarwienie.
odczynniki: 0,5% fruktoza, 1% glukoza, stÄ™\
ony HCl, rezorcyna kryst
sprzęt: 3 probówki szklane długie, pipety automatyczne, łaz
nia wodna, szpatułka, stoper, worteks
wykonanie: 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 stę\
onego HCl
(otrzymuje się roztwór o stę\
eniu 12%), ogrzać do wrzenia w łaz
ni 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 łaz
ni wodnej. Porównać wyniki dla obu roztworów cukrów.
2
O
C H
O
O
HO
HO OH
O
+
2
H lub ( O
CH2OH)
rezorcyna
furfural lub H lub (
CH2OH)
hydroksymetylenofurfural
czerwonowisniowy
1.4 Odczyn Fehlinga
W odczynie Fehlinga redukcji ulegajÄ… jony miedzi z Cu2+ do Cu+. U\
ywa się odczynnika Fehlinga I, który
zawiera CuSO oraz odczynnika Fehlinga II, który zawiera NaOH i winian sodowo-potasowy. Winian
4
sodowo-potasowy zapobiega wytrÄ…caniu siÄ™ osadu Cu(OH) , co mo\
e mieć miejsce przy małym stę\
eniu
2
cukru. Sól ta wią\
e jony Cu2+ tworząc kompleksową sól kwasu winowego.
odczynniki: 1% glukoza, odczynnik Fehlinga I i II
sprzęt: 2 długie probówki, palnik, worteks, pipety automatyczne
wykonanie: 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 Cu O.
2
CuSO + 2NaOH Cu(OH) + Na SO
4 2 2 4
COONa
COONa
HO
HC OH
HC O
2 H2O
Cu
+ Cu +
HC O
OH HO
HC
COOK
COOK
O O COONa
COONa
C H
C OH HC OH
HC O
+ H2O
Cu + Cu2O
+ +
CHOH
CHOH
O
HC
HC OH
cz e rw ony o
R os ad
COOK
COOK R
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.
odczynniki: 1% glukoza, odczynnik Nylandera
sprzęt: probówka szklana długa, łaz
nia wodna, worteks, pipety automatyczne
wykonanie: do 5 ml 1% roztworu glukozy dodać kilka kropel odczynnika Nylandera, wymieszać i
wstawić do wrzącej łaz
ni wodnej na 5 min. WytrÄ…ca siÄ™ czarny osad metalicznego bizmutu
Bi(OH) NO + KOH Bi(OH) + KNO
2 3 3 3
Bi 3+
Bi(OH)3 3 OH -
+
3
O O
+ 2 Bi(OH)3
3 C H + 3 C
OH + 2 Bi 0 + 3 H2O
+ +
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
C O
O O
+
2 O
H
H lub ( O
CH2OH)
furfural lub H lub (
CH2OH)
hydroksymetylenofurfural
antron
zielononiebieski
odczynniki: 1% glukoza (roztwór wzorcowy), próbki badane (roztwory cukru o nieznanym
stÄ™\
eniu), odczynnik antronowy
sprzęt: 20 probówek szklanych krótkich, szklana bagietka, pipety automatyczne, worteks, łaz
nia
wodna, czytnik do płytek titracyjnych, papier milimetrowy, stoper
wykonanie:
a) w krótkich szklanych probówkach przygotować zgodnie z tabelą wzrastające stę\
enia
roztworu wzorcowego do krzywej kalibracyjnej oraz dwa roztwory z próbek o
nieznanym stÄ™\
eniu cukru; roztwory po przygotowaniu wymieszać.
Próbka Obj. roztworu Obj. wody Stę\
enie cukru A
600
badana (mg/ml)
wzorcowego (µl) (µl)
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 Stę\
enie
600
badanej próbki cukru (mg/ml)
wody (µl)
(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 ostro\
nie dodawać, mieszając bagietką
szklaną, 0,25 ml badanego roztworu. Całość umieścić we wrzącej łaz
ni wodnej lna 10
minut, po wyjęciu oziębić pod bie\
Ä…cÄ… wodÄ…. Z ka\
dej probówki przenieść po 100 µl
mieszaniny do dołków w płytce titracyjnej i zmierzyć wartość absorbancji przy  = 600
nm wobec próby ślepej przy u\
yciu czytnika do płytek titracyjnych. Wyniki stę\
enia
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% að-naftol w
95% etanolu, stÄ™\
ony H SO , stÄ™\
ony HCl, rezorcyna kryst., odczynnik Fehlinga I i II, odczynnik Nylandera,
2 4
odczynnik antronowy  40 mg antronu w 25 ml stÄ™\
onego H SO .
2 4
5