Węglowodany są to alkohole wielowodorotlenowe zawierające w swoim składzie grupę funkcyjną aldehydową lub ketonową.

Grupa aldehydowa, decyduje o właściwościach

redukujących jest wykorzystana w badaniach do odróżnienia cukru prostego (glukoza, fruktoza) z dwucukrem (sacharoza).

Reakcje charakterystyczne węglowodanów

Próba Molischa - reakcja służąca do wykrywania cukrów (α-naftol w etanolu).

Kwas siarkowy (VI) przeprowadza monosacharydy odpowiednio : pentozy w furfural, heksozy w hydroksymetylenofurfural, wielocukry i oligosacharydy hydrolizuje do monosacharydów i przeprowadza w formy cykliczne j.w.

Powstały furfural i hydroksymetylenofurfural kondensują z α-naftolem tworząc produkty o barwie czerwonofioletowej.

Wykonanie

Do probówki wlać 1 cm³ badanego roztworu, dodać 3-4 krople odczynnika Molischa, wymieszać i wlać ostrożnie po ściance probówki 1 cm³ stężonego kwasu siarkowego. Na granicy faz pojawi się czerwono-fioletowe zabarwienie.

Pozytywny wynik próby Molischa z α-naftolem

Próba tymolowa

Próba tymolowa jest ogólną reakcją na cukry. Daje ona reakcję dodatnią zarówno z cukrami wolnymi jak i związanymi.

Pod wpływem działania silnych kwasów na heksozy tworzą się hydroksymetylenofurfurale,

Powstający barwny produkt jest wynikiem reakcji kondensacji pochodnych furfurolowych z tymolem.

Wykonanie

Do probówki wlać ok. 0,5 ml 1 % roztworu badanego, dodać 4 krople 3 % etanolowego roztworu tymolu, a następnie około 5 ml stężonego HCl lub H₂SO₄.

Na granicy obu cieczy powstaje pomarańczowy lub brunatny pierścień.

Próbę wstawić na 1 min do wrzącej łaźni wodnej. Próba zawierająca cukier zabarwia się na kolor czerwony lub czerwonobrunatny.

Materiały i odczynniki:

• probówki

• próba badana

• odczynnik tymolowy

• stężony kwas siarkowy lub solny

Próba Fehlinga

służy do wykrywania cukrów redukujących (większość cukrów, oprócz np. sacharozy).

Do badanego roztworu dodaje się równe ilości roztworu siarczanu miedzi i alkalicznego roztworu winianu sodu.

Całość gotuje się, a ewentualna obecność ceglastoczerwonego osadu tlenku miedzi świadczy o obecności cukru redukującego.

Próba Fehlinga jest właściwie zmodyfikowaną próbą Trommera, różnica polega na tym, że w tej próbie wodorotlenek miedzi(II) jest w postaci kompleksu z winianem, przez co jest lepiej rozpuszczalny i reaktywniejszy.

Do opisu reakcji można zastosować równanie :

2 Cu(OH)₂ + RCHO + OH^- → Cu₂O + RCOO^- + 2 H₂O

Próba obecnie została wyparta przez próbę Benedicta.

Wykonanie

Fehling I-siarczan miedzi,

FehlingII-winian sodowo-potasowy i wodorotlenek sodu

A. Do probówki wlewamy 0.5 cm³ płynu Fehlinga I

i 0,5 cm³ płynu Fehlinga II.

Zawartość mieszamy i dodajemy 0,5 cm³ badanego roztworu, ponownie mieszamy i wstawiamy probówkę do gorącej łaźni wodnej.

Po paru minutach obserwujemy wynik i wyciągamy

stosowne wnioski.

W przypadku obecności glukozy w reakcji z płynem Fehlinga pojawi się w probówce czerwony osad Cu₂O.

Zachodzą reakcje oksydoredukcyjne, w których miedź zostaje zredukowana z dwu- do jednowartościowej, a grupa aldehydowa glukozy utleniona do grupy karboksylowej.

CuSO₄ +2NaOH → Cu(OH)₂ +Na₂SO₄

B. Do probówki wlewamy 0,5 cm³ badanego roztworu, dodajemy 0,25 cm³ roztworu rozcieńczonego HCl i ogrzewamy przez parę minut.

Roztwór oziębiamy i dolewamy0,25 cm³ rozcieńczonego roztworu NaOH.

Następnie dolewamy 0,5 cm³ świeżo zmieszanych

płynów Fehlinga I i II.

Probówkę wstawiamy do gorącej łaźni i po chwili obserwujemy wynik reakcji.

W przypadku obecności sacharozy, która jest zbudowana z cząsteczki α-D-glukozy i β-Dfruktozy powstaje mostek tlenowy między pierwszym atomem węgla glukozy i drugim atomem węgla fruktozy tzn. grupą aldehydową glukozy i ketonową fruktozy.

Grupy aldehydowe cząsteczek glukozy biorą udział w tworzeniu wiązań, czyli blokują wolną grupę aldehydową. Stąd sacharoza po rozpuszczeniu w wodzie nie wykazuje właściwości redukujących.

Celem odblokowania grupy aldehydowej należy doprowadzić do rozerwania wiązań pomiędzy cząsteczkami poszczególnych cukrów prostych.

Reakcja ta zachodzi w podwyższonej temperaturze, pod wpływem rozcieńczonego roztworu HCl.

_HCl

C₁₂H₂₂O₁₁ → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

Sacharoza → glukoza + fruktoza

Wyjątek stanowią disacharydy, zawierające wiązania

1-4, np. - maltoza zbudowana z dwóch cząsteczek

α-D-glukozy, która ma wiązanie między glikozydowym atomem węgla jednej cząsteczki, a grupą hydroksylową czwartego atomu węgla drugiej cząsteczki.

Wolna nie zablokowana grupa aldehydowa maltozy może przejść z formy glikozydowej w formę aldehydową. Tłumaczy to zdolności redukujące tego rodzaju disacharydów.

Próba Benedicta.

Próba Benedicta należy do najbardziej specyficznych i czułych prób pozwalających wykryć obecność cukrów redukujących.

Występowanie w cząsteczce wolnej grupy aldehydowej lub ketonowej nadaje jej własności redukujące.

Właściwości redukujące cukrów ujawniają się tylko w środowisku zasadowym, ponieważ w środowisku kwaśnym wolna grupa karbonylowa jest zablokowana, gdyż włącza się w budowę pierścienia.

Do wykrywania cukrów redukujących stosuje się różne cząsteczki i jony: jod, jony metali ciężkich, jon żelazicyjankowy.

W próbie Benedicta wykorzystuje się jony Cu (II), które pod wpływem cukrów redukujących tworzą Cu (I) dając w alkalicznym środowisku pomarańczowej barwy Cu₂O.

Wykonanie

Do probówki odmierzyć 1,0 ml odczynnika Benedicta i dodać 0,5 ml roztworu badanego.

Następnie próbę wstawić na ok. 1-2 min do wrzącej łaźni wodnej.

Po tym czasie pojawi się zabarwienie próby od zielonego, aż do wystąpienia czerwonego osadu w zależności od stężenia cukrów redukujących w próbie.

Materiały i odczynniki:

• probówki

• roztwór badany

• odczynnik Benedicta

( We wrzącej wodzie rozpuścić cytrynian sodu i bezwodny węglan sodu, po ochłodzeniu dodać powoli, przy stałym mieszaniu CuSO₄ • 5H₂O. Uzupełnić wodą. Odczynnik jest trały.)

• palnik gazowy

Próba jodowa

Tworzenie barwnych kompleksów z jodem pozwala na odróżnienie niektórych wielocukrów od cukrów drobnocząsteczkowych i monosacharydów, ponieważ kompleksy z jodem mogą tworzyć cząsteczki o odpowiednio dużych wymiarach i uporządkowanej budowie.

W strukturze takiej cząsteczka jodu wiąże prawdopodobnie atomy wodoru przy C-1 i C-4 wiązań glikozydowych.

Efekt barwny jest tym większy im większa jest cząsteczka wielocukru.

Glikogen tworzy kompleks czerwony,

skrobia ciemnofioletowy,

oligosacharydy zawierające mniej niż 6 cząsteczek glukozy nie dają barwy z jodem.

Po zalkalizowaniu lub ogrzaniu barwa znika.

Skrobia złożona z glukopiranozy, istnieje w dwóch postaciach

-rozpuszczalnej w wodzie amylozy (10 - 30%) zbudowana jest z długich nierozgałęzionych łańcuchów α -1,4 -glikozydowych, z jodem glukopiranozy połączonych wiązaniem − α dają charakterystyczne niebieskie zabarwienie;

-oraz nierozpuszczalnej amylopektyny

(70-90 %) mającą formę rozgałęzionych łańcuchów, w której oprócz wiązań α-1,4 - glikozydowych występują wiązania 1,6 - glikozydowe, z jodem tworzy kompleks czerwono - fioletowy

Wykonanie

Do probówki odmierzyć 0,5 ml roztworu badanego, dodać 3 krople płynu Lugola

Materiały i odczynniki:

• probówki

• roztwór badany

• płyn Lugola (roztwór jodu w jodku potasowym)

Kwaśna hydroliza cukrowców i wykrywanie jej produktów.

Polisacharydy w kwaśnych roztworach oraz pod wpływem enzymów ulegają hydrolizie.

W wyniku hydrolizy wiązanie glikozydowe ulega rozerwaniu i powstają kolejno → mniejsze makrocząsteczki → oligosacharydy → dwusacharydy → monosacharydy.

W miarę postępu hydrolizy zanikają własności polisacharydu, a pojawiają się cechy monosacharydów.

W czasie przebiegu hydrolizy polisacharydy tracą zdolność do tworzenia kompleksów z jodem, pojawiają się własności redukujące cukrów.

Wykonanie

Do probówki odmierzyć 1 ml roztworu badanego, dodać 3 krople stężonego H₂SO₄ i podgrzewać 5-7 min. we wrzącej łaźni wodnej (próba musi zawrzeć).

Po ochłodzeniu zawartość prób rozlać do 2 probówek i przeprowadzić dalsze badania.

W jednej części wykonać próbę z płynem Lugola, a w drugiej po alkalizacji wobec papierka wskaźnikowego (pH powyżej 9) wykonać próbę Benedicta na cukry redukujące.

Materiały i odczynniki:

• probówki

• roztwór badany

• stężony kwas siarkowy - 3 krople

• palnik gazowy

• odczynnik Benedicta (roztwór siarczanu miedzi)

• płyn Lugola (roztwór jodu)

Wykrywanie glukozy w roztworze

1. reakcja Trommera - grupa aldehydowa cukru pod wpływem wodorotlenku miedzi (II) jest utleniana do grupy karboksylowej, zaś wodorotlenek redukuje się do ceglastoczerwonego osadu tlenku miedzi(I)

RCHO + 2Cu(OH)₂ →RCOOH + Cu₂O↓ + 2H₂O

2. reakcja Tollensa ( próba lustra srebrnego)

grupa aldehydowa utlenia się pod wpływem amoniakalnego roztworu wodorotlenku srebra zaś wodorotlenek redukuje się do metalicznego srebra osadzającego się na ściankach naczynia.

RCHO + 2 Ag(NH₃)₂OH → RCOONH₄ + 2 Ag↓ + H₂O + 3 NH₃

Próba Barfoeda

Odróżnia mono- od disacharydów : monosacharydy łatwiej niż disacharydy redukujące ulegają utlenianiu.

Wykonanie

Do probówki odmierzyć 0.5 ml próby badanej, do tego dodać taką samą objętość odczynnika Barfoeda. Wstawić do wrzącej łaźni wodnej, zanotować czas.

Osad Cu₂O wytrąci się :

• 5-10 min. - monosacharydy

• 12 - 15 min. - disacharyd redukcyjny (maltoza, laktoza)

• brak po dłuższym czasie - disacharyd nieredukujący (sacharoza)

Materiały i odczynniki :

• próba badana

• odczynnik Barfeoda (roztwór Cu(CH₃COO)₂ w CH₃COOH)

• łaźnia wodna

Próba Seliwalowa

Produkty odwodnienia i cyklizacji cukrów monosacharydy kondensują z rezorcyną tworząc połączenia barwy różowej, ketozy już po około 30 s ogrzewania, a aldozy po dłuższym czasie.

Wykonanie

Do probówki wlać kilka kropli próby badanej, dodać kilka kropli 2% roztworu rezorcyny w etanolu, kilka kropli stężonego HCl. Ogrzewać na łaźni wodnej przez około 30 s. Ketoza (fruktoza) po tym czasie zabarwi się na kolor różowy, a aldoza nie, najwyżej na jasnożółto.

Materiały i odczynniki :

• próba badana

• 2% roztwór rezorcyny w etanolu

• stężony HCl

• łaźnia wodna

---