Лабораторная работа №5. Идентификация углеводов по функциональным группам.

Материалы и реактивы: свежеприготовленный гидроксид меди, солянокислый раствор 2,4-динитрофенилгидразина, формальдегид, пробирки.

По химической природе моносахариды являются полигидроксиальдегидами (альдозами) или полигидроксикетонами (кетозами), которые в растворах существуют в виде таутомерных циклических форм (пираноз или фураноз), представляющих собой циклические полуацетали, в структурах полуацеталей оксо-группа (альдегидная или кетонная) преобразована в полуацетальный гидроксил. Продукты окисления углеводов (альдоновые, альдаровые или альдуроновые кислоты) содержат карбоксильные группы. Функциональный анализ вещества на наличие перечисленных групп позволяет косвенно судить о его принадлежности к классу углеводов. Подтверждением этих предположений служат реакции на углеводы.

Цель работы: идентификация низкомолекулярных углеводов в суставе пищевых порошкообразных продуктов с помощью функционального анализа и тонкослойной хроматографии.

Функциональный анализ.

Функциональный анализ углеводов включает в себя открытие гидроксильных групп, карбонильной группы, карбоксильной группы, общей реакции на углеводы с 2-нафтолом и реакции Селиванова на кетозы.

ОТКРЫТИЕ ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП.

Реакция с гидроксидом меди (комплексообразование многоатомных спиртов). В двух-, трёх- и многоатомных спиртах, в отличие от одноатомных растворяется свежеприготовленный гидроксид меди с образованием окрашенных в ярко-синий цвет комплексных солей соответствующих производных (гликолятов, глицератов).

Материалы и реактивы: исследуемый раствор, этиленгликоль, глицерин, 0,2 н. раствор сульфата меди, 0,2 н. раствор гидроксида натрия.

Методика проведения анализа. В четыре пробирки помещают по 10 капель раствора сульфата меди и 10 капель раствора гидроксида натрия. Затем в одну пробирку добавляют 3 капли этиленгликоля, в другую – глицерина, в третью – исследуемого раствора, четвёртую оставляют как холостой опыт.

Содержимое всех пробирок встряхивают и осторожно нагревают на пламени горелки. В пробирках с этиленгликолем и глицерином тёмно-синий раствор остаётся без изменений. В пробирке, где находится раствор гидроксида меди, выпадает чёрный осадок.

При взаимодействии гидроксида меди с многоатомными спиртами образуются хелатные соединения.

этиленгликоль

гликолят меди

-2H₂O

глицерин

глицерат меди

-2H₂O

Хелатные соединения, в отличие от гидроксида меди, при нагревании не разлагаются.

ВЫВОД. Сравнивают результаты опытов с исследуемым и контрольным веществами.

ОТКРЫТИЕ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЫ.

Реакция карбонильных соединений с 2,4-динитрофенилгидразином.

Материалы и реактивы: исследуемый раствор, 40%-ный раствор формальдегида, ацетон, солянокислый раствор 2,4-динитрофенилгидразина.

Методика проведения анализа. В три пробирки наливают по 10 капель солянокислого раствора 2,4-динитрофенилгидразина и добавляют в первую – 2 капли формальдегида, во вторую – 2 капли ацетона, в третью, 10 – капель исследуемого раствора. Наблюдают выпадение жёлтых осадков 2,4-динитрофенилгидразонов в контрольных пробирках.

-H₂O

В исследуемом растворе образование гидразонов затруднено, поэтому пробирку нагревают на водяной бане, помешивая палочкой, а затем охлаждают.

ВЫВОД. При одинаковых результатах опыта с анализируемым и контрольными веществами, делают вывод о наличие в составе исследуемого вещества оксогруппы.

ОТКРЫТИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ.

Качественные реакции соединений, содержащих карбоксильные группы на индикаторы.

Реактивы и материалы: исследуемый раствор, муравьиная и уксусная кислоты, 2%-ный раствор метилоранжа, бумага синего лакмуса, водяная баня.

Методика проведения анализа. а) В пробирки помещают по 5 капель каждой из исследуемых кислот, добавляют по 5 капель воды и 1 каплю метилоранжа. Отмечают в каких пробирках появляется красная окрашивание.

б) То же проделывают, что и в предыдущем опыте, но испытывают растворы кислот лакмуса. Соединения, содержащие карбоксильные группы, в водных растворах дают кислую реакцию на лакмус.

Качественная реакция соединений, содержащих карбоксильные группы, с дикарбонатом натрия.

Реактивы: исследуемый раствор, муравьиная и уксусная кислоты, 5%-ный раствор соды.

Методика проведения анализа. В три пробирки наливают по 10 капель 5%-го раствора соды и добавляют по 5 капель в первую – муравьиной, во вторую – уксусной кислоты, в третью – исследуемого раствора. Наблюдают выделение CO₂.

Выделение двуокиси углерода при добавлении растворов кислот к водному раствору бикарбоната натрия может являться доказательством наличия карбоксильной группы.

ОТКРЫТИЕ УГЛЕВОДОВ.

Общая реакция на углеводы с α-нафтолом.

Материалы и реактивы: исследуемый раствор, 5%-ный раствор глюкозы, фруктозы, лактозы, сахарозы, 10%-ный раствор α-нафтола в спирте, серная кислота (ρ=1,84).

Методика проведения анализа. В сухие пробирки помещают по 10 капель растворов углеводов и расследуемого раствора. Затем добавляют в каждую пробирку по 5 капель раствора α-нафтола. После этого, наклонив пробирку, осторожно приливают по стенке из пипетки 1 – 2 капли концентрированной серной кислоты. На границе слоёв быстро образуется красно-фиолетовое кольцо, при взбалтывании смесь разогревается и окрашивается по всему объёму, а при разбавлении её водой выделяются окрашенные хлопья. При отсутствии углеводов фиолетовое кольцо не образуется, хотя жидкость может позеленеть или пожелтеть. Появление фиолетовой окраски при реакции углеводов с α-нафтолом обусловлено расщеплением молекулы углевода при действии концентрированной серной кислоты с образованием в числе прочих продуктов фурфурола или его производных, которые вступают в реакцию конденсации с α-нафтолом, образуя окрашенные соединения.

ВЫВОД. Сравнивая результаты опытов, делают вывод о принадлежности анализируемого вещества к классу углеводов.

Взаимодействие сахаров с медновиннокислым комплексом (Фелинговым раствором).

Реактивы: исследуемый раствор, 5%-ные растворы глюкозы, лактозы, сахарозы, реактив Фелинга.

Методика проведения анализа. В четыре пробирки наливают по 3 капли растворов сахаров – в первую – глюкозу, во вторую – лактозу, в третью – сахарозу, а в четвёртую – 10 капель исследуемого раствора. Затем в каждую пробирку добавляют по 2 капли реактива Фелинга и нагревают их на водяной бане. Наблюдают выпадение оксида меди (I) в пробирках с глюкозой и лактозой. В пробирке с сахарозой сохраняется синий цвет.

Восстанавливать соединения меди из реактива Фелинга при нагревании способны лишь те сахара, которые имеют в молекуле свободную альдегидную группу или гликозидный гидроксил.

Лактоза

-CH₂O

реактив Фелинга

Лакторбиновая кислота

Сахароза не восстанавливает раствор Фелинга, что указывает на отсутствие в её молекуле свободной альдегидной группы.

ВЫВОД. По результатам опытов делают вывод о строении исследуемого углевода.

Реакция Селиванова на кетозы.

Материалы и реактивы. Исследуемый раствор, 5%-ный раствор фруктозы, сахарозы, соляная кислота (ρ=1,19), 1%-ный раствор резорцина.

Методика проведения анализа. В три пробирки помещают по 4 капли раствора резорцина и по 4 капли соляной кислоты. Затем добавляют в первую пробирку 4 капли раствора фруктозы, во вторую – 4 капли раствора сахарозы, в третью – 8 капель исследуемого раствора. Все пробирки помещают на 2 минуты в кипящую водяную баню. При нагревании с концентрированными минеральными кислотами

(соляной, серной) молекулы гексоз постепенно расщепляются, образуя смесь различных продуктов. В числе других веществ они образуют оксиметилфурфурол, который конденсируется с резорцином с образованием окрашенных соединений. Кетозы в условиях опыта превращаются в оксиметилфурфурол намного быстрее, чем альдозы, что обусловливает быстроту появления окраски и её интенсивность в растворах фруктозы и сахарозы. Это реакция позволяет быстро обнаружить в смеси сахаров наличие кетогексоз.

фруктоза

енол

оксиметилфурфурол

ВЫВОД. По результатам опыта можно сделать вывод о том, является ли исследуемое вещество кетозой.

После общего вывода о продолжительном строении исследуемого вещества и расчёта его молекулярной массы приступают к идентификации методом тонкослойной хроматографии (ТСХ).