Co je redukující cukr a proč je to důležité? Zde je rychlé shrnutí. Veškeré podrobnosti v příspěvku níže.,
Obsah
- předtím, Než Budeme Mluvit O tom, Redukujících Cukrů, Chemie „Močit Na Hůl“
- Benedikta, Fehlings a Tollens Testy: Tři Vizuální „Testy“ Na Přítomnost Aldehydů
- obsah Redukujících Cukrů: Cukry S Hemiacetal Funkční Skupiny Dát Pozitivní Testy, Protože Jsou V Rovnováze S Otevřeným Řetězcem Aldehyd
- Co Není Snížení Cukru?
- sacharidy postrádající Hemiacetal nesnižují cukry
- komplexní polysacharidy s jedinou Hemiacetální jednotkou (např., Škrob) Jsou Redukující Cukry
- Otestujte se Na Redukující Cukry
- Chemie Benedikt, Fehlings a Tollens Testy
- Poznámky
- (Pokročilé) Odkazy a Další Čtení
1. Než budeme mluvit o snížení cukrů: chemie „močení na hůl“
q. můžete si představit situaci, kdy by mohlo být užitečné měřit koncentraci glukózy v roztoku (zejména v krvi nebo moči) ?
a.Diabetes., Jakmile máte způsob, jak rychle a snadno měřit koncentraci cukru, můžete určit, kolik inzulínu je zapotřebí k jeho potlačení.
Další otázka. Jaký by byl snadný, vizuální způsob, jak zjistit přítomnost glukózy? Zvláště něco, co nevyžaduje, abyste byli odborným chemikem?
V ideálním případě byste chtěli chemickou reakci, která má za následek změnu barvy.
Přemýšlejte o těhotenských testech: stačí čůrat na hůl a během několika minut víte, zda jste těhotná. Nemusíte znát žádnou chemii. Je to bez mozku.,
test na hladinu cukru v krvi vhodný pro diabetiky by měl mít podobnou snadnost použití.
to nás přivádí (přes aldehydy) k tématu snižování cukrů, protože jsou základem historicky důležitého barevného testu glukózy v krvi.,
Tři Vizuální „Testy“ Na Přítomnost Aldehydů: Benedikt, Fehlings, a Tollens Zkoušky
Než se dostaneme k cukrů, pojďme mluvit o oxidaci aldehydů.
dříve jsme viděli, že aldehydy jsou funkční skupinou, kterou lze relativně snadno oxidovat na karboxylové kyseliny. Například oxidace alkoholů „silným“ oxidačním činidlem, jako je kyselina chromová (H2CrO4), vede k aldehydu, který se rychle oxiduje dále na karboxylovou kyselinu.
během tohoto procesu se aldehyd oxiduje a oxidační činidlo se snižuje., Dalším způsobem, jak to rámovat, je říci, že aldehyd je redukčním činidlem v tomto procesu.
seznam činidel, které lze použít k oxidaci aldehydů na karboxylové kyseliny, je looong. Z nich několik metod vyniká tím, že poskytuje zvláště jasnou vizuální indikaci, že reakce pokračovala k dokončení.
Tři „vizuální“ testy pro aldehydy, které se mohou vyskytnout v úvodní organické chemie laboratoře jsou následující:
- fehlingova roztoku, kde aldehyd změní barvu z modré Cu(II) řešení red Cu(I) .,
- Benedikta řešení mírně upravená verze fehlingova roztoku
- Tollens test, kde aldehydu oxidace výsledky v krásné „zrcadlo“ stříbrného kovu se sráží na reakční nádoby.
důležité je, že ketony nereagují za žádných těchto podmínek. Výše uvedené testy byly také užitečným způsobem rozlišování aldehydů od ketonů v temných dnech před ir a NMR spektroskopií.
Co to má společného s cukry?, Vraťme se k Křičel Mode:
obsah Redukujících Cukrů: Cukry S Hemiacetal Funkční Skupiny Dát Pozitivní Testy, Protože Jsou V Rovnováze S Otevřeným Řetězcem Aldehyd
Jak jsme viděli, glukóza je v rovnováze s otevřeným řetězcem (nebo „lineární“) formulář obsahující aldehyd.
koncentrace aldehydu v daném okamžiku je malý (<1%), ale dlouho-žil dost na to, být chycen s správné činidlo.,
To znamená, že glukóza se bude dát pozitivní test s Benedicta‘ činidla, Fehlings řešení, nebo Tollens test, a aldehyd bude oxidovat na karboxylové kyseliny.
Voila! Jednoduchá změna barvy vám řekne, zda je přítomna glukóza!
zdroj obrázku
Co o kvantifikaci?
je hezké mít rychlý vizuální test glukózy., Ale co když chceme určit přesnou koncentraci glukózy v roztoku, řekněme moči nebo krve?
v tomto případě se používá mírně odlišná formulace roztoku Benedicts, která vede spíše k bezbarvé sraženině než k červené barvě. Roztok vzorku k analýze je přidáno, přes buret, do baňky obsahující známé množství Benedicta řešení, dokud modrá barva, Cu(II), zmizí. Neznámý vzorek se pak kalibruje pomocí 1% roztoku glukózy.
test Benedicts byl metodou volby pro kvantifikaci glukózy více než 50 let., Jeden výzkumník připomíná, že všechny inductees do AMERICKÉ armády během druhé Světové Války měl jejich testovat moč na cukr s Benediktem Řešení.
v poslední době však bylo použití Benediktova roztoku nahrazeno enzymatickými metodami, jako je glukózooxidáza. Proč?
Benediktův test není specifický pro glukózu; pouze vám řekne, zda je přítomen aldehyd. Dá tedy také pozitivní test na další redukční cukry.,
stručně řečeno, žádný cukr* (*mono – nebo disacharid) s hemiacetal bude také dát pozitivní test, protože tyto cukry jsou v rovnováze s otevřeným řetězcem aldehyd. Pokud tedy krev/moč obsahuje běžné monosacharidy, jako je manóza, galaktóza nebo fruktóza, přinese to pozitivní test. Jinými slovy, tyto cukry také snižují cukry.
počkejte chvíli. Et tu, fruktóza?
ketony se za těchto podmínek nemají oxidovat! Tak proč fruktóza dává pozitivní test?
skvělá otázka., Ačkoli fruktóza je keto cukr a ketony obecně dávají negativní test s Benediktem, existuje výjimka. Pokud uhlík sousedící s ketonovou uhlíku („alfa uhlíku“) obsahuje hydroxylovou skupinu na ketonovou bude v rovnováze s aldehyd přes tautomerization (jen pro pořádek, toto je nazýváno „enediol přeskupení“).
Podobně, některé disacharidy jako je maltóza a laktóza obsahovat hemiacetal., Snižují také cukry, které dávají pozitivní test Fehlings, Benedict nebo Tollens (obrázek pozitivního testu laktózy je dále níže).
pointa je, že Benedicta‘ činidla kvantifikuje redukujících cukrů, který zahrnuje nejen glukózu, ale také manóza, laktóza, maltóza, fruktóza a další. To znamená, že test není tak specifický, jak bychom chtěli!
takže co není redukční cukr?
zatím to vypadá, že každý cukr, se kterým jsme se setkali, je redukční cukr. Je tedy spravedlivé se ptát: kdy není cukr redukčním cukrem?,
Dva hlavní případy:
- mono a di-sacharidy, které chybí hemiacetal
- polysacharidy, kde poměr poloacetaly na acetalový vazeb je velmi nízká (např. škrob)
Sacharidy, Které nemají Hemiacetal Nejsou Redukující Cukry
Jsme viděli v horní části příspěvku, který poloacetaly jsou v rovnováze s aldehyd nebo keton. Naproti tomu acetaly (ketaly) jsou uzamčeny na místě a mohou být přeměněny pouze zpět na aldehyd nebo keton s vodnou kyselinou. Proto vytvářejí skvělé ochranné skupiny pro aldehydy / ketony.,
dítě plakátu pro nesnižující cukr je sacharóza, neboli stolní cukr.
sacharóza je disacharid glukózy a fruktózy. Zjistěte, zda můžete najít hemiacetal ve své struktuře, níže:
neexistuje žádný! Sacharóza má pouze acetalové skupiny, a protože acetaly se neotevírají na aldehydy za základních podmínek přítomných v Benediktově testu, sacharóza není redukující cukr.
sacharóza dává benediktovu roztoku negativní test (modrý).,
dalším příkladem nesnižujícího cukru jsou tzv.“ glukosidy “ běžných cukrů, jako je methylglukosid glukózy, níže. To se získá zahříváním glukózy v kyselém methanolu.
Chybí hemiacetal, která by mohla otevřít na aldehyd, tento methyl-glukosid také dává negativní Benedikta test.
Komplexní Polysacharidy, Které Mají Pouze Jeden Hemiacetal Jednotky se nepočítají Jako Redukujících Cukrů (např. Škrobu)
Cukry jsou schopni vytvořit dlouhé řetězy s sebou v režimu známý jako polysacharidy., Běžnými příklady polysacharidů jsou škrob, celulóza a glykogen.
převážná většina jednotlivých jednotek cukru v těchto polysacharidech je navzájem spojena prostřednictvím acetalových („glykosidických“) vazeb. Hemiacetaly jsou přítomny, ale pouze na termini polymeru.
škrob má například obvykle asi 300-600 jednotlivých jednotek glukózy, ale pouze jedna jednotka (terminus) má hemiacetal.
jedna hemiacetální “ jehla „v kupce sena“ acetalů “ nestačí k pozitivnímu testu na snížení cukrů. Proto se tyto polysacharidy nepovažují za snížení cukrů., Například škrob dává negativní test (viz níže).
Zde je příklad z Benedikta test s laktóza, škrob, glukóza, fruktóza a sacharóza (
Všimněte si, že škrob a sacharóza jsou modré, že je zatřídí jako non-redukujících cukrů.
to je dost o tom, co klasifikuje “ redukční cukr „z“nesnižujícího cukru“.
zde je poslední krok. Otestujte se. Co je redukční cukr a co není?
7. Otestujte se na snížení cukrů
smysl? Zeptejte se sami sebe, zda následující cukry snižují cukry nebo nesnižují cukry.,
Pokud nepotřebujete vědět nic jiného než „co je redukční cukr“, jste zde hotovi.
Ale pokud chcete jít hlouběji do králičí nory, zvu vás ke čtení dalšího se dozvíte o…
Chemie Benedikt, Fehlings, a Tollens zkoušky
Takže co se to vlastně děje v Benedikta, Fehlings a Tollens testy? Pojďme diskutovat o podrobnostech chemie.
jedna věc na všech třech testech je, že aktivní činidlo není zvláště stabilní a musí být čerstvě připraveno.,
fehlingova Roztoku
Pro fehlingova roztoku, jeden začíná s jasně modré měď(II) sulfát, hydroxid sodný, a vinanu sodno-draselného (jinak známý jako Rochelle je sůl). Účelem použití tartrátu je to, že koordinuje měď(II) a pomáhá zabránit jejímu zhroucení z roztoku.
po přípravě se přidá analyzovaná látka a směs se krátce zahřeje.
výsledkem je karboxylová kyselina a červená Cu(i), která se vysráží jako oxid mědi(i).,
struktura aktivní druhů v fehlingova roztoku byla stanovena; je to čtverec-rovinné měďnatý komplex spojený se dvěma tartrát ligandy.
Benediktův roztok
Benediktův roztok je mírnou variací fehlingova roztoku, který používá citrát místo tartrátu, což poskytuje lepší stabilitu mědi(II).
stejně jako fehlingovo řešení je nejlépe čerstvé. Složky jsou síran měďnatý(II), uhličitan sodný (poznámka: je také zapotřebí hydroxid! – viz odkaz) a citrát sodný., (Poznámka: v kvantitativním testu se přidá thiokyanát draselný, což vede k bezbarvé bílé sraženině).
zkouška se provádí přidáním látky, která má být analyzována, a krátkým zahříváním.
Tollens Řešení
aktivní složka v Tollens test, + , nemá dlouhou trvanlivost a jako Fehlings a Benedikt řešení je nejlépe připraven čerstvý.
první tři řádky níže popisují postup. Dusičnan stříbrný se převede na hydroxid stříbrný, který tvoří oxid stříbrný (i), Ag2O., Přidání vodného amoniaku (NH3) pak vede k tvorbě komplexu stříbro-amoniak, který je aktivním oxidantem.
testovaný vzorek se pak přidá do čerstvě připraveného aktivního oxidačního činidla v základním roztoku. Pozitivní test vede k tomu, že se na reakční nádobě vysráží krásné zrcadlo stříbrného kovu. (Varianta tohoto postupu se používá pro přípravu zrcadel).
Jak to funguje?
první věc, kterou je třeba poznamenat, je, že všechny tyto postupy se vyskytují v základním řešení.
proč?, Máme k tomu alespoň dva dobré důvody, o kterých můžeme mluvit.
- První, kyselých podmínek může rozpouštějí nějaké acetaly představit poloacetaly, dávat falešně pozitivní test.
- za Druhé, základna značně urychluje rychlost kroužek-řetěz tautomerie (tj. interconversion mezi cyklické hemiacetal formy a lineární forma aldehyd).
pointa je, že přidání základny má za následek zvýšení koncentrace výchozího aldehydu.,
Mechanistické Údaje Jsou Kalné A nenajdete Je V každé Úvodní Učebnici
nemůžu najít jedinou instanci mechanismus pro Fehlings nebo Benedikt řešení je objasněn přesvědčivě online. Pokud se mýlím, prosím, řekněte mi (zanechat komentář).
existuje třetí důvod pro použití základny, i když o tom moc nechci mluvit. Možná si všimnete, že jsme nezmínili mechanismy žádné z těchto reakcí. Je to proto, že přesné mechanismy byly obtížné objasnit., Jedním z klíčových kroků zapojeny v mechanismu každé reakce se zdá být proces nazývá, „single-electron transfer“, což je v podstatě, když kovové soli slurps elektronu ze substrátu, vytváří volné radikály a/nebo karbokation.
Jeden z přístupových bodů pro zahájení single-electron transfer reakce je oxid-kov pouto, které může být dosaženo prostřednictvím základny-podporoval tvorbu enolate.
, která vyžaduje, aby aldehyd měl proton na alfa uhlíku (tj. být „enolizovatelný“)., Ukazuje se, že fehlingovo řešení dělá blbou práci s testováním benzaldehydu, který postrádá žádné protony na alfa-uhlíku a nemůže být enolizován. Zdá se tedy, že reakce musí probíhat prostřednictvím enolu.
Nicméně, fehlingova roztoku i oxiduje formaldehyd na kyselinu mravenčí a přeměně na oxid uhličitý, a tento proces nemůže pokračovat přes enol/enolate intermediate.
je tedy pravděpodobné, že v provozu může být celá řada mechanických drah.
jak by mohl mechanismus vypadat?
možná, možná, něco takového?,
Hover zde pro vyskakovací obrázek nebo
pokud má někdo jiný lepší nápad,neváhejte komentovat níže.
poznámky
zdroje obrazu: Benedicts solution. Fehlingovo řešení. Tollensův test.
Poznámka 1. To neznamená, že jsou to nejpraktičtější metody pro přípravu karboxylových kyselin z aldehydů. Když chemici chtějí připravit karboxylovou kyselinu z aldehydu v dobrém výtěžku, nepoužívají žádný z těchto tří procesů. Standardní způsob, jak to udělat, je oxidace Pinnick.
Poznámka 2., Kvantitativní test zřejmě využívá isokyanát draselný, což má za následek bezbarvou sraženinu.
Poznámka 3: je pravděpodobné, že meziprodukt enediolu je ve skutečnosti druh, který reaguje s Cu2 + v počátečním kroku mechanismu, který vede k aldehydu. Viz část mechanismus.
Poznámka 4. Jedna věc, kterou je třeba poznamenat:pokud se sacharóza zahřeje vodnou kyselinou před testem Fehlings/Benedict/Tollens, bude mít pozitivní test., Je to proto, že acetalové vazby budou hydrolyzovány vodnou kyselinou, aby se vytvořily dva základní cukry sacharózy (glukóza a fruktóza), které samy snižují cukry.
(Pokročilé) Odkazy a Další Čtení
- Druhy fehlingova Roztoku
Thomas G. Hörner, Peter Klüfers
J. Inorg. Chem. 2016, 12, 1798-1807
DOI: 10.1002/ejic.201600168
i když reakční rovnice fehlingova testu může vypadat jednoduše na papíře, dotčené druhy jsou ve skutečnosti poměrně složité! - podrobení glutaraldehydu testu Tollens
William D., Hill
Journal of Chemical Education 1990, 67 (4), 329
DOI: 1021/ed067p329
Dialdehydes bude také dát pozitivní Tollens test (stříbrné zrcadlo sraženina). - Tollens je test, fulminantní stříbro, a třaskavé stříbro
Ian D. Jenkins
Journal of Chemical Education v roce 1987, 64 (2), 164
DOI: 10.1021/ed064p164
Tollens test se běžně provádí v pregraduální organické chemie laboratoře, s pečlivě testovány postupy. Postupy musí být robustní, protože činidlo Tollens může být výbušné, jak vysvětluje tato poznámka., - Fehling a Benedikt testy
Ralph Daniels, Clyde C. Rush, a Ludwig Bauer
Journal of Chemical Education 1960, 37 (4), 205
DOI: 10.1021/ed037p205
Tato poznámka je zajímavé, protože autoři ukazují, že Fehling a Benedikt testy jsou specifické pro poloacetaly v redukujících cukrů – selžou, když se používá jednoduché alifatické aldehydy. - oprava Benediktova testu
William D. Hill
Journal of Chemical Education 1982, 59 (4), 334
DOI: 10.,1021/ed059p334
Několik učebnic použití Na2CO3 jako základ Benedikt test, ale podle této poznámky, NaOH je zapotřebí pro tvorbu Cu2