Madame Lelica

Hvad er et reducerende sukker, og hvorfor er det vigtigt? Her er en hurtig oversigt. Detaljerede oplysninger i indlægget nedenfor.,

Indholdsfortegnelse

1. Før Vi Taler Om at Reducere Sukker, Kemi “Tisser På Den Pind”
2. Benedict ‘s, Fehlings og Tollens” Test: Tre Visuelle “Test” For Tilstedeværelse af Aldehyder
3. Reducerende Sukkerarter: Sukker Med En Hemiacetal Funktionelle Gruppe Give Positiv Test, Da De Er I Ligevægt Med En Åben-Kæde Aldehyd
4. Så Hvad Er det ikke En Reduktion af Sukker?
5. saccharider, der mangler en Hemiacetal, reducerer ikke sukker
6. komplekse polysaccharider med en enkelt Hemiacetal enhed (f. eks., Stivelse) Er Ikke Reducerende Sukkerarter
7. Test dig Selv På Reducerende Sukkerarter
8. Kemi Af Benedikt, Fehlings og Tollens Test
9. Noter
10. (Avanceret), Referencer og Yderligere Læsning

1. Før vi taler om at reducere sukkerarter: kemi af “Peeing On the Stick”

Q. Kan du tænke på en situation, hvor det kan være nyttigt at kunne måle koncentrationen af glukose i en opløsning (især i blod eller urin) ?

A. Diabetes., Når du har mulighed for hurtigt og nemt at måle koncentrationen af sukker, kan du bestemme, hvor meget insulin der er nødvendigt for at modvirke det.

næste spørgsmål. Hvad ville være en nem, visuel måde at opdage tilstedeværelsen af glukose på? Især noget, der ikke kræver, at du er en ekspert kemiker?

ideelt set vil du gerne have en kemisk reaktion, der resulterer i en farveændring.

tænk på graviditetstest: du tisser bare på en pind og ved inden for få minutter, om du er gravid. Du behøver ikke at kende nogen kemi. Det er hjerneløst.,

en test for blodsukker egnet til diabetikere bør have en lignende brugervenlighed.

dette bringer os (via aldehyder) til emnet at reducere sukkerarter, da de er grundlaget for en historisk vigtig farvebaseret test for blodsukker.,

tre visuelle “Tests” for tilstedeværelsen af aldehyder: Benedicts, Fehlings og Tollens’ test

før vi kommer til sukkerarter, lad os tale om O .idation af aldehyder.

Vi har tidligere set, at aldehyder er en funktionel gruppe, der relativt let kan o .ideres til Carbo .ylsyrer. For eksempel, oxidation af alkoholer med en “stærk” oxidant som chromsyre (H2CrO4) resulterer i en aldehyd, der er hurtigt oxideret yderligere til en carboxylsyre.

under denne proces o .ideres aldehydet, og O .idationsmidlet reduceres., En anden måde at indramme dette på er at sige, at aldehydet er reduktionsmidlet i denne proces.

listen af reagenser, der kan bruges til at oxidere aldehyder til carboxylsyrer er laaaang. Af disse skiller nogle få metoder sig ud ved at give en særlig klar visuel indikation af, at reaktionen er gået videre til færdiggørelse.

tre “visuelle” tests for aldehyder, som du måske støder på i et indledende organisk kemi-laboratorium, er følgende:

• Fehlings opløsning, hvor et aldehyd ændrer farven på en blå cu(II) opløsning til rød Cu(i) .,
• Benedicts løsning en let modificeret version af Fehlings opløsning
• Tollens’ test, hvor aldehydo .idation resulterer i et smukt “spejl” af sølvmetal til udfældning på reaktionsbeholderen.

Vigtigere, ketoner reagerer ikke under nogen af disse betingelser. Ovennævnte test var også en nyttig måde at skelne aldehyder fra ketoner i de mørke dage, før IR og NMR spektroskopi lavede denne rutine.

Så hvad har dette at gøre med sukker?, Lad os gå tilbage til Råben Mode:

Reducerende Sukker: Sukker Med En Hemiacetal Funktionelle Gruppe Give Positiv Test, Da De Er I Ligevægt Med En Åben-Kæde Aldehyd

Som vi har set, glucose er i ligevægt med en åben-kæde (eller “linear”) formular, der indeholder et aldehyd.

koncentrationen af aldehyd på ethvert givet tidspunkt er lille (<1%), men lever meget længe nok til at blive fanget med det rigtige reagens.,

Dette betyder, at glucose vil give en positiv test med Benedicts’ reagens, Fehlings løsning, eller Tollens test, og aldehyd vil blive oxideret til en carboxylsyre.

Voila! En simpel farveændring fortæller dig, om glukose er til stede!

billedet kilde

Hvad med kvantificering?

det er rart at have en hurtig visuel test for glukose., Men hvad nu hvis vi ønsker at bestemme den nøjagtige koncentration af glukose i en opløsning af f. eks.

i dette tilfælde anvendes en lidt anden formulering af Benedicts-opløsning, hvilket resulterer i et farveløst bundfald snarere end en rød farve. En opløsning af prøven, der skal analyseres, tilsættes via buret til en kolbe, der indeholder en kendt mængde Benediktopløsning, indtil den blå farve af Cu (II) forsvinder. Den ukendte prøve kalibreres derefter ved hjælp af en 1% opløsning af glucose. Benedicts assay var den valgte metode til kvantificering af glukose i over 50 år., En forsker minder om, at alle induktorer i den amerikanske hær under Anden Verdenskrig havde deres urin testet for sukker med Benedicts løsning.

i nyere tid er brugen af Benedicts opløsning imidlertid blevet erstattet af en .ymatiske metoder, såsom glucoseo .idase. Hvorfor?

Benedict-testen er ikke specifik for glukose; den fortæller dig bare, om der er et aldehyd. Så det vil også give en positiv test for andre reducerende sukkerarter., kort sagt vil ethvert sukker * (*mono – eller disaccharid) med en hemiacetal også give en positiv test, da disse sukkerarter er i ligevægt med et åbenkædet aldehyd. Så hvis blodet/urinen indeholder almindelige monosaccharider som mannose, galactose eller fructose, vil disse levere en positiv test. Med andre ord reducerer disse sukkerarter også sukkerarter.

Hold et øjeblik. Et tu, fructose?

Ketoner skal ikke o !ideres under disse forhold! Så hvorfor giver fructose en positiv test?

stort spørgsmål., Selvom fructose er et ketosukker, og ketoner generelt giver en negativ test med Benedict, er der en undtagelse. Hvis carbon støder op til keton carbon (“alpha carbon”) indeholder en hydro .ylgruppe, vil ketonen være i ligevægt med et aldehyd gennem tautomerisering (bare for rekorden kaldes dette en”endiolomlejring”).

ligeledes indeholder nogle disaccharider såsom maltose og lactose en hemiacetal., De reducerer også sukkerarter, der giver en positiv Fehlings, Benedict eller Tollens test (billede af laktosepositiv test er længere nede).

Den nederste linje er, at Benedicts’ reagens kvantificerer reducerende sukker, som ikke kun omfatter glukose, men også mannose, laktose, maltose, fructose) og andre. Det betyder, at testen ikke er så specifik, som vi gerne vil!

så hvad er ikke et reducerende sukker?

indtil videre ser det ud til, at hvert sukker, vi har stødt på, er et reducerende sukker. Så det er rimeligt at spørge: hvornår er et sukker ikke et reducerende sukker?,

To vigtigste sager:

• mono-og di-sakkarider, som mangler en hemiacetal
• polysaccharider, hvor forholdet mellem hemiacetaler at acetal forbindelser er meget lav (fx stivelse)

Sakkarider, Der Mangler En Hemiacetal Er Ikke Reducerende Sukkerarter

som Vi så i toppen af indlægget, som hemiacetaler er i ligevægt med en aldehyd eller en keton. I modsætning hertil er acetaler (ketaler) låst på plads og kan kun omdannes tilbage til aldehyd eller keton med vandig syre. Derfor gør de gode beskyttelsesgrupper til aldehyder/ketoner.,

plakatbarnet for et ikke-reducerende sukker er saccharose, alias bordsukker.

saccharose er et disaccharid af glucose og fructose. Se om du kan finde en hemiacetal i dens struktur, nedenfor:

Der er ikke en! Saccharose har kun acetalgrupper, og da acetaler ikke åbner op for aldehyder under de grundlæggende betingelser, der er til stede i Benedict-testen, er saccharose ikke et reducerende sukker.

saccharose giver en negativ test (blå) til Benedict-opløsningen.,

et andet eksempel på et ikke-reducerende sukker er de såkaldte “glucosider” af almindelige sukkerarter, såsom glucosemethylglucosid, nedenfor. Dette opnås ved opvarmning af glucose i sur methanol.

mangler et hemiacetal, der kunne åbne for et aldehyd, giver dette methylglucosid også en negativ Benedicts test.

komplekse polysaccharider, der kun har en enkelt Hemiacetalenhed, tæller ikke som reducerende sukkerarter (f.eks. stivelse)

sukker er i stand til at danne lange kæder med hinanden i arrangementer kendt som polysaccharider., Almindelige eksempler på polysaccharider er stivelse, cellulose og glykogen.langt de fleste individuelle sukkerenheder i disse polysaccharider er forbundet med hinanden via acetale (“glycosidiske”) bindinger. Hemiacetaler er til stede, men kun ved polymerens termini.300-600 individuelle enheder glucose, men kun en enhed (terminalen) har en hemiacetal.

En hemiacetal “nål” i en høstak af “acetaler” er ikke nok til at give en positiv test for at reducere sukker. Derfor betragtes disse polysaccharider ikke som reducerende sukkerarter., For eksempel giver stivelse en negativ test (se nedenfor).

Her er et eksempel på, Benedict ‘ s test med laktose, stivelse, glucose, fructose og sucrose (

Bemærk, at stivelse og saccharose er blå, klassificere dem som ikke-reducerende sukkerarter.

det er nok, hvad der klassificerer et “reducerende sukker” fra et “ikke-reducerende sukker”.

Her er det sidste trin. Test dig selv. Hvad er et reducerende sukker, og hvad er det ikke?

7. Test dig selv på at reducere sukker

giver mening? Quui.dig selv om følgende sukkerarter reducerer sukker eller ikke-reducerende sukkerarter.,

Hvis du ikke behøver at vide noget andet end “hvad er et reducerende sukker”, er du færdig her.

Men hvis du ønsker at gå yderligere ned i kaninhullet, vil jeg opfordre dig til at læse videre for at lære om…

Kemi af Benedikt, Fehlings, og Tollens test

Så hvad er egentlig sker i Benedict, Fehlings og Tollens tests? Lad os diskutere detaljerne i kemi.

en ting ved alle tre tests er, at det aktive reagens ikke er særlig bænkstabil og skal være frisklavet.,

Fehlings opløsning

For Fehlings opløsning starter man med lyseblå kobber(II) sulfat, natriumhydro .id og kaliumnatriumtartrat (ellers kendt som Rochelles salt). Formålet bag ved hjælp af tartrat er, at det koordinerer til kobber(II) og hjælper med at forhindre det i at smadre ud af løsning.

når det er fremstillet, tilsættes stoffet, der skal analyseres, og blandingen opvarmes i en kort periode.

Dette resulterer i en carboxylsyre og red Cu(I), som falder ud som kobber(I) oxid.,

strukturen af de aktive arter i Fehlings opløsning er blevet bestemt; det er et firkantet kobberkompleks knyttet til to tartratligander.

Benedicts løsning

Benedicts løsning er en lille variation af Fehlings opløsning, der bruger citrat i stedet for tartrat, hvilket giver bedre stabilitet for kobber(II).

ligesom Fehlings løsning er den bedst lavet frisk. Ingredienserne er kobber (II) sulfat, natriumcarbonat (Bemærk: hydro !id er også nødvendigt! – se reference), og natriumcitrat., (Bemærk: i den kvantitative test tilsættes kaliumthiocyanat, hvilket resulterer i et farveløst hvidt bundfald).

testen udføres ved at tilsætte det stof, der skal analyseres, og opvarme kort.

Tollens’ opløsning

den aktive ingrediens i Tollens-testen, + , har ikke en lang holdbarhed, og ligesom Fehlings’ og Benedict-opløsningerne fremstilles bedst frisk.

de tre første linjer nedenfor beskriver proceduren. Sølvnitrat omdannes til sølvhydro .id, som danner sølv (I) O .id, Ag2O., Derefter resulterer tilsætning af vandig ammoniak (NH3) i dannelse af sølv-ammoniakkomplekset, som er den aktive o .idant.

den prøve, der skal testes, sættes derefter til den frisklavede aktive o .idant i en basisk opløsning. En positiv test resulterer i et smukt spejl af sølvmetal, der udfældes ud på reaktionsbeholderen. (En variant af denne procedure anvendes til fremstilling af spejle).

hvordan virker det?

den første ting at bemærke er, at alle disse procedurer forekommer i grundlæggende løsning.

hvorfor?, Der er mindst to gode grunde til dette, som vi kan tale om.

• for det første kan sure tilstande hydrolysere eventuelle acetaler, der er til stede for hemiacetaler, hvilket giver en falsk positiv test.
• for det andet fremskynder basen betydeligt hastigheden af ringkædet tautomerisme (dvs.interkonvertering mellem den cykliske hemiacetale form og den lineære aldehydform).

nederste linje her er, at tilføjelse af base har den virkning at øge koncentrationen af udgangsaldehydet.,

de mekanistiske detaljer er skumle, og du finder dem ikke i nogen indledende lærebog

Jeg kan ikke finde en enkelt forekomst af mekanismen til Fehlings eller Benedict-løsninger, der bliver belyst endeligt online. Hvis jeg tager fejl, så fortæl mig (Efterlad en kommentar).

Der er en tredje grund til brugen af base, selvom jeg ikke er meget opsat på at tale om det. Du vil måske bemærke, at vi ikke har nævnt mekanismerne for nogen af disse reaktioner. Det skyldes, at de nøjagtige mekanismer har været vanskelige at belyse., Et af de vigtigste trin, der er involveret i mekanismen for hver reaktion, synes at være en proces kaldet “single-electron transfer”, som i det væsentlige er, når metalsaltet slurper en enkelt elektron ud af substratet, hvilket skaber en friradikal og/eller carbocation.

et af adgangspunkterne til initiering af en enkeltelektronoverførselsreaktion er en carbon-metalbinding, som kan opnås ved basefremmende dannelse af et enolat.

det kræver, at aldehydet har en proton på alfa-carbonet (dvs.være “enoliserbart”)., Det viser sig, at Fehlings løsning gør et crap job med test for ben .aldehyd, som mangler protoner på alfa-carbon og ikke kan enoliseres. Det ser således ud til, at reaktionen skal fortsætte gennem en enol.

imidlertid o .iderer Fehlings opløsning også formaldehyd til myresyre og derpå til kuldio .id, og denne proces kan umuligt fortsætte gennem et Enol/enolat-mellemprodukt.

så det er sandsynligt, at en række mekanistiske veje kan være i drift.

hvordan kan en mekanisme se ud?

måske, muligvis noget som dette?,Hold markøren her for et pop-up-billede eller

Hvis nogen andre har en bedre id., er du velkommen til at kommentere nedenfor.

noter

billedkilder: Benedicts-løsning. Fehlings løsning. Tollens test.

Note 1. Dette er ikke at sige, at de er de mest praktiske metoder til fremstilling af Carbo .ylsyrer fra aldehyder. Når kemikere ønsker at forberede en Carbo .ylsyre fra et aldehyd i godt udbytte, bruger de ikke nogen af disse tre processer. Den almindelige måde at gøre det på er Pinnick o .idation.

Note 2., Den kvantitative test anvender tilsyneladende kaliumisocyanat, hvilket resulterer i et farveløst bundfald.Note 3: Det er sandsynligt, at endiol-mellemproduktet faktisk er den art, der reagerer med Cu2+ i det første trin i mekanismen, der fører til aldehydet. Se afsnittet mekanisme.Note 4. En ting at bemærke: hvis saccharose opvarmes med vandig syre før en Fehlings/Benedict/Tollens-test, vil en positiv test resultere., Det skyldes, at acetalforbindelserne hydrolyseres af vandig syre for at producere de to bestanddele af saccharose (glucose og fructose), som selv reducerer sukkerarter.

(avancerede) referencer og yderligere læsning

1. arten af Fehlings opløsning
   Thomas G. H .rner, Peter kl .fers
   J. Inorg. Chem. 2016, 12, 1798-1807
   DOI: 10.1002/ejic.201600168
   selvom reaktionsligningen af Fehlings test kan se simpel ud på papir, er de involverede arter faktisk ret komplekse!
2. underkastelse af glutaraldehyd til Tollens-testen
   Williamilliam D., Bakke
   Journal of Chemical Education 1990, 67 (4), 329
   TO: 1021/ed067p329
   Dialdehydes vil også give en positiv Tollens test (sølv spejl bundfaldet).
3. Tollens ‘ s test, fulminant sølv og sølv skælde ud her
   Ian D. Jenkins
   Journal of Chemical Education 1987, 64 (2), 164
   TO: 10.1021/ed064p164
   Tollens test er almindeligvis udføres i bachelor organisk kemi laboratorier, med nøje testet procedurer. Procedurerne skal være robuste, fordi Tollens-reagenset kan være eksplosivt, som denne note forklarer.,
4. Fehling og Benedikt test
   Ralph Daniels, Clyde C. Rush, og Ludwig Bauer
   Journal of Chemical Education 1960, 37 (4), 205
   TO: 10.1021/ed037p205
   Dette notat er interessant, fordi forfatterne viser, at Fehling og Benedikt tests er specifikke for hemiacetaler i reducerende sukker – de fejler, når de anvendes med enkle alifatiske aldehyder.
5. En korrektion på Benedict test
   William D. Hill
   Journal of Chemical Education 1982, 59 (4), 334
   DOI: 10.,1021 / ed059p334
   flere lærebøger bruger Na2CO3 som base i Benedict-testen, men ifølge denne note kræves NaOH til dannelse af Cu2