mi a redukáló cukor, és miért fontos? Itt egy gyors összefoglaló. Teljes részletek az alábbi bejegyzésben., 
Tartalomjegyzék
- Mielőtt Beszélünk, Csökkenti a Cukor, A Kémia, A “Pisilni Az Stick”
- Benedek, Fehlings, valamint Tollens’ Teszt: Három Vizuális “Vizsgálatok” A Jelenléte Aldehidek
- Redukáló Cukrok: A cukrok Egy Hemiacetal Funkcionális Csoport Ad Pozitív Tesztet, Mivel Ezek Az Egyensúlyi Nyílt Láncú Aldehid
- Szóval, Mi nem Csökkenti a Cukor?
- a Hemiacetallal nem rendelkező szacharidok nem redukálják a cukrokat
- komplex poliszacharidok egyetlen hemiacetális egységgel (pl., Keményítő) nem redukálják a cukrokat
- tesztelje magát a redukáló cukrokra
- A Benedict, Fehlings és Tollens tesztek kémiája
- Megjegyzések
- (haladó) referenciák és további olvasmányok
1. Mielőtt a cukrok csökkentéséről beszélnénk: a “pisilés a botra”kémia
Q. gondolhat egy olyan helyzetre, ahol hasznos lehet a glükóz koncentrációjának mérése oldatban (különösen a vérben vagy a vizeletben) ?
A. Diabetes., Ha gyorsan és könnyen meg tudja mérni a cukor koncentrációját, akkor meghatározhatja, hogy mennyi inzulinra van szükség annak ellensúlyozásához.
következő kérdés. Mi lenne egy egyszerű, vizuális módszer a glükóz jelenlétének kimutatására? Különösen valami, ami nem követeli meg, hogy szakértő vegyész legyen?
ideális esetben olyan kémiai reakciót szeretne, amely színváltozást eredményez.
gondoljon a terhességi tesztekre: csak pisiljen egy botra, és néhány percen belül tudja, hogy terhes-e. Nem kell ismernie a kémiát. Agyatlan.,
a cukorbetegek számára alkalmas vércukorszint-tesztnek hasonló egyszerűnek kell lennie.
Ez (aldehideken keresztül) a cukrok csökkentésének témájához vezet, mivel ezek a vércukorszint történelmileg fontos színalapú vizsgálatának alapját képezik.,
három vizuális “teszt” Az aldehidek jelenlétére: Benedict, Fehlings és Tollens tesztjei
mielőtt eljutnánk a cukrokhoz, beszéljünk az aldehidek oxidációjáról.
korábban láttuk, hogy az aldehidek olyan funkcionális csoport, amely viszonylag könnyen oxidálható karbonsavakká. Például az alkoholok oxidációja “erős” oxidálószerrel, például krómsavval (H2CrO4) olyan aldehidet eredményez, amely gyorsan oxidálódik karbonsavvá.
e folyamat során az aldehid oxidálódik és az oxidálószer csökken., Ennek egy másik módja az, hogy azt mondjuk, hogy az aldehid a redukálószer ebben a folyamatban.
Az aldehidek karbonsavakká történő oxidálására használható reagensek listája looong. Ezek közül néhány módszer kiemelkedik abban, hogy különösen egyértelmű vizuális jelzést adjon arról, hogy a reakció befejeződött.
Az aldehidek három” vizuális ” tesztje, amelyekkel egy bevezető szerves kémiai laborban találkozhat, a következők:
- Fehling oldata, ahol egy aldehid megváltoztatja a kék Cu(II) oldat színét piros Cu(I) – re .,
- Benedict ‘s solution a little modified version of Fehling’ s solution
- Tollens ‘test, where aldehid oxidation results in a beautiful” mirror ” of silver metal to Csapadék a reakcióedény.
fontos, hogy a ketonok ezen feltételek egyikében sem reagálnak. A fenti vizsgálatok szintén hasznos módszert jelentettek az aldehidek ketonoktól való megkülönböztetésére az IR és NMR spektroszkópia előtti sötét napokban.
Tehát mi köze ennek a cukrokhoz?, Menjünk vissza Kiabál Mód:
Redukáló Cukor: Cukor, Egy Hemiacetal Funkcionális Csoport Ad Pozitív Tesztet, Mivel Ezek Az Egyensúlyi Nyílt Láncú Aldehid
Mint láttuk, a szőlőcukor egyensúlyi nyitott-lánc (vagy a “lineáris”) formájában, amely egy aldehid.
az aldehid koncentrációja egy adott időpontban kicsi (<1%), de elég hosszú élettartam ahhoz, hogy a megfelelő reagens csapdájába kerüljön.,
Ez azt jelenti, hogy a glükóz pozitív tesztet ad Benedek reagensével, Fehlings oldattal vagy a Tollens teszttel, az aldehid pedig karbonsavvá oxidálódik.
Voila! Egy egyszerű színváltozás megmondja, hogy van-e glükóz!
képforrás
mi a helyzet a számszerűsítéssel?
jó, hogy van egy gyors vizuális teszt glükóz., De mi van, ha meg akarjuk határozni a glükóz pontos koncentrációját a vizelet vagy a vér oldatában?
ebben az esetben a Benedicts oldat kissé eltérő formuláját alkalmazzák, ami színtelen csapadékot eredményez, nem pedig vörös színt. Az elemezendő minta oldatát bureten keresztül egy ismert mennyiségű Benedict oldatot tartalmazó lombikhoz adjuk, amíg a Cu(II) kék színe eltűnik. Az ismeretlen mintát ezután 1% – os glükóz oldattal kalibráljuk.
Benedicts assay volt a módszer a választás számszerűsítésére glükóz több mint 50 éve., Az egyik kutató emlékeztet arra,hogy az amerikai hadseregbe a második világháború alatt bevitt összes induktát Benedict megoldásával cukorra tesztelték.
az utóbbi időben azonban Benedict oldatának alkalmazását enzimatikus módszerekkel, például glükóz-oxidázzal helyettesítették. Miért?
A Benedict-teszt nem specifikus a glükózra; csak azt jelzi, hogy van-e aldehid. Tehát pozitív tesztet fog adni más redukáló cukrokra is.,
röviden, a hemiacetallal rendelkező cukor* (*mono – vagy diszacharid) pozitív tesztet is ad, mivel ezek a cukrok egyensúlyban vannak egy nyitott láncú aldehiddel. Tehát, ha a vér/vizelet olyan közös monoszacharidokat tartalmaz, mint a mannóz, a galaktóz vagy a fruktóz, ezek pozitív tesztet eredményeznek. Más szavakkal, ezek a cukrok is csökkentik a cukrokat.
tartsa egy másodpercig. Et tu, fruktóz?
A Ketonoknak nem szabad oxidálódniuk ilyen körülmények között! Akkor miért ad a fruktóz pozitív tesztet?
nagy kérdés., Bár a fruktóz keto cukor, a ketonok általában negatív tesztet adnak a Benedicttel, van egy kivétel. Ha a keton-szén (az “alfa-szén”) melletti szén hidroxilcsoportot tartalmaz, akkor a keton egyensúlyban lesz egy aldehiddel tautomerizációval (csak a felvétel érdekében ezt “enediol átrendeződésnek”nevezik).
hasonlóképpen, néhány diszacharid, például maltóz és laktóz hemiacetált tartalmaz., Ezek csökkentik a cukrokat is, amelyek pozitív Fehlings, Benedict vagy Tollens tesztet adnak (a laktózpozitív teszt képe alább található).
a lényeg az, hogy Benedicts reagens számszerűsíti a redukáló cukrokat, amelyek nemcsak glükózt, hanem mannózt, laktózt, maltózt, fruktózt és másokat is tartalmaznak. Ez azt jelenti, hogy a teszt nem olyan specifikus, mint szeretnénk!
tehát mi nem redukáló cukor?
eddig úgy tűnik, hogy minden cukor, amellyel találkoztunk, redukáló cukor. Tehát jogos a kérdés: mikor van a cukor nem redukáló cukor?,
Két fő esetben:
- mono -, di-szacharidok ami hiányzik a hemiacetal
- poliszacharidok, ahol az arány hemiacetálok, hogy acetal kapcsolatok nagyon alacsony (pl. keményítő)
Szacharidok, Hogy Hiányzik Egy Hemiacetal Nem Redukáló Cukor
láttuk, hogy a tetején a post, hogy hemiacetálok egyensúlyban van egy aldehid vagy keton. Ezzel szemben az acetálok (ketálok) a helyükre vannak zárva, és csak az aldehidre vagy a ketonra konvertálhatók vizes savval. Ezért nagyszerű védőcsoportokat alkotnak az aldehidek/ketonok számára.,
a nem redukáló cukor posztergyermeke a szacharóz, más néven asztali cukor.a
szacharóz a glükóz és a fruktóz diszacharidja. Nézze meg, hogy talál-e hemiacetált a szerkezetében, az alábbiakban:
nincs ilyen! A szacharóznak csak acetálcsoportjai vannak, és mivel az acetálok nem nyílnak meg az aldehidek előtt A Benedict-tesztben szereplő alapvető feltételek mellett, a szacharóz nem redukáló cukor.
a szacharóz negatív (kék) tesztet ad a Benedict oldatnak.,
egy másik példa a nem redukáló cukorra a közös cukrok, például a glükóz-metil-glükozid úgynevezett “glükozidjai”. Ezt úgy kapjuk, hogy a glükózt savas metanolban melegítjük.
hiányzik a hemiacetál, amely egy aldehidre nyithat, ez a metil-glükózid negatív Benedek-tesztet is ad.
A komplex poliszacharidok, amelyeknek csak egyetlen hemiacetális egységük van, nem számítanak redukáló cukroknak (pl. keményítő)
a cukrok hosszú láncokat képezhetnek egymással poliszacharidoknak nevezett elrendezésben., A poliszacharidok gyakori példái a keményítő, a cellulóz és a glikogén.
ezekben a poliszacharidokban az egyes cukoregységek túlnyomó többsége Acetál (“glikozid”) kapcsolatokon keresztül kapcsolódik egymáshoz. A hemiacetálok jelen vannak, de csak a polimer terminiben.
például a keményítő általában körülbelül 300-600 egyedi glükózegységgel rendelkezik, de csak egy egység (a terminus) rendelkezik hemiacetallal.
egy hemiacetális ” tű “az” acetálok ” szénakazalában nem elegendő ahhoz, hogy pozitív vizsgálatot végezzen a cukrok csökkentésére. Ezért ezek a poliszacharidok nem tekinthetők redukáló cukroknak., Például a keményítő negatív tesztet ad (lásd alább).
itt egy példa a Benedict laktózt, keményítőt, glükózt, fruktózt és szacharózt tartalmazó tesztjére (
megjegyzés: a keményítő és a szacharóz kék, nem redukáló cukroknak minősítve őket.
Ez elég arról, hogy mi osztályozza a ” redukáló cukrot “egy”nem redukáló cukorból”.
itt az utolsó lépés. Teszteld magad. Mi az a redukáló cukor, és mi nem?
7. Tesztelje magát a cukrok csökkentésében
van értelme? Vetéld fel magadnak, hogy a következő cukrok csökkentik-e a cukrokat vagy a nem redukáló cukrokat.,
Ha nem kell mást tudnia, mint a” mi a redukáló cukor”, itt történik.
de ha tovább akarsz menni a nyúllyukon, Felkérem Önt, hogy olvassa tovább, hogy megismerje…
A Benedek, Fehlings és Tollens tesztek kémiáját
Tehát mi folyik valójában a Benedict, Fehlings és Tollens tesztekben? Beszéljük meg a kémia részleteit.
mindhárom tesztnél egy dolog az, hogy az aktív reagens nem különösebben stabil, ezért frissen kell elkészíteni.,
Fehling oldata
Fehling oldatához az egyik fényes kék réz(II) – szulfáttal, nátrium-hidroxiddal és kálium-nátrium-tartaráttal (más néven Rochelle-sóval) kezdődik. A tartarát használata mögött az a cél, hogy a réz(II) felé forduljon, és megakadályozza, hogy az oldat összeomlik.
az elkészítés után az elemezendő anyagot hozzáadjuk, majd a keveréket rövid ideig melegítjük.
Ez egy karbonsavat és vörös Cu(I) – t eredményez, amely réz(I) – oxidként kicsapódik.,
meghatározták az aktív fajok szerkezetét Fehling oldatában; ez egy négyzet-sík rézkomplexum, amely két tartrát ligandumhoz kapcsolódik.
Benedek Megoldás
Benedek megoldás egy enyhe változata a Fehling-oldatot használ-citrát, ahelyett, hogy-tartarát, amely biztosítja a jobb stabilitás, a réz(II).
mint Fehling megoldása, a legjobb friss. Az összetevők réz (II) – szulfát, nátrium-karbonát (megjegyzés: hidroxidra is szükség van! – lásd a hivatkozást), és a nátrium-citrát., (Megjegyzés: a mennyiségi vizsgálat során kálium-tiocianátot adnak hozzá, ami színtelen fehér csapadékot eredményez).
a vizsgálatot az elemezendő anyag hozzáadásával és rövid ideig történő hevítéssel végezzük.
Tollens ‘megoldása
a Tollens-teszt hatóanyaga,+, nincs hosszú eltarthatósági ideje, és mint a Fehlings’ és Benedict oldatok, a legjobban frissen készülnek.
az alábbi első három sor leírja az eljárást. Az ezüst-nitrátot ezüst-hidroxiddá alakítják, amely ezüst (I) – oxidot, Ag2O-t képez., Ezután vizes ammónia (NH3) hozzáadásával létrejön az ezüst-ammónia komplex, amely az aktív oxidálószer.
a vizsgálandó mintát ezután egy alapoldatban hozzáadjuk a frissen elkészített aktív oxidálószerhez. A pozitív teszt eredménye egy gyönyörű tükör ezüst Fém kicsapódik ki a reakcióedény. (Ennek az eljárásnak egy változatát használják tükrök készítéséhez).
hogyan működik?
az első dolog, amit meg kell jegyezni, hogy ezek az eljárások az alapvető megoldásban fordulnak elő.
miért?, Ennek legalább két jó oka van, amiről beszélhetünk.
- először is, a savas körülmények hidrolizálhatják a hemiacetáloknak jelenlévő acetálokat, hamis pozitív tesztet adva.
- másodszor, a bázis jelentősen felgyorsítja a gyűrűlánc-tautomerizmus sebességét (azaz a ciklikus hemiacetális forma és a lineáris aldehidforma közötti interkonverziót).
A lényeg itt az, hogy a bázis hozzáadása növeli a kiindulási aldehid koncentrációját.,
a mechanisztikus Részletek homályosak, és nem találja őket semmilyen bevezető tankönyvben
nem találok egyetlen példányt sem a Fehlings vagy Benedict megoldások mechanizmusáról, amelyek egyértelműen tisztázásra kerülnek az interneten. Ha tévedek, kérjük, mondja meg (Szólj hozzá).
a base használatának harmadik oka van, bár nem nagyon szívesen beszélek róla. Észre lehet venni, hogy még nem említettük ezeknek a reakcióknak a mechanizmusait. Ez azért van, mert a pontos mechanizmusok trükkösek voltak a tisztázáshoz., Az egyik legfontosabb lépés részt a mechanizmus minden reakció úgy tűnik, hogy egy folyamat az úgynevezett “egy-elektron transzfer”, ami lényegében amikor a fém só szürcsöl egyetlen elektron le a hordozó, ami egy szabad gyököktől, és/vagy carbocation.
az egyelektron-átviteli reakció megindításának egyik hozzáférési pontja egy szén-fém kötés, amely egy enolát bázis-elősegített képződésével érhető el.
Ez megköveteli, hogy az aldehidnek protonja legyen az alfa-szénen (azaz “enolizálható”legyen)., Kiderült, hogy Fehling megoldása szar munkát végez a benzaldehid tesztelésével, amelynek nincs protonja az alfa-szénen, és nem lehet enolizálni. Így úgy tűnik, hogy a reakciónak enol-on keresztül kell folytatódnia.
azonban Fehling oldata formaldehidet forminsavvá, majd szén-dioxiddá is oxidál, és ez a folyamat nem folytatódhat enol / enolát köztiterméken keresztül.
tehát valószínű,hogy különféle mechanisztikus utak működhetnek.
hogyan nézhet ki egy mechanizmus?
Talán, esetleg valami ilyesmi?,
vigye ide a felbukkanó képet, vagy
ha valaki másnak jobb ötlete van, kérjük, kommentáljon alább.
Megjegyzések
képforrások: Benedicts megoldás. Fehling megoldása. Tollens teszt.
1. Megjegyzés. Ez nem azt jelenti, hogy ezek a legpraktikusabb módszerek az aldehidekből származó karbonsavak előállítására. Ha a vegyészek jó hozamú aldehidből karbonsavat akarnak készíteni, akkor e három folyamat egyikét sem használják. A szokásos módszer a Pinnick oxidáció.
2. megjegyzés., A kvantitatív vizsgálat nyilvánvalóan kálium-izocianátot alkalmaz, ami színtelen csapadékot eredményez.
3. megjegyzés: valószínű, hogy az enediol közbenső valójában az a faj, amely az aldehidhez vezető mechanizmus kezdeti lépésében reagál a Cu2+ – val. Lásd a mechanizmus részt.
4. Megjegyzés. Egy dolog, amit meg kell jegyezni: ha a szacharózt vizes savval melegítik a Fehlings/Benedict/Tollens teszt előtt, pozitív teszt fog eredményezni., Ennek oka az, hogy az acetálkötéseket vizes savval hidrolizálják, hogy előállítsák a szacharóz két összetevőjét (glükóz és fruktóz), amelyek maguk is redukálják a cukrokat.
(Advanced) referenciák és további olvasmányok
- Fehling megoldásának fajai
Thomas G. Görner, Peter Klüfers
J. Inorg. Chem. 2016, 12, 1798-1807
DOI: 10.1002/ejic.201600168
annak ellenére, hogy Fehling tesztjének reakcióegyenlete papíron egyszerűnek tűnhet, az érintett fajok valójában meglehetősen összetettek! - a glutáraldehidnek a Tollens-teszthez való alávetése
William D., Hill
Journal of Chemical Education 1990, 67 (4), 329
DOI: 1021/ed067p329
Dialdehydes is ad pozitív Tollens teszt (ezüst tükör Csapadék). - Tollens-próba, fulminating ezüst, ezüst durranó
Ian D. Jenkins
Journal of Chemical Education 1987, 64 (2), 164
DOI: 10.1021/ed064p164
A Tollens teszt leggyakrabban végzett egyetemi szerves kémia laboratórium, gondosan tesztelt eljárás. Az eljárásoknak robusztusaknak kell lenniük, mivel a Tollens reagens robbanásveszélyes lehet, amint azt ez a megjegyzés magyarázza., - A Fehling Benedict vizsgálatok
Ralph Daniels, Clyde C. Rohanás, Ludwig Bauer
Journal of Chemical Education 1960-as, 37 (4), 205
DOI: 10.1021/ed037p205
Ez a megjegyzés azért is érdekes, mert a szerzők azt mutatják, hogy a Fehling Benedict tesztek adott a hemiacetálok a redukálócukor – nem sikerül, ha használt egyszerű aciklikus aldehidek. - a correction on the Benedict test
William D. Hill
Journal of Chemical Education 1982, 59 (4), 334
DOI: 10.,1021 / ed059p334
több tankönyv a Na2CO3-at használja alapként A Benedict tesztben, de e megjegyzés szerint a NaOH szükséges a Cu2 kialakulásához