還元糖とは何ですか、そしてなぜそれが重要なのですか？ ここでは簡単な要約です。 以下のポストの完全な詳細。,
目次
- 還元糖について話す前に、”棒でおしっこ”の化学
- ベネディクトの、FehlingsとTollensのテスト：アルデヒドの存在のための三つの視覚”テスト”
- 還元糖：ヘミアセタール-鎖アルデヒド
- それでは、還元糖は何ではありませんか？
- ヘミアセタールを欠く糖類は、還元糖ではない
- 単一のヘミアセタール単位を有する複合多糖類（例えば、例えば、ヘミアセタール単位を有する複, ベネディクト、FehlingsとTollensテストの化学
- ノート
- （高度な）参考文献とさらなる読書
1。 還元糖について話す前に：”スティックにおしっこ”の化学
Q.溶液中のグルコース濃度（特に血液または尿中）を測定できるようにすることが有用かもしれない状況について考えることができますか？
A.糖尿病。, 砂糖の濃度を迅速かつ簡単に測定する方法があれば、それに対抗するためにどれくらいのインスリンが必要かを判断することができます。
次の質問。 グルコースの存在を検出する簡単で視覚的な方法は何でしょうか？ 特に専門家の化学者であることを要求しない何かか。
理想的には、色の変化をもたらす化学反応が望ましいです。
妊娠検査について考えてみてください：あなたは棒でおしっこをして、あなたが妊娠しているかどうか数分以内に知っています。 あなたは化学を知る必要はありません。 それは愚かです。,
糖尿病患者に適した血糖検査は、同様の使いやすさを持つ必要があります。
これは、歴史的に重要なカラーベースの血糖値テストの基礎であるため、還元糖の話題に（アルデヒドを介して）私たちをもたらします。,
アルデヒドの存在のための三つの視覚的な”テスト”：ベネディクトの、Fehlings、およびTollensのテスト
私たちは糖に到達する前に、のは、アルデヒドの酸化
アルデヒドはカルボン酸に比較的容易に酸化することができる官能基であることを以前に見てきました。 例えば、クロム酸（H2CrO4）のような”強い”酸化剤によるアルコールの酸化は、さらに速やかにカルボン酸に酸化されるアルデヒドをもたらす。
このプロセスの間、アルデヒドは酸化され、酸化剤は還元される。, これをフレーミングする別の方法は、アルデヒドがこのプロセスにおける還元剤であると言うことである。
アルデヒドをカルボン酸に酸化するために使用できる試薬のリストはloooongです。 これらのうち、いくつかの方法は、反応が完了するまで進行したことを特に明確な視覚的指示を提供する際に際立っている。
入門有機化学ラボで遭遇する可能性のあるアルデヒドの三つの”視覚的な”テストは次のとおりです。
- アルデヒドが青いCu(II)溶液の色を赤いCu(I)に変えるFehlingの溶液。,
- ベネディクトの溶液フェーリングの溶液のわずかに修正されたバージョン
- Tollensのテストでは、アルデヒド酸化が反応容器上に沈殿する銀金属の美しい”鏡”
重要なことに、ケトンはこれらの条件のいずれの下でも反応しません。 上記の試験はまた、IRおよびNMR分光法がこのルーチンを作る前の暗い日におけるアルデヒドとケトンを区別する有用な方法であった。
それでは、これは糖と何の関係がありますか？, 叫んでモードに戻ってみましょう：
還元糖：ヘミアセタール官能基を持つ糖は、開鎖アルデヒドと平衡状態にあるので、陽性試験を与えます
私たちが見てきたように、グルコースはアルデヒドを含む開鎖（または”線状”）形態と平衡状態にあります。
任意の時点でのアルデヒドの濃度は小さい（<1％）が、適切な試薬で捕捉されるのに十分長命である。,これはグルコースがBenedictsの試薬、Fehlingsの解決、またはTollensテストとの肯定的なテストを与え、アルデヒドがカルボン酸に酸化されることを意味します。
出来上がり！ グルコースが存在するかどうかを簡単な色の変更が伝えます！
画像ソース
定量化はどうですか？
グルコースの迅速な視覚検査ができるのはうれしいことです。, しかし、例えば尿や血液の溶液中のグルコースの正確な濃度を決定したい場合はどうなりますか？
この場合、わずかに異なるベネディクト溶液の処方が使用され、これは赤色ではなく無色の沈殿物をもたらす。 分析されるべき試料の溶液を、Ｃｕ（ＩＩ）の青色が消えるまで、既知の量のＢｅｎｅｄｉｃｔｓ溶液を含むフラスコに、ビュレットを介して加える。 未知のサンプルを用される1%溶液の糖.
Benedictsアッセイは、50年以上にわたってグルコースを定量化するための選択の方法でした。, ある研究者は、第二次世界大戦中にアメリカ陸軍に入隊したすべての人が、ベネディクトの溶液で砂糖の尿検査を受けたことを思い出している。
しかし、最近では、ベネディクトの溶液の使用は、グルコースオキシダーゼのような酵素的方法に取って代わられている。 どうして？
ベネディクトテストは、グルコースに固有のものではありません。 従ってそれはまた他の還元糖のための肯定的なテストを与えます。,
要するに、ヘミアセタールを有する任意の糖*（*単糖または二糖）は、これらの糖が開鎖アルデヒドと平衡状態にあるので、陽性試験を与えるであろう。 したがって、血液/尿にマンノース、ガラクトース、またはフルクトースのような一般的な単糖類が含まれている場合、これらは陽性のテストを提供します。 言い換えれば、これらの糖も還元糖である。 
ちょっと待ってください。 エトゥ、フルクトース？
ケトンはこれらの条件下で酸化するはずではありません！ では、なぜフルクトースは肯定的なテストを与えるのですか？
素晴らしい質問です。, フルクトースはケト糖であり、ケトンは一般的にベネディクトと陰性の試験を与えるが、例外がある。 ケトン炭素に隣接する炭素（”アルファ炭素”）がヒドロキシル基を含む場合、ケトンは互変異性化によってアルデヒドと平衡になる（これは記録のために、これは”エンジオール転位”と呼ばれる）。
同様に、マルトースやラクトースなどのいくつかの二糖類にはヘミアセタールが含まれています。, それらはまた肯定的なFehlings、ベネディクト、またはTollensテストを与える砂糖を減らしています（ラクトースの肯定的なテストの映像は更に下にあります）。
一番下の行は、Benedicts試薬は、グルコースだけでなく、マンノース、ラクトース、マルトース、フルクトース、および他のものを含む還元糖を定量化することです。 つまり、テストは私たちが望むほど具体的ではないことを意味します！
それでは、還元糖ではないものは何ですか？
これまでのところ、私たちが遭遇したすべての砂糖は還元糖であるようです。 だから、尋ねるのは公正です：砂糖は還元糖ではないのはいつですか？,
二つの主なケース：
- ヘミアセタールを欠いているモノおよびジ糖
- アセタール結合に対するヘミアセタールの比率が非常に低い多糖類（例えば澱粉）
ヘミアセタールを欠いている糖は還元糖ではない
私たちは、ヘミアセタールがアルデヒドまたはケトンと平衡していることをポストの上部に見ました。 対照的に、アセタール（ケタール）は所定の位置に固定されており、水性の酸でアルデヒドまたはケトンに戻すことしかできない。 だからこそ、彼らはアルデヒド/ケトンのための偉大な保護基を作るのです。,
非還元糖のためのポスター子は、ショ糖、別名テーブル砂糖です。
スクロースは、グルコースとフルクトースの二糖類です。 以下の構造でヘミアセタールを見つけることができるかどうかを確認してください：
一つはありません！ スクロースはアセタール基のみを有し、アセタールはベネディクト試験に存在する基本的な条件下でアルデヒドに開放されないので、スクロースは還元糖ではない。
スクロースは、ベネディクト溶液に陰性試験（青色）を与える。,非還元糖の別の例は、下記のグルコースメチルグルコシドなどの一般的な糖のいわゆる”グルコシド”である。 ここで得られた加熱によりブドウ糖、酸性メタノール.
アルデヒドに開くことができるヘミアセタールを欠いているこのメチルグルコシドはまた否定的なベネディクトのテストを与えます。
単一のヘミアセタール単位のみを有する複合多糖類は、還元糖（例えばデンプン）としてカウントされない
糖は、多糖類として知られている配列で互いに長い鎖を形成することができる。, 多糖類の一般的な例は、デンプン、セルロース、およびグリコーゲンである。
これらの多糖類中の個々の糖単位の大部分は、アセタール（”グリコシド”）結合を介して互いに結合される。 ヘミアセタールは存在するが、ポリマーの末端にのみ存在する。
デンプンは、例えば、一般に約300-600個の個々の単位のグルコースを有するが、一つの単位（末端）のみがヘミアセタールを有する。
“アセタール”の干し草の中の一つのヘミアセタール”針”は、還元糖の陽性試験を与えるのに十分ではありません。 したがって、これらの多糖類は還元糖とはみなされません。, 例えば、デンプンは陰性の試験を与える（下記参照）。
ここでは、乳糖、澱粉、グルコース、果糖、およびショ糖によるベネディクトのテストの例です（
澱粉およびショ糖は青色であり、非還元糖として分類されることに注意してください。
それは”還元糖”を”非還元糖”から分類するものについて十分です。
これが最後のステップです。 自分自身をテストします。 還元糖とは何ですか？
7. 還元糖に自分自身をテストします
意味をなさない？ 次の糖が還元糖であるか非還元糖であるかについて自分で質問してください。,
“還元糖とは何か”以外のことを知る必要がない場合は、ここで完了です。
しかし、あなたはウサギの穴をさらに下に行きたい場合は、私はについて学ぶためにさらに読むためにあなたを招待します…
ベネディクト、Fehlings、およびTollensテストの化学
それでは、実際にベネディクト、FehlingsとTollensテストで何が起こっていますか？ のは、化学の詳細を議論してみましょう。
すべての三つの試験についての一つのことは、活性試薬が特にベンチ安定ではなく、新たに調製しなければならないということです。,
フェーリングの溶液
フェーリングの溶液については、明るい青色の硫酸銅(II)、水酸化ナトリウム、酒石酸カリウムナトリウム（そうでなければロシェルの塩として知られている）から始まる。 酒石酸塩を使用することの背後にある目的は、それが銅（II）に調整し、それが溶液外に衝突するのを防ぐのに役立つことである。
一旦調製されると、分析される物質を添加し、混合物を短時間に加熱する。
これにより、カルボン酸と赤色Cu(I)が生成し、酸化銅(I)として析出する。,
フェーリング溶液中の活性種の構造が決定されている;それは二つの酒石酸配位子に結合した正方形の平面銅錯体である。
ベネディクトの溶液
ベネディクトの溶液は、酒石酸塩の代わりにクエン酸塩を使用するフェーリングの溶液のわずかなバリエーションであり、銅（II）の安定性
Fehlingのソリューションと同様に、それは最高の新鮮な作られています。 成分は硫酸銅（II）、炭酸ナトリウムです（注：水酸化物も必要です！ -参照参照）、およびクエン酸ナトリウム。, （注：定量試験では、チオシアン酸カリウムが添加され、無色の白色沈殿物が得られる）。
試験は、分析対象の物質を添加し、短時間加熱することによって行われる。
Tollens’Solution
Tollensテストの有効成分+は、長い貯蔵寿命を持たず、FehlingsおよびBenedictソリューションのように、新鮮なものが最もよく調製されます。
以下の最初の三行は、手順を説明しています。 硝酸銀は水酸化銀に変換され、酸化銀(I)Ag2Oを形成する。, その後、アンモニア水溶液（NH3）を添加すると、活性酸化剤である銀-アンモニア錯体が形成される。次いで、試験される試料を、塩基性溶液中で新たに調製された活性酸化剤に添加する。 肯定的な試験結果は反作用の容器で沈殿する銀製の金属の美しいミラーで起因します。 （この手順の変形は、ミラーの準備に使用されます）。
それはどのように動作しますか？
最初に注意すべきことは、これらの手順のすべてが基本的な解決策で発生することです。
なぜ？, 私たちが話すことができるこれには少なくとも二つの良い理由があります。
- まず、酸性条件は、ヘミアセタールに存在する任意のアセタールを加水分解し、偽陽性試験を与える可能性があります。
- 第二に、塩基は環鎖相異性（すなわち、環状ヘミアセタール形態と線状アルデヒド形態との間の相互変換）の速度をかなり速める。
ここで一番下の行は、塩基を添加すると、出発アルデヒドの濃度を増加させる効果があるということです。,
メカニズムの詳細は暗く、入門教科書には見つかりません
オンラインで決定的に解明されているFehlingsまたはBenedictソリューションのメカニズムの一 私が間違っている場合は、教えてください（コメントを残す）。
baseを使用する第三の理由がありますが、私はそれについて話すことにあまり熱心ではありません。 に気づくかもしれませんというメカニズムのいずれかのこれらの反応です。 それは、正確なメカニズムを解明するのが難しかったからです。, それぞれの反応のメカニズムに関与する重要なステップの一つは、金属塩が基質から単一電子をスラリングし、フリーラジカルおよび/またはカルボカチオンを生成するときに本質的に”単一電子移動”と呼ばれるプロセスであると思われる。
単一電子移動反応の開始のためのアクセスポイントの一つは、エノラートの塩基促進形成によって達成することができる炭素-金属結合である。
これは、アルデヒドがアルファ炭素上にプロトンを有することを必要とする（すなわち、”エノライズ可能”である）。, Fehlingの解決策は、アルファ炭素上に陽子を欠いており、エノル化することができないベンズアルデヒドの試験ではがらくたの仕事をしていることが したがって、反応はエノールを介して進行する必要があるように見える。
しかし、フェーリングの溶液はホルムアルデヒドをギ酸に酸化し、その上を二酸化炭素に酸化し、このプロセスはエノール/エノラート中間体を介して進むことができない可能性がある。
したがって、様々な機械的経路が動作する可能性があります。
メカニズムはどのように見えるのでしょうか？
たぶん、おそらく、このようなものですか？,
ポップアップ画像のためにここにホバーするか、
他の誰かがより良いアイデアを持っている場合は、以下のコメントをお気軽にお願いします。
ノート
画像ソース：ベネディクトソリューション。 フェーリングのソリューション。 Tollensテスト。
注1. これは、アルデヒドからカルボン酸を調製するための最も実用的な方法であると言うことではありません。 化学者は、良好な収率でアルデヒドからカルボン酸を調製したいとき、彼らはこれら三つのプロセスのいずれかを使用しません。 それを行う標準的な方法はPinnick酸化です。
注2., 定量試験は明らかに無色の沈殿物をもたらすイソシアネートカリウムを用いた。
注3：エンジオール中間体は、実際にはアルデヒドにつながる機構の初期段階でCu2+と反応する種である可能性が高い。 メカニズムのセクションを参照
注4. 注意すべきことの一つ：Fehlings/Benedict/Tollensテストの前にスクロースを水性酸で加熱すると、陽性のテストが結果として生じます。, これは、アセタール結合が水性酸によって加水分解され、それ自体が還元糖であるショ糖（グルコースとフルクトース）の二つの構成糖を生成するためです。
（高度な）参考文献とさらなる読書
- フェーリングのソリューションの種
Thomas G.Hörner、Peter Klüfers
J.Inorg. ケム 2016,12,1798-1807
DOI:10.1002/ejic.201600168
フェーリングのテストの反応式は紙の上で簡単に見えるかもしれませんが、関係する種は実際にはかなり複雑です！ - Tollensテストへのグルタルアルデヒドの服従
ウィリアムD., Hill
Journal of Chemical Education1990,67(4),329
DOI:1021/ed067p329
ジアルデヒドはまた、陽性Tollensテスト（銀鏡沈殿物）を与える。 - Tollens’s test,fulminating silver,and silver fulminate
Ian D.Jenkins
Journal of Chemical Education1987,64(2),164
DOI:10.1021/ed064p164
Tollensテストは、一般的に慎重にテストされた手順で、学部の有機化学研究所で行われます。 このノートが説明するように、Tollens試薬は爆発性である可能性があるため、手順は堅牢でなければなりません。, - Fehling and Benedict tests
Ralph Daniels,Clyde C.Rush,and Ludwig Bauer
Journal of Chemical Education1960,37(4),205
DOI:10.1021/ed037p205
著者らは、FehlingとBenedict testsが還元糖中のヘミアセタールに特異的であることを示しているため、このノートは興味深い。 - ベネディクトテストの修正
ウィリアム*D*ヒル
化学教育のジャーナル1982、59（4）、334
DOI：10。,1021/ed059p334
いくつかの教科書では、ベネディクトテストのベースとしてNa2CO3を使用していますが、このノートによると、NaOHはCu2の形成に必要です