Hva er et redusere sukker, og hvorfor er det viktig? Her er en rask oppsummering. Alle detaljer i innlegget under.,
Innholdsfortegnelse
- Før Vi Snakker Om å Redusere Sukker, Kjemien «Tisser På Stikka»
- Benedict, Fehlings og Tollens » Tester: Tre Visual «Tester» For Tilstedeværelse av Aldehyder
- for å Redusere Sukker: Sukker Med En Hemiacetal Funksjonell Gruppe Gi Positive Tester Siden De Er I Likevekt Med En Åpen Kjede Aldehyd
- Så Hva Er ikke A Redusere Sukker?
- Saccharides Mangler En Hemiacetal Er IKKE å Redusere Sukker
- Komplekse Polysakkarider Med En enkelt Hemiacetal Enhet (f.eks., Stivelse) Er Ikke å Redusere Sukker
- Test deg Selv På å Redusere Sukker
- Kjemi Benedikt, Fehlings og Tollens Tester
- Notater
- (Avansert) Referanser og Videre Lesing
1. Før Vi Snakker Om å Redusere Sukker: Kjemien «Tisser På Stikka»
spørsmål: Kan du tenke deg en situasjon hvor det kan være nyttig å være i stand til å måle konsentrasjonen av glukose i en løsning (spesielt i blod eller urin) ?
A. Diabetes., Når du har en måte å raskt og enkelt å måle konsentrasjonen av sukker, så kan du finne ut hvor mye insulin er nødvendig for å motvirke det.
Neste spørsmål. Hva ville være en enkel, visuell måte å oppdage tilstedeværelsen av glukose? Spesielt noe som ikke krever at du må være en ekspert kjemiker?
Ideelt sett vil du som en kjemisk reaksjon som resulterer i en farge du vil endre.
Tenk om graviditet tester: du bare tisse på en pinne og vite at innen et par minutter om du er gravid. Du trenger ikke å vite noen kjemi. Det er hjerneløse.,
En test for blod sukker egnet for diabetikere bør ha et lignende brukervennlighet.
Dette bringer oss (via aldehyder) til emnet om å redusere sukker, siden de er grunnlaget for en historisk viktige farge-basert test for blod glukose.,
Tre Visual «Tester» For Tilstedeværelse av Aldehyder: Benedict, Fehlings, og Tollens » Tester
Før vi kommer til sukker, la oss snakke om oksidasjon av aldehyder.
Vi har sett tidligere at aldehyder er en funksjonell gruppe som kan bli oksidert relativt lett å karboksylsyre syrer. For eksempel oksidasjon av alkoholer med en «sterk» oxidant som chromic syre (H2CrO4) resulterer i et aldehyd som er raskt oksidert videre til en karboksylsyre.
i Løpet av denne prosessen, aldehyd er oksidert og oksiderende agent er redusert., En annen måte å komponere dette er å si at aldehyd er reduksjonsmiddel i denne prosessen.
listen av reagenser som kan brukes til å oksidere aldehyder til karboksylsyre syrer er laaange. Av disse, et par metoder skiller seg ut ved å tilby et spesielt tydelig visuell indikasjon på at reaksjonen har gått videre til ferdigstillelse.
Tre «visual» tester for aldehyder som du kan støte på i en innledende organisk kjemi lab er følgende:
- Fehling løsning, der et aldehyd endrer farge med en blå Cu(II) løsning til røde Cu(I) .,
- Benedict ‘ s løsning en litt modifisert versjon av Fehling løsning
- Tollens test, hvor aldehyd oksidasjon resulterer i en vakker «speil» av sølv metall for å fremskynde på reaksjonskaret.
Viktigere, ketoner ikke reagerer under noen av disse forholdene. De ovennevnte testene var også en nyttig måte å skille aldehyder fra ketoner i de mørke dagene før IR-og NMR-spektroskopi laget denne rutinen.
Så hva har dette å gjøre med sukker?, La oss gå tilbake til Roping-Modus:
å Redusere Sukker: Sukker Med En Hemiacetal Funksjonell Gruppe Gi Positive Tester Siden De Er I Likevekt Med En Åpen Kjede Aldehyd
Som vi har sett, glukose er i likevekt med en åpen kjede (eller «lineær») form inneholder et aldehyd.
konsentrasjonen av aldehyd til enhver tid er liten (<1%), men langvarige nok til å bli fanget, med rett reagens.,
Dette betyr at glukose vil gi en positiv test med Benedicts’ reagens, Fehlings løsning, eller Tollens test, og aldehyd vil bli oksidert til en karboksylsyre.
Voila! En enkel farge endring forteller deg om glukose er til stede!
bilde kilde
Hva om de ikke kan tallfestes?
Det er fint å ha en rask visuell test for glukose., Men hva hvis vi ønsker å finne ut nøyaktig konsentrasjon av glukose i en løsning av, si, urin eller blod?
I dette tilfellet, en litt annen formulering av Benedicts løsning er brukt som resulterer i en fargeløs, utfellinger snarere enn en rød farge. En løsning av prøven skal analyseres er lagt til, via buret, til en flaske som inneholder en kjent mengde Benedicts løsning til den blå fargen på Cu(II) forsvinner. Den ukjente prøven er så kalibrert ved hjelp av en 1% løsning av glukose.
Benedicts analysen ble metodevalget for kvantifisering glukose i over 50 år., En forsker minner om at alle inductees i den AMERIKANSKE hæren under andre Verdenskrig hadde urinen testet for sukker med Benedict ‘ s Løsning.
I det siste, men bruken av Benedikt er en løsning som har blitt fortrengt av enzymatisk metoder som for eksempel glukose oksidase. Hvorfor?
Benedikt test er ikke spesifikke for glukose, det bare forteller deg om et aldehyd er til stede. Så det vil også gi en positiv test for andre å redusere sukker.,
kort sagt, alle sukker* (*mono – eller disaccharide) med en hemiacetal vil også gi en positiv test, siden disse sukker er i likevekt med en åpen kjede aldehyd. Så hvis blod/urin inneholder vanlige monosakkarider som mannose, galaktose, eller fruktose, disse vil levere en positiv test. Med andre ord, de sukker er også å redusere sukker. 
Hold på i et sekund. Et tu, fruktose?
Ketoner er ikke ment å oksidere under disse forholdene! Så hvorfor ikke fruktose gi en positiv test?
Flott spørsmål., Selv om fruktose er en keto sukker og ketoner generelt gir en negativ test med Benedict, det er et unntak. Om karbon i tilknytning til keton karbon (den «alfa carbon») inneholder en hydroksyl gruppe, keton vil være i likevekt med et aldehyd gjennom tautomerization (bare for posten, dette kalles en «enediol omorganisering»).
på samme måte, noen disaccharides som maltose og laktose inneholder en hemiacetal., De er også å redusere sukker som gir en positiv Fehlings, Benedict, eller Tollens test (bilde av laktose positiv test er videre nedenfor).
poenget er at Benedicts’ reagens kvantifiserer å redusere sukker som inkluderer ikke bare glukose, men også mannose, laktose, maltose, fruktose, og andre. Det betyr at testen ikke er så spesifikk som vi ønsker!
Så hva er ikke a redusere sukker?
Så langt, det virker som hver sukker vi har støtt på er å redusere sukker. Så det er rimelig å spørre: når er en sukker ikke en reduserende sukker?,
To viktigste saker:
- mono-og di-saccharides som mangler en hemiacetal
- polysakkarider hvor forholdet mellom hemiacetals å acetal sammenhengene er svært lav (f.eks. stivelse)
Saccharides Som Mangler En Hemiacetal Er Ikke å Redusere Sukker
Vi så på toppen av innlegget som hemiacetals er i likevekt med et aldehyd eller keton. I kontrast, acetals (ketals) er låst på plass og kan bare bli konvertert tilbake til aldehyd eller keton med vandig syre. Det er derfor de er flotte å beskytte grupper for aldehyder/ketoner.,
plakaten barnet for en ikke-reduserende sukker er sukrose, en.k.a. tabell sukker.
Sukrose er en disaccharide av glukose og fruktose. Se om du kan finne en hemiacetal i sin struktur, nedenfor:
Det er ikke en! Sukrose bare har acetal grupper, og siden acetals ikke åpne opp for å aldehyder under de grunnleggende vilkårene er til stede i Benedikt test, sukrose er ikke en reduserende sukker.
Sukrose gir en negativ test (blå) til Benedikt løsning.,
et Annet eksempel på en ikke-reduserende sukker er den såkalte «glucosides» av vanlig sukker, for eksempel glukose methyl-glukosid, nedenfor. Dette er oppnådd ved oppvarming glukose i sure metanol.
Mangler en hemiacetal som kan åpne for et aldehyd, dette methyl-glukosid gir også en negativ Benedict ‘ s test.
Komplekse Polysakkarider Som Bare Har En Enkelt Hemiacetal Enhet telles ikke Som Reduserende Sukker (f.eks. Stivelse)
Sukker er i stand til å danne lange kjeder med hverandre i ordninger som er kjent som polysakkarider., Vanlige eksempler på polysakkarider er stivelse, cellulose, og glykogen.
Den aller fleste av individuelle sukker enheter i disse polysakkarider er koblet til hverandre via acetal («glycosidic») koblinger. Hemiacetals er til stede, men bare på termini av polymer.
Stivelse, for eksempel, har generelt om 300-600 enkelte enhetene av glukose, men bare én enhet (endestasjon) har en hemiacetal.
En hemiacetal «nål» i en høystakk av «acetals» er ikke nok til å gi en positiv test for å redusere sukker. Derfor er disse polysakkarider er ikke ansett for å redusere sukker., For eksempel, stivelse gir en negativ test (se nedenfor).
Her er et eksempel på Benedict ‘ s test med laktose, stivelse, glukose, fruktose og sukrose (
Merk som stivelse og sukrose er blå, klassifisere dem som ikke-reduserende sukker.
Det er nok om hva som klassifiserer en «redusere sukker» fra en «ikke-reduserende sukker».
Her er det siste trinnet. Test deg selv. Hva er et redusere sukker og hva er ikke?
7. Test deg Selv På å Redusere Sukker
fornuftig? Quiz deg selv om følgende sukker er å redusere sukker eller ikke-reduserende sukker.,
Hvis du ikke trenger å vite noe annet enn «hva er en reduserende sukker», er du ferdig her.
Men hvis du ønsker å gå ytterligere ned kaninhullet, inviterer jeg deg til å lese videre for å lære om…
Kjemi Benedikt, Fehlings, og Tollens tester
Så hva er egentlig skjer i Benedict, Fehlings og Tollens tester? La oss diskutere detaljene i kjemi.
En ting om alle tre testene er at den aktive reagens er ikke spesielt benken stabil og må være nylaget.,
Fehling Løsning
For Fehling løsning, man starter med lyse blå kobber(II) sulfat, natriumhydroksid, og kalium sodium tartrate (ellers kjent som Rochelle salt). Formålet med tartrate er at det koordinatene til kobber(II) og bidrar til å hindre den fra å krasje ut av løsningen.
Når du er klar, stoffet for å bli analysert er lagt til, og blandingen varmes opp for en kort periode.
Dette resulterer i en karboksylsyre og røde Cu(i) som svikter ut som kobber(I) oksid.,
strukturen av den aktive arter i Fehling er en løsning som har vært fast bestemt på; det er en firkant-plan kobber-kompleks festet til to tartrate ligander.
Benedict ‘s Løsning
Benedict’ s løsning er en liten variant av Fehling løsning som bruker citrate i stedet for tartrate, noe som gir bedre stabilitet for kobber(II).
Som Fehling løsning, er det beste laget frisk. Ingrediensene er kobber(II) sulfat, natriumkarbonat (merk: hydroxide er også nødvendig! – se referanse), og natriumsitrat., (Merk: i den kvantitative testen, kalium thiocyanate er lagt til, noe som resulterer i en fargeløs, hvit utfellinger).
testen er utført ved å legge til stoffet for å bli analysert og oppvarming kort.
Tollens’ Løsning
Den aktive ingrediensen i Tollens test, + , ikke har en lang holdbarhet og som Fehlings’ og Benedikt løsninger som er best forberedt frisk.
De tre første linjene nedenfor beskriver prosedyren. Silver nitrat omdannes til sølv hydroxide, som danner sølv (I) oksid, Ag2O., Så, tillegg av vandige ammoniakk (NH3) resulterer i dannelsen av sølv-ammoniakk-komplekset, som er den aktive oxidant.
prøven som skal testes er da lagt til nylaget aktiv oxidant i en basisk løsning. En positiv test resultater i et vakkert speil sølvfarget metall som blir skilt seg ut på reaksjonskaret. (En variant av denne prosedyren er brukt for utarbeidelse av speil).
Hvordan Fungerer Det?
De første ting å merke seg er at alle disse prosedyrene oppstå i grunnleggende løsning.
Hvorfor?, Det er minst to gode grunner til dette at vi kan snakke om.
- Første, sure forholdene kan hydrolyze noen acetals til stede for å hemiacetals, noe som gir en falsk positiv test.
- for det Andre, base betydelig raskere pris ring-kjeden tautomerism (dvs. interconversion mellom syklisk hemiacetal form og lineær aldehyd form).
poenget her er at å legge base har effekten av å øke konsentrasjonen av start-aldehyd.,
Den Mekanistiske Detaljer Er Grumsete Og Du Vil Ikke Finne Dem I Noen Innledende Lærebok
jeg kan ikke finne en enkelt forekomst av mekanismen for Fehlings eller Benedikt løsninger blir belyst sikkert online. Hvis jeg tar feil, kan du fortelle meg (igjen en kommentar).
Det er en tredje årsak til bruk av basen, men jeg er ikke veldig ivrig på å snakke om det. Du legger kanskje merke til at vi ikke har nevnt, mekanismer av noen av disse reaksjonene. Det er fordi de eksakte mekanismene har vært vanskelig å belyse., En av de viktigste trinnene som er involvert i mekanismen av hver reaksjon synes å være en prosess som kalles», «ett-elektron transfer» som er essensielt når metall salt slurper et enkelt elektron ut av underlaget, opprette et fritt radikal og/eller carbocation.
En av tilgangspunkter for initiering av et enkelt elektron overføre reaksjon er en karbon-metall bånd, noe som kan oppnås gjennom base-fremmet dannelsen av en enolate.
Som krever at aldehyd har et proton på alpha karbon (dvs. være «enolizable»)., Det viser seg at Fehling løsning gjør en dritt jobb med testing for benzaldehyde, som mangler noen protoner på alpha-karbon, og kan ikke være enolized. Dermed vil det vises at reaksjonen behov for å gå gjennom en enol.
Imidlertid Fehling løsning også oxidizes formaldehyd til maursyre og dermed til karbondioksid, og denne prosessen kan ikke muligens gå gjennom en enol/enolate middels.
Så er det sannsynlig at en rekke mekanistiske trasé kan være i drift.
Hva kan en mekanisme som ser ut som?
Kanskje, muligens, noe sånt som dette?,
Hold her for å se en pop-up bilde eller
Hvis noen andre har en bedre idé, kan du føle deg fri til å kommentere nedenfor.
Notater
Bilde kilder: Benedicts løsning. Fehling løsning. Tollens test.
Merk 1. Dette er ikke å si at de er de mest praktiske metoder for å forberede karboksylsyre syrer fra aldehyder. Når kjemikere ønsker å forberede en karboksylsyre fra et aldehyd i god kapasitet, vil de ikke bruke noen av disse tre prosessene. Standard måte å gjøre det på er Pinnick oksidasjon.
Merk 2., Den kvantitative testen tilsynelatende sysselsetter kalium isocyanat, noe som resulterer i en fargeløs, utfellinger.
Merk 3: Det er sannsynlig at enediol mellomliggende er faktisk arter som reagerer med Cu2+ i første trinn av den mekanismen som fører til aldehyd. Se mekanismen delen.
Merk 4. En ting å merke seg: hvis sukrose er oppvarmet med vandig syre før en Fehlings/Benedikt/Tollens test, en positiv test vil resultatet., Det er fordi acetal sammenhengene vil være hydrolysert av vandige syre for å produsere de to deltagende sukker av sukrose (glukose og fruktose) som er seg selv å redusere sukker.
(Avansert) Referanser og Videre Lesing
– >
- Arter av Fehling Løsning
Thomas G. Hörner, Peter Klüfers
J. Inorg. Kem. 2016, 12, 1798-1807
DOI: 10.1002/ejic.201600168
Selv om reaksjonen ligningen av Fehling ‘ s test kan se enkelt ut på papiret, arter som er involvert er faktisk ganske komplisert! - underkastelse av glutaraldehyde til Tollens test
William D., Hill
Journal of Chemical Utdanning 1990, 67 (4), 329
TO: 1021/ed067p329
Dialdehydes vil også gi en positiv Tollens test (sølv speil utfellinger). - Tollens ‘ s test, fulminating sølv og sølv fulminate
Ian D. Jenkins
Journal of Chemical Utdanning 1987, 64 (2), 164
TO: 10.1021/ed064p164
Tollens test er vanligvis utført i lavere organisk kjemi laboratorier, med nøye testet prosedyrer. Prosedyrene må være robust, fordi Tollens reagens kan være eksplosiv, så dette notatet forklarer., - Fehling og Benedikt tester
Ralph Daniels, Clyde C. Rush, og Ludwig-Bauer
Journal of Chemical Utdanning 1960, 37 (4), 205
TO: 10.1021/ed037p205
Dette notatet er interessant fordi forfatterne viser at Fehling og Benedikt tester er spesifikke for hemiacetals i redusere sukker – de mislykkes når den brukes med enkle alifatiske aldehyder. - En korreksjon på Benedikt test
William D. Ås
Journal of Chemical Utdanning 1982, 59 (4), 334
TO: 10.,1021/ed059p334
Flere lærebøker bruk Na2CO3 som en base i den Benedikt test, men i henhold til dette notatet, NaOH er nødvendig for dannelsen av Cu2