Madame Lelica

Ce este un zahăr reducător și de ce este important? Iată un rezumat rapid. Detalii complete în postul de mai jos.,

Cuprins

1. Înainte de a Vorbi Despre Zaharuri Reducătoare, Chimia „face Pipi Pe Stick”
2. Benedict, Fehlings și Tollens Teste: Trei Vizuale „Teste” Pentru Prezența Aldehidelor
3. Zaharuri Reducătoare: Zaharuri Cu Un Hemiacetal Grup Funcțional Dau Teste Pozitive, Deoarece Acestea Sunt În Echilibru Cu O întrerupere a Lanțului de Aldehidă
4. Deci, ceea Ce nu Este Un Zahar Reducător?
5. zaharidele lipsite de Hemiacetal nu sunt zaharuri reducătoare
6. polizaharide complexe cu o singură unitate Hemiacetală (de ex ., Amidon) Nu Sunt Zaharuri Reducătoare
7. Testa-Te Pe Zaharuri Reducătoare
8. Chimia Benedict, Fehlings și Tollens Teste
9. Note
10. (Avansat) Referințe și lecturi Suplimentare

1. Înainte de a vorbi despre reducerea zaharurilor: chimia „pipi pe băț”

Q. vă puteți gândi la o situație în care ar putea fi util să puteți măsura concentrația de glucoză într-o soluție (în special în sânge sau urină) ?

A. diabet., Odată ce aveți o modalitate de a măsura rapid și ușor concentrația de zahăr, atunci puteți determina cât de multă insulină este necesară pentru ao contracara.

următoarea întrebare. Care ar fi o modalitate ușoară, vizuală de a detecta prezența glucozei? Mai ales ceva care nu necesită să fii chimist expert?în mod ideal, ați dori o reacție chimică care să aibă ca rezultat o schimbare de culoare.gândiți-vă la testele de sarcină: pur și simplu faceți pipi pe un băț și știți în câteva minute dacă sunteți gravidă. Nu trebuie să cunoști nicio chimie. E fără creier.,

Un test pentru glicemiei potrivit pentru diabetici ar trebui să aibă un similare ușurința de utilizare.acest lucru ne aduce (prin aldehide) la subiectul reducerii zaharurilor, deoarece acestea stau la baza unui test de culoare important din punct de vedere istoric pentru glucoza din sânge.,

trei „teste” vizuale pentru prezența aldehidelor: testele lui Benedict, Fehlings și Tollens

înainte de a ajunge la zaharuri, să vorbim despre oxidarea aldehidelor.am văzut anterior că aldehidele sunt o grupare funcțională care poate fi oxidată relativ ușor la acizi carboxilici. De exemplu, oxidarea alcoolilor cu un oxidant „puternic” precum acidul cromic (H2CrO4) are ca rezultat o aldehidă care este oxidată rapid în continuare la un acid carboxilic.în timpul acestui proces, aldehida este oxidată și agentul oxidant este redus., Un alt mod de a încadra acest lucru este să spunem că aldehida este agentul reducător în acest proces.

lista reactivilor care pot fi utilizați pentru a oxida aldehidele în acizi carboxilici este loooong. Dintre acestea, câteva metode ies în evidență oferind o indicație vizuală deosebit de clară că reacția a continuat până la finalizare.

trei teste „vizuale” pentru aldehide pe care le-ați putea întâlni într-un laborator introductiv de Chimie Organică sunt următoarele:

• soluția lui Fehling, unde o aldehidă schimbă culoarea unei soluții albastre cu(II) în roșu cu(I) .,
• soluția lui Benedict o versiune ușor modificată a soluției lui Fehling
• testul Tollens, unde oxidarea aldehidei are ca rezultat o frumoasă „oglindă” de metal de argint pentru a precipita pe vasul de reacție.

Important, cetone nu reacționează în oricare dintre aceste condiții. Testele de mai sus au fost, de asemenea, o modalitate utilă de a distinge aldehidele de cetone în zilele întunecate înainte ca spectroscopia IR și RMN să facă această rutină.deci ,ce legătură are asta cu zaharurile?, Să revenim la modul de strigare:

zaharuri reducătoare: zaharurile cu un grup funcțional Hemiacetal dau teste pozitive, deoarece sunt în echilibru cu o aldehidă cu lanț deschis

după cum am văzut, glucoza este în echilibru cu o formă cu lanț deschis (sau „liniar”) care conține o aldehidă.concentrația de aldehidă la un moment dat este mică (<1%), dar suficient de lungă pentru a fi prinsă cu reactivul potrivit.,aceasta înseamnă că glucoza va da un test pozitiv cu reactivul Benedict, soluția Fehlings sau testul Tollens, iar aldehida va fi oxidată într-un acid carboxilic.

Voila! O simplă schimbare de culoare vă spune dacă glucoza este prezentă!

sursa imaginii

Ce zici de cuantificare?este frumos să aveți un test vizual rapid pentru glucoză., Dar dacă vrem să determinăm concentrația exactă de glucoză într-o soluție de, de exemplu, urină sau sânge?în acest caz, se utilizează o formulare ușor diferită a soluției Benedict, care are ca rezultat un precipitat incolor, mai degrabă decât o culoare roșie. O soluție a probei de analizat este adăugată, prin biuretă, într-un balon care conține o cantitate cunoscută de soluție Benedict până când culoarea albastră a Cu(II) dispare. Proba necunoscută este apoi calibrată utilizând o soluție de glucoză 1%. testul Benedict a fost metoda de alegere pentru cuantificarea glucozei de peste 50 de ani., Un cercetător își amintește că toți cei care au intrat în armata SUA în timpul celui de-al doilea război mondial și-au testat urina pentru zahăr cu soluția lui Benedict.cu toate acestea, în ultima vreme, utilizarea soluției lui Benedict a fost înlocuită prin metode enzimatice, cum ar fi glucoza oxidaza. De ce?testul Benedict nu este specific pentru glucoză, ci doar vă spune dacă este prezentă o aldehidă. Deci, va da, de asemenea, un test pozitiv pentru alte zaharuri reducătoare., pe scurt, orice zahăr* (*mono – sau dizaharid) cu hemiacetal va da, de asemenea, un test pozitiv, deoarece aceste zaharuri sunt în echilibru cu o aldehidă cu lanț deschis. Deci, dacă sângele / urina conține monozaharide comune, cum ar fi manoza, galactoza sau fructoza, acestea vor oferi un test pozitiv. Cu alte cuvinte, aceste zaharuri reduc și zaharurile.

țineți-vă o secundă. Și tu, fructoză?cetonele nu ar trebui să se oxideze în aceste condiții! Deci, de ce fructoza dă un test pozitiv?

mare întrebare., Deși fructoza este un zahăr ceto, iar cetonele dau, în general, un test negativ cu Benedict, există o excepție. Dacă carbonul adiacent cetonă carbon („alpha carbon”) conține o grupare hidroxil, cetonă va fi în echilibru cu o aldehidă prin tautomerization (doar pentru înregistrare, aceasta se numește o „enediol rearanjare”).

De asemenea, unele dizaharide, cum ar fi maltoza și lactoza, conțin un hemiacetal., De asemenea, reduc zaharurile care dau un test pozitiv Fehlings, Benedict sau Tollens (imaginea testului pozitiv la lactoză este mai jos).

concluzia este că reactivul Benedict cuantifică zaharurile reducătoare, care includ nu doar glucoză, ci și manoză, lactoză, maltoză, fructoză și altele. Asta înseamnă că testul nu este atât de specific pe cât ne-am dori!

deci, ce nu este un zahăr reducător? până în prezent, se pare că fiecare zahăr pe care l-am întâlnit este un zahăr reducător. Deci, este corect să întrebați: când un zahăr nu este un zahăr reducător?,

Două cazuri principale:

• mono și di-zaharide, lipsa unui hemiacetal
• polizaharide în cazul în care raportul de hemiacetals să acetal legături este foarte scăzut (de exemplu, amidon)

Zaharide Că Lipsa Unui Hemiacetal Nu Sunt Zaharuri Reducătoare

Am văzut în partea de sus de postul pe care hemiacetals sunt în echilibru cu o aldehidă sau cetonă. În schimb, acetalii (ketali) sunt blocați în loc și pot fi transformați înapoi în aldehidă sau cetonă numai cu acid apos. De aceea fac mari grupuri de protecție pentru aldehide/cetone.,

copilul poster pentru un non-reducerea zahărului este zaharoza, un.k.o. zaharul de masa.zaharoza este o dizaharidă de glucoză și fructoză. Vedeți dacă puteți găsi un hemiacetal în structura sa, mai jos:

nu există unul! Zaharoza are doar grupe acetale și, deoarece acetalii nu se deschid la aldehide în condițiile de bază prezente în testul Benedict, zaharoza nu este un zahăr reducător. zaharoza dă un test negativ (albastru) soluției Benedict.,un alt exemplu de zahăr nereducător sunt așa-numitele „glucozide” ale zaharurilor comune, cum ar fi glucozida metil glucozidă, de mai jos. Aceasta se obține prin încălzirea glucozei în metanol acid.

lipsind un hemiacetal care s-ar putea deschide la o aldehidă, acest metil glucozid dă, de asemenea, un test Benedict negativ.polizaharidele complexe care au doar o singură unitate Hemiacetală nu sunt considerate zaharuri reducătoare (de exemplu amidon) zaharurile sunt capabile să formeze lanțuri lungi între ele în aranjamente cunoscute sub numele de polizaharide., Exemple comune de polizaharide sunt amidonul, celuloza și glicogenul.marea majoritate a unităților individuale de zahăr din aceste polizaharide sunt unite între ele prin legături acetale („glicozidice”). Hemiacetalii sunt prezenți, dar numai la terminalele polimerului.amidonul, de exemplu, are în general aproximativ 300-600 de unități individuale de glucoză, dar numai o unitate (terminusul) are un hemiacetal.un „ac” hemiacetal într-o fân de „acetali” nu este suficient pentru a da un test pozitiv pentru reducerea zaharurilor. Prin urmare, aceste polizaharide nu sunt considerate zaharuri reducătoare., De exemplu, amidonul dă un test negativ (vezi mai jos).

Aici este un exemplu de Benedict test cu lactoză, amidon, glucoză, fructoză și zaharoză (

Rețineți că amidon și zaharoză sunt albastru, clasificându-le ca non-zaharuri reducătoare.este suficient ceea ce clasifică un „zahăr reducător” dintr-un „zahăr care nu reduce”.

Iată ultimul pas. Testează-te. Ce este un zahăr reducător și ce nu este?

7. Testați-vă pe reducerea zaharurilor

aveți sens? Testați-vă dacă următoarele zaharuri reduc zaharurile sau zaharurile care nu reduc.,

dacă nu trebuie să știți altceva decât „ce este un zahăr reducător”, ați terminat aici.

Dar dacă vrei să mergi mai departe în jos gaura de iepure, vă invit să citiți în continuare pentru a afla despre…

Chimia Benedict, Fehlings, și Tollens teste

Deci, ce se întâmplă de fapt în Benedict, Fehlings și Tollens teste? Să discutăm detaliile chimiei.un lucru despre toate cele trei teste este că reactivul activ nu este deosebit de stabil și trebuie să fie proaspăt preparat.,pentru soluția lui Fehling, se începe cu sulfat de cupru albastru strălucitor(ii), hidroxid de sodiu și tartrat de sodiu de potasiu (altfel cunoscut sub numele de sare Rochelle). Scopul din spatele utilizării tartratului este acela că se coordonează cu cuprul (II) și ajută la prevenirea prăbușirii soluției.odată preparat, se adaugă substanța care urmează să fie analizată și amestecul este încălzit pentru o perioadă scurtă de timp.

aceasta are ca rezultat un acid carboxilic și roșu Cu(i) care precipită sub formă de oxid de cupru(i).,a fost determinată structura speciei active în soluția lui Fehling; este un complex de cupru pătrat-planar atașat la doi liganzi de tartrat. soluția lui Benedict este o ușoară variație a soluției lui Fehling care folosește citrat în loc de tartrat, ceea ce asigură o stabilitate mai bună pentru cupru(II).ca și soluția lui Fehling, este cel mai bine făcută proaspătă. Ingredientele sunt sulfat de cupru(II), carbonat de sodiu (notă: hidroxidul este, de asemenea, necesar! – vezi referința) și citrat de sodiu., (Notă:în testul cantitativ se adaugă tiocianat de potasiu, care are ca rezultat un precipitat alb incolor).testul se efectuează prin adăugarea substanței care urmează să fie analizată și încălzirea pe scurt.

Tollens Soluție

ingredientul activ din Tollens test, + , nu are un termen de valabilitate lung și ca Fehlings și Benedict soluții este cel mai bun preparat proaspăt.primele trei linii de mai jos descriu procedura. Azotatul de argint este transformat în hidroxid de argint, care formează oxid de argint (I), Ag2O., Apoi, adăugarea amoniacului apos (NH3) are ca rezultat formarea complexului argint-amoniac care este oxidantul activ.

proba care urmează să fie testată este apoi adăugată la oxidantul activ proaspăt preparat într-o soluție de bază. Un test pozitiv are ca rezultat precipitarea unei oglinzi frumoase de metal argintiu pe vasul de reacție. (O variantă a acestei proceduri este utilizată pentru prepararea oglinzilor).

cum funcționează?primul lucru de remarcat este că toate aceste proceduri apar în soluția de bază.

De ce?, Există cel puțin două motive bune pentru asta despre care putem vorbi.

• În primul rând, condițiile acide ar putea hidroliza orice acetali prezenți la hemiacetali, dând un test fals pozitiv.
• în al doilea rând, baza accelerează considerabil rata tautomerismului cu lanț inelar (adică interconversia dintre forma hemiacetală ciclică și forma aldehidă liniară).

linia de Jos aici este că adăugarea de bază are ca efect creșterea concentrației de pornire aldehidă.,

detaliile mecaniciste sunt tulburi și nu le veți găsi în niciun manual introductiv

nu pot găsi o singură instanță a mecanismului pentru ca soluțiile Fehlings sau Benedict să fie elucidate în mod concludent online. Dacă greșesc, vă rog să-mi spuneți (lăsați un comentariu). există un al treilea motiv pentru utilizarea bazei, deși nu sunt foarte dornic să vorbesc despre asta. S-ar putea observa că nu am menționat mecanismele de oricare dintre aceste reacții. Asta pentru că mecanismele exacte au fost dificil de elucidat., Unul dintre pașii cheie implicați în mecanismul fiecărei reacții pare a fi un proces numit „transfer de electroni unici”, care este în esență atunci când sarea metalică slurps un singur electron de pe substrat, creând un radical liber și/sau carbocație.unul dintre punctele de acces pentru inițierea unei reacții de transfer cu un singur electron este o legătură carbon-metal, care poate fi obținută prin formarea promovată de bază a unui enolat.acest lucru necesită ca aldehida să aibă un proton pe carbonul alfa (adică să fie „enolizabilă”)., Se pare că soluția lui Fehling face o treabă de rahat cu testarea benzaldehidei, care nu are protoni pe Alfa-carbon și nu poate fi enolizată. Astfel, se pare că reacția trebuie să treacă printr-un enol.cu toate acestea, soluția lui Fehling oxidează formaldehida în acid formic și pe acesta în dioxid de carbon, iar acest proces nu poate trece printr-un intermediar enol/enolat.deci, este probabil ca o varietate de căi mecaniciste să poată fi în funcțiune.

cum ar putea arăta un mecanism?

poate, eventual, ceva de genul asta?,dacă altcineva are o idee mai bună, vă rugăm să nu ezitați să comentați mai jos.

Note

surse de imagine: soluție Benedict. Soluția lui Fehling. Testul Tollens.

Nota 1. Asta nu înseamnă că sunt cele mai practice metode de preparare a acizilor carboxilici din aldehide. Când chimiștii doresc să pregătească un acid carboxilic dintr-o aldehidă cu randament bun, nu folosesc niciunul dintre aceste trei procese. Modul standard de a face acest lucru este oxidarea Pinnick.

Nota 2., Testul cantitativ se pare că utilizează izocianat de potasiu, care are ca rezultat un precipitat incolor.

Nota 3: este probabil ca intermediarul enediol să fie de fapt specia care reacționează cu Cu2+ în etapa inițială a mecanismului care duce la aldehidă. Consultați secțiunea mecanism.

Nota 4. Un lucru de remarcat: dacă zaharoza este încălzită cu acid apos înainte de un test Fehlings/Benedict/Tollens, va rezulta un test pozitiv., Asta pentru că acetal legăturilor va fi hidrolizat de soluție apoasă de acid pentru a produce cele două constituente zaharuri de zaharoză (glucoză și fructoză) care sunt ei înșiși zaharuri reducătoare.

(Avansat) Referințe și lecturi Suplimentare

1. de Specii de Soluție Fehling
   Thomas G. Hörner, Peter Klüfers
   J. Inorg. Chem. 2016, 12, 1798-1807
   DOI: 10.1002/ejic.201600168
   chiar dacă ecuația de reacție a testului lui Fehling poate părea simplă pe hârtie, speciile implicate sunt de fapt destul de complexe!
2. supunerea glutaraldehidei la testul Tollens
   William D., Hill
   Journal of Chemical Education 1990, 67 (4), 329
   DOI: 1021 / ed067p329
   Dialdehydes va da, de asemenea, un test pozitiv Tollens (precipitat oglindă de argint).
3. Tollens test, fulminant de argint, și de fulminat de argint
   Ian D. Jenkins
   Jurnal al Învățământului Chimic 1987, 64 (2), 164
   DOI: 10.1021/ed064p164
   Tollens test este de obicei efectuat de licență în chimie organică laboratoare, cu testat cu atenție procedurile. Procedurile trebuie să fie solide, deoarece reactivul Tollens poate fi exploziv, după cum explică această notă.,
4. Fehling și Benedict teste
   Ralph Daniels, Clyde C. Rush, și Ludwig Bauer
   Jurnal al Învățământului Chimic 1960, 37 (4), 205
   DOI: 10.1021/ed037p205
   Acest act este interesant, deoarece autorii arată că Fehling și Benedict teste sunt specifice pentru hemiacetals în zaharuri reducătoare – nu reușesc atunci când este utilizat cu simplu aldehide alifatice.
5. o corecție pe testul Benedict
   William D. Hill
   Journal of Chemical Education 1982, 59 (4), 334
   DOI: 10.,1021 / ed059p334
   Mai multe manuale folosesc Na2CO3 ca bază în testul Benedict, dar conform acestei note, NaOH este necesar pentru formarea Cu2