Reakcje charakterystyczne cukrowców.pdf

(107 KB) Pobierz
Reakcje charakterystyczne cukrów
Maria Jamrozik
Grupa zwi Ģ zków organicznych nazywanych w ħ glowodanami, cukrami lub sacharydami obejmuje
polihydroksylowe aldehydy i ketony oraz ich pochodne. Nazwa "w ħ glowodany" pochodzi st Ģ d, Ň e wi ħ kszo Ļę
tych zwi Ģ zków zawiera w ħ giel, wodór i tlen w proporcjach wyra Ň onych wzorem C n (H 2 O) n .
Cukry proste (monosacharydy) klasyfikujemy wg grup funkcyjnych i wg ilo Ļ ci atomów w ħ gla w
cz Ģ steczce. Rodzina aldoz obejmuje monosacharydy zawieraj Ģ ce grup ħ aldehydow Ģ , a cukry z grupami
ketonowymi s Ģ nazywane ketozami. W zale Ň no Ļ ci od liczby atomów w ħ gla w cz Ģ steczce aldozy i ketozy dzielimy
na triozy, pentozy, heksozy itd.
Zgodnie z tym aldehyd glicerynowy jest aldotrioz Ģ , a dihydroksyaceton ketotrioz Ģ .
CHO
CH 2 OH
CHO
HO
C
H
C
O
H
C
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
CH 2 OH
Aldehyd
D-glicerynowy
Aldehyd
L-glicerynowy
Dihydroksyaceton
Aldehyd
( R )-( + )-glicerynowy
Od pocz Ģ tku XX w. przyj ħ te jest oznaczanie konfiguracji monosacharydów symbolami D i L,
umieszczonymi przed ich nazwami. Symbole te okre Ļ laj Ģ konfiguracj ħ przy przedostatnim (licz Ģ c od grupy
aldehydowej) atomie w ħ gla. Je Ļ li rozmieszczenie podstawników przy przedostatnim atomie w ħ gla jest takie
samo, jak w aldehydzie D-glicerynowym, to dany cukier nale Ň y do szeregu D, podczas gdy z aldehydu L-
glicerynowego wywodz Ģ si ħ cukry szeregu L.
W chemii cukrów powszechnie stosowane s Ģ nazwy z charakterystyczn Ģ ko ı cówk Ģ -oza np. glukoza,
fruktoza, mannoza, galaktoza, arabinoza, ryboza. Odpowiednie formy ła ı cuchowe tych w ħ glowodanów s Ģ
przedstawione poni Ň szymi wzorami. Wzory te uwzgl ħ dniaj Ģ konfiguracje przy asymetrycznych atomach w ħ gla i
s Ģ zapisywane wg projekcji Fischera.
CHO
OH
CH 2 OH
CHO
H
CHO
OH
C-1
C-2
H
O
H
HO
H
R
C-3
HO
H
HO
HO
H
HO
H
S
C-4
H
OH
H
OH
H
OH
HO
H
R
C-5
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
R
CH 2 OH
CH 2 OH
CH 2 OH
CH 2 OH
C-6
D-glukoza
D-fruktoza
D-mannoza
D-galaktoza
(2 R, 3 S, 4 R, 5 R )-glukoza
CHO
H
CHO
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
D-arabinoza
D-ryboza
Monosacharydy zawieraj Ģ ce cztery lub wi ħ cej atomów w ħ gla w cz Ģ steczce wyst ħ puj Ģ w postaci
pier Ļ cieniowych odmian tautomerycznych, tworz Ģ cych si ħ w wyniku powstawania wewn Ģ trzcz Ģ steczkowych
wi Ģ za ı półacetalowych. W formie półacetalowej cukry tworz Ģ pi ħ cio- lub sze Ļ cioczłonowe pier Ļ cienie
45
891597026.301.png 891597026.312.png 891597026.323.png 891597026.334.png 891597026.001.png 891597026.012.png 891597026.023.png 891597026.034.png 891597026.045.png 891597026.056.png 891597026.067.png 891597026.078.png 891597026.089.png 891597026.100.png 891597026.111.png 891597026.122.png 891597026.133.png 891597026.144.png 891597026.155.png 891597026.166.png 891597026.177.png 891597026.188.png 891597026.199.png 891597026.210.png 891597026.221.png 891597026.232.png 891597026.243.png 891597026.254.png 891597026.265.png 891597026.276.png 891597026.277.png 891597026.278.png 891597026.279.png 891597026.280.png 891597026.281.png 891597026.282.png 891597026.283.png 891597026.284.png 891597026.285.png 891597026.286.png 891597026.287.png 891597026.288.png 891597026.289.png 891597026.290.png 891597026.291.png 891597026.292.png 891597026.293.png 891597026.294.png 891597026.295.png 891597026.296.png 891597026.297.png 891597026.298.png 891597026.299.png 891597026.300.png 891597026.302.png 891597026.303.png 891597026.304.png 891597026.305.png 891597026.306.png 891597026.307.png 891597026.308.png
heterocykliczne z atomem tlenu. Mo Ň na je zatem uwa Ň a ę za pochodne furanu lub piranu. W postaci cyklicznej
cukier wyst ħ puje w dwóch odmianach a i b, które ró Ň ni Ģ si ħ konfiguracj Ģ przy półacetalowym (lub inaczej
anomerycznym) atomie w ħ gla.
1
6
CHO
OH
CHO
HOH 2 C
H
CH 2 OH
H
2
3
4
5
H
H
OH
OH
C
O
CH 2 OH
H
5
O
H
H
OH
O
HO
H
HO
H
H
H
HO
4
OH
HO
H
OH
H
H
OH
1
OH
H
HO
3
2
HO
H
OH
H
OH
H
OH
HO
H
H
H
CH 2 OH
H
OH
CH 2 OH
H
OH
6
projekcja Hawortha
D-glukopiranozy
projekcja Fischera
D-glukozy
konformacja krzesełkowa
D-glukopiranozy
półacetalowy
atom w ħ gla
półacetalowy
atom w ħ gla
H
H
H
CH 2 OH
CH 2 OH
O
CH 2 OH
OH
O
H
H
HO
HO
O
H
H
HO
H
H
OH
HO
H
HO
C
HO
OH
OH
OH
OH
H
H
H
H
H
a-D-glukopiranoza b-D-glukopiranoza
CH 2 OH
O
HOH 2 1
O
C
C
2
6
6
O
3
HOCH 2
HOH 2 C
HO
H
HO
H
OH
OH
O
2
4
H
C
1
5
2
H
OH
H
OH
H
OH
5
CH 2 OH
H
OH
H
CH 2 OH
5
4
1
H
OH
H
OH
3
4
3
HO
H
OH
H
CH 2 OH
CH 2 OH
6
D-fruktoza D-fruktofuranoza
półacetalowy
atom w ħ gla
półacetalowy
atom w ħ gla
6
O
HOH 2 C
HOCH 2 O
HOCH 2
OH
CH 2 OH
OH
O
2
H
C
1
5
CH 2 OH
H
OH
H
OH
H
OH
CH 2 OH
H
OH
H
4
3
HO
H
OH
H
OH
H
a-D-fruktofuranoza b -D-fruktofuranoza
Monosacharydy łatwo ulegaj Ģ reakcji z alkoholami z tym, Ň e szczególn Ģ reaktywno Ļ ci Ģ odznaczaj Ģ si ħ
grupy OH przy półacetalowym atomie w ħ gla. Tworz Ģ si ħ wtedy acetale, które, w przypadku cukrów nosz Ģ nazw ħ
glikozydów. Poniewa Ň monosacharydy mog Ģ reagowa ę z dowolnym zwi Ģ zkiem zawieraj Ģ cym grupy OH, mog Ģ
wi ħ c tworzy ę wi Ģ zania glikozydowe z innymi cukrami.
46
891597026.309.png 891597026.310.png 891597026.311.png 891597026.313.png 891597026.314.png 891597026.315.png 891597026.316.png 891597026.317.png 891597026.318.png 891597026.319.png 891597026.320.png 891597026.321.png 891597026.322.png 891597026.324.png 891597026.325.png 891597026.326.png 891597026.327.png 891597026.328.png 891597026.329.png 891597026.330.png 891597026.331.png 891597026.332.png 891597026.333.png 891597026.335.png 891597026.336.png 891597026.337.png 891597026.338.png 891597026.339.png 891597026.340.png 891597026.341.png 891597026.342.png 891597026.343.png 891597026.344.png 891597026.002.png 891597026.003.png 891597026.004.png 891597026.005.png 891597026.006.png 891597026.007.png 891597026.008.png 891597026.009.png 891597026.010.png 891597026.011.png 891597026.013.png 891597026.014.png 891597026.015.png 891597026.016.png 891597026.017.png 891597026.018.png 891597026.019.png 891597026.020.png 891597026.021.png 891597026.022.png 891597026.024.png 891597026.025.png 891597026.026.png 891597026.027.png 891597026.028.png 891597026.029.png 891597026.030.png 891597026.031.png 891597026.032.png 891597026.033.png 891597026.035.png 891597026.036.png 891597026.037.png 891597026.038.png 891597026.039.png 891597026.040.png 891597026.041.png 891597026.042.png 891597026.043.png 891597026.044.png 891597026.046.png 891597026.047.png 891597026.048.png 891597026.049.png 891597026.050.png 891597026.051.png 891597026.052.png 891597026.053.png 891597026.054.png 891597026.055.png 891597026.057.png 891597026.058.png 891597026.059.png 891597026.060.png 891597026.061.png 891597026.062.png 891597026.063.png 891597026.064.png 891597026.065.png 891597026.066.png 891597026.068.png 891597026.069.png 891597026.070.png 891597026.071.png 891597026.072.png 891597026.073.png 891597026.074.png 891597026.075.png 891597026.076.png 891597026.077.png 891597026.079.png 891597026.080.png 891597026.081.png 891597026.082.png 891597026.083.png 891597026.084.png 891597026.085.png 891597026.086.png 891597026.087.png 891597026.088.png 891597026.090.png 891597026.091.png 891597026.092.png 891597026.093.png 891597026.094.png 891597026.095.png 891597026.096.png 891597026.097.png 891597026.098.png 891597026.099.png 891597026.101.png 891597026.102.png 891597026.103.png 891597026.104.png 891597026.105.png 891597026.106.png 891597026.107.png 891597026.108.png 891597026.109.png 891597026.110.png 891597026.112.png 891597026.113.png 891597026.114.png 891597026.115.png 891597026.116.png 891597026.117.png 891597026.118.png 891597026.119.png 891597026.120.png 891597026.121.png 891597026.123.png 891597026.124.png 891597026.125.png 891597026.126.png 891597026.127.png 891597026.128.png 891597026.129.png 891597026.130.png 891597026.131.png 891597026.132.png
acetalowy
atom w ħ gla
półacetalowy
atom w ħ gla
H
H
CH 2 OH
CH 3 OH,H +
CH 2 OH
O
O
H
HO
H
HO
OH
H
OCH 3
H
HO
HO
H 2 O, H +
OH
OH
H
H
H
H
wi Ģ zanie
glikozydowe
b-D-glukopiranoza
a- i b-D-glukozyd metylowy
Disacharydami nazywamy wszystkie zwi Ģ zki, w których dwie reszty cukrowe poł Ģ czone s Ģ wi Ģ zaniem
glikozydowym, tzn. wi Ģ zaniem C-O-C, w którym uczestniczy półacetalowy atom w ħ gla jednej cz Ģ steczki cukru
jak równie Ň dowolny atom w ħ gla drugiej cz Ģ steczki. Budow ħ i sposób utworzenia wi Ģ zania glikozydowego w
maltozie i sacharozie ilustruj Ģ poni Ň sze przykłady.
H
H
CH 2 OH
CH 2 OH
O
O
HO
H
HO
H
H
H
H
H
HO
H
HO
6'
OH
OH
CH 2 OH
H
O
H
H
4'
O
5'
O
H
1'
OH
HOCH 2
HO
2'
O
3'
OH
H
H
H
OH
maltoza (anomer a )
4-O-(a-D-glukopiranozylo)-D-glukopiranoza
H
CH 2 OH
OH
H
sacharoza
wi Ģ zanie a-glikozydowe wzgl ħ dem glukozy
wi Ģ zanie b-glikozydowe wzgl ħ dem fruktozy
wi Ģ zanie glikozydowe (1,4')
Je Ļ li po utworzeniu wi Ģ zania glikozydowego mi ħ dzy dwoma cz Ģ steczkami monosacharydu pozostaje w
jednej z nich wolna półacetalowa grupa OH, to istnieje mo Ň liwo Ļę powstania trisacharydu i proces ten mo Ň e by ę
powtarzany tysi Ģ ce razy. W ten sposób tworz Ģ si ħ polisacharydy, które s Ģ produktami naturalnymi, szeroko
rozpowszechnionymi w przyrodzie. Najpospolitsze polisacharydy (skrobia, glikogen, celuloza) s Ģ
homopolisacharydami zbudowanymi z reszt glukozowych. W skrobii mi ħ dzy cz Ģ steczkami glukozy s Ģ wi Ģ zania
a-glikozydowe 1,4 (amyloza) lub 1,4 i 1,6 - amylopektyna. Celuloza jest to polisacharyd zbudowany z reszt
glukozowych, poł Ģ czonych w długie nierozgał ħ zione ła ı cuchy wi Ģ zaniami 1,4-glikozydowymi o konfiguracji b.
Masy cz Ģ steczkowe polisacharydów mog Ģ mie ę warto Ļę od kilku tysi ħ cy do kilkunastu milionów
jednostek.
Wykonanie ę wiczenia
1. Na podstawie wykonanych prób zidentyfikowa ę otrzymany cukier.
a) Próba z 1-naftolem (próba Molischa)
Wykonanie. Do 1 cm 3 roztworu doda ę 2-3 krople alkoholowego roztworu 1-naftolu, wymiesza ę i ostro Ň nie
po Ļ ciankach probówki wla ę 2 cm 3 st ħŇ onego H 2 SO 4 , tak aby kwas siarkowy(VI) tworzył osobn Ģ warstw ħ . W
obecno Ļ ci cukrów na granicy faz tworzy si ħ fioletowy pier Ļ cie ı .
OH
H 2 SO 4
cukier +
fioletowy produkt reakcji
1-naftol
47
891597026.134.png 891597026.135.png 891597026.136.png 891597026.137.png 891597026.138.png 891597026.139.png 891597026.140.png 891597026.141.png 891597026.142.png 891597026.143.png 891597026.145.png 891597026.146.png 891597026.147.png 891597026.148.png 891597026.149.png 891597026.150.png 891597026.151.png 891597026.152.png 891597026.153.png 891597026.154.png 891597026.156.png 891597026.157.png 891597026.158.png 891597026.159.png 891597026.160.png 891597026.161.png 891597026.162.png 891597026.163.png 891597026.164.png 891597026.165.png 891597026.167.png 891597026.168.png 891597026.169.png 891597026.170.png 891597026.171.png 891597026.172.png 891597026.173.png 891597026.174.png 891597026.175.png 891597026.176.png 891597026.178.png 891597026.179.png 891597026.180.png 891597026.181.png 891597026.182.png 891597026.183.png 891597026.184.png 891597026.185.png 891597026.186.png 891597026.187.png 891597026.189.png 891597026.190.png 891597026.191.png 891597026.192.png 891597026.193.png 891597026.194.png 891597026.195.png 891597026.196.png 891597026.197.png 891597026.198.png 891597026.200.png 891597026.201.png 891597026.202.png 891597026.203.png 891597026.204.png 891597026.205.png 891597026.206.png 891597026.207.png 891597026.208.png 891597026.209.png
Dodatni Ģ reakcj ħ z 1-naftolem wykazuj Ģ równie Ň aldehydy, ketony i pewne kwasy organiczne (kwas
cytrynowy, szczawiooctowy).
b) Próba z tymolem
Wykonanie. Do 1 cm 3 roztworu cukru doda ę 4 krople etanolowego roztworu tymolu, wymiesza ę i ostro Ň nie
po Ļ ciankach probówki doda ę 2 cm 3 st ħŇ onego HCl. Podgrza ę we wrz Ģ cej ła Ņ ni wodnej przez około 5 minut. W
obecno Ļ ci cukru pojawia si ħ czerwona barwa.
CH 3
HCl
cukier +
czerwony produkt reakcji
OH
CH(CH 3 ) 2
tymol
c) Próba z antronem
Produkt kondensacji z antronem ma barw ħ niebiesk Ģ , cz ħ sto jednak nadmiar oddczynnika antronowego
o barwie Ň ółtej w poł Ģ czeniu z niebieskim kolorem daje zabarwienie zielono-niebieskie.
Wykonanie. Do probówki z 1 cm 3 roztworu cukru, umieszczonej w zlewce z zimn Ģ wod Ģ doda ę po Ļ ciance
probówki 2 cm 3 0,2 % roztworu antronu w st ħŇ onym kwasie siarkowym(VI) i ostro Ň nie wymiesza ę pr ħ cikiem.
Podgrza ę we wrz Ģ cej ła Ņ ni wodnej przez 1 min. W obecno Ļ ci cukru pojawia si ħ zielono-niebieskie zabarwienie
lub niebieskie (w zale Ň no Ļ ci od st ħŇ enia cukru w roztworze).
O
H 2 SO 4
cukier +
niebieski produkt reakcji
H H
antron
2. Reakcja na odró Ň nienie aldoz od ketoz.
a) Próba na ketony z rezorcyn Ģ (próba Seliwanowa)
Po działaniem rozcie ı czonego ( 1:1 ) kwasu chlorowodorowego, ketozy podlegaj Ģ przekształceniu w
furfuralowe pochodne znacznie łatwiej ni Ň aldozy. Hydroksymetylofurfural pochodz Ģ cy z ketozy, reaguje z
rezorcyn Ģ ( m. -dihydroksybenzenem), daj Ģ c barwny produkt. Reakcja słu Ň y odró Ň nieniu ketoz od aldoz.
Wykonanie. Do 1 cm 3 roztworu cukru doda ę 2 cm 3 roztworu HCl (rozcie ı czonego 1:1) i 2 -3 krople
alkoholowego roztworu rezorcyny. Po zmieszaniu umie Ļ ci ę probówk ħ we wrz Ģ cej ła Ņ ni wodnej. W obecno Ļ ci
ketozy po około 30 s. powstaje czerwone zabarwienie. Dłu Ň sze ogrzewanie prowadzi do pojawienia si ħ
czerwonej barwy równie Ň w przypadku aldozy.
OH
HCl
ketoza +
czerwony produkt reakcji
2 x rozc.
OH
rezorcyna
3. Reakcje na odró Ň nienie pentoz od heksoz.
a) Próba z floroglucyn Ģ (próba Tollensa)
Furfural, powstały w silnie kwa Ļ nym Ļ rodowisku z pentoz, niejednokrotnie tworzy z pochodnymi fenolu
produkty reakcji o barwie ró Ň nej ni Ň barwa powstała w reakcji z hydroksymetylofurfuralem. Wła Ļ ciwo Ļę ta
została wykorzystana w reakcjach odró Ň niania pentoz od heksoz.
48
891597026.211.png 891597026.212.png 891597026.213.png 891597026.214.png 891597026.215.png 891597026.216.png 891597026.217.png 891597026.218.png 891597026.219.png 891597026.220.png 891597026.222.png 891597026.223.png 891597026.224.png 891597026.225.png 891597026.226.png 891597026.227.png 891597026.228.png 891597026.229.png 891597026.230.png 891597026.231.png
Wykonanie. Do 1 cm 3 roztworu cukru doda ę 1 cm 3 st ħŇ onego HCl i 1 cm 3 roztworu floroglucyny w
st ħŇ onym HCl. Ogrza ę we wrz Ģ cej ła Ņ ni wodnej około 30 sek. W obecno Ļ ci pentoz powstaje ró Ň owy produkt
reakcji.
OH
HCl
ró Ň owy produkt reakcji
pentoza
+
HO OH
floroglucyna
b) Próba z orcyn Ģ (próba Biala)
Wykonanie. Do 1 cm 3 roztworu cukru doda ę 1 cm 3 st ħŇ onego HCl i 1 cm 3 roztworu orcyny w st ħŇ onym HCl.
Ogrzewa ę do wrzenia przez około 30 sek., nast ħ pnie ozi ħ bi ę . W obecno Ļ ci pentoz powstaje zielony produkt
reakcji.
OH
HCl
pentoza
+
zielony produkt reakcji
HO
CH 3
orcyna
4. Reakcje cukrów redukuj Ģ cych.
W Ļ rodowisku alkalicznym formy pier Ļ cieniowe cukrów przechodz Ģ w formy ła ı cuchowe, co wi ĢŇ e si ħ
z uwolnieniem grupy aldehydowej lub ketonowej. Wolne grupy aldehydowe charakteryzuj Ģ si ħ wła Ļ ciwo Ļ ciami
redukuj Ģ cymi.
O
O
Me n+
Me (n-1)+
+
+
H
OH
W reakcjach jako Ļ ciowego i ilo Ļ ciowego oznaczania cukrów redukuj Ģ cych najcz ħĻ ciej wykorzystuje si ħ
redukcj ħ jonów metali ci ħŇ kich.
Cu 2+ ® Cu 1+ , Ag 1+ ® Ag 0 , Hg 2+ ® Hg 2 2+
Poniewa Ň w Ļ rodowisku zasadowym wodorotlenki tych metali wydzielaj Ģ si ħ w postaci koloidalnych
osadów, co nie pozwala na wykazanie redukcyjno Ļ ci cukrów, zwykle dodajesi ħ takie zwi Ģ zki (np. winian sodow-
potasowy lub amoniak), które z wodorotlenkami metali ci ħŇ kich tworz Ģ rozpuszczalne kompleksy. Na skutek
dysocjacji takiego kompleksu w roztworze uwalniaj Ģ si ħ jony metalu, które mog Ģ ulec redukcji przez cukier
redukuj Ģ cy.
a) Próba z alkalicznym roztworem soli miedzi (reakcja Fehlinga)
CuSO 4 + 2 NaOH ® Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4
COOK
C
C
COONa
COOK
C
C
COONa
COOK
C
C
COONa
-2
H 2 O
H 2 O
+
H
H
OH
OH
H
H
O
O
H
H
OH
OH
+ CuO
Cu(OH) 2
+
Cu
winian sodowo-
potasowy
O
O
2 CuO +
R
C
H
+
R
C
OH
Cu 2 O
49
891597026.233.png 891597026.234.png 891597026.235.png 891597026.236.png 891597026.237.png 891597026.238.png 891597026.239.png 891597026.240.png 891597026.241.png 891597026.242.png 891597026.244.png 891597026.245.png 891597026.246.png 891597026.247.png 891597026.248.png 891597026.249.png 891597026.250.png 891597026.251.png 891597026.252.png 891597026.253.png 891597026.255.png 891597026.256.png 891597026.257.png 891597026.258.png 891597026.259.png 891597026.260.png 891597026.261.png 891597026.262.png 891597026.263.png 891597026.264.png 891597026.266.png 891597026.267.png 891597026.268.png 891597026.269.png 891597026.270.png 891597026.271.png 891597026.272.png 891597026.273.png 891597026.274.png 891597026.275.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin