C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
1
SACHARIDY
SACHARIDY (glycidy) jsou rozsáhlou a velmi pestrou skupinou přírodních látek
patřících do skupiny polyhydroxyderivátů karbonylových sloučenin s minimálně třemi atomy
uhlíku. Sacharidy jsou z chemického hlediska hydroxyaldehydy (aldózy), které mají
navázaný jeden řetězec a jeden atom H, nebo hydroxyketony (ketózy), které mají navázané
dva různé řetězce. Společný sumární vzorek všech sacharidů je (CH2O)n, kde n≥3.
Aldosy se díky přítomnosti aldehydické skupiny mohou oxidovat nebo redukovat
(Obr. 1).
Obr. 1: Oxidace a redukce aldosy
Primárně vznikají fotosyntézou. Monosacharidické jednotky se mohou spojovat do
vyšších útvarů přes tzv. glykosidovou vazbu. Ke spojení do vícecyklických sacharidů
dochází kondenzací (Obr. 2), tedy odštěpením vody. Naopak rozklad těchto sloučenin
probíhá opačným procesem, tedy hydrolýzou (Obr. 2).
Obr. 2: Vznik a rozklad polysacharidů
Podle počtu sacharidových jednotek rozdělujeme monosacharidy, oligosacharidy (2-10
molekul) a polysacharidy.
Sacharidy lze rozdělit na redukující a neredukující sacharidy. Redukující sacharidy
obsahují volnou aldehydovou nebo ketonovou funkční skupinu a mohou fungovat jako
redukční činidla. Ketózy se nejprve musí tautomerizovat na aldózy a až pak mají redukční
účinky. Redukující jsou všechny monosacharidy a patří tak mezi aldózy. Některé di- (laktóza,
maltóza), oligo- i polysacharidy (mají-li poloacetátový hydroxyl). Neredukující sacharidy
(sacharóza) nemají poloacetal a zůstávají tak v cyklické formě
Nízkomolekulární sacharidy (mono- a oligo-) jsou rozpustné ve vodě a mají více či
méně sladkou chuť a lze je označit jako cukry (na potravinách označovány kategorií „z toho
cukry“). Makromolekulární polysacharidy jsou většinou bez chuti a jsou ve vodě jen omezeně
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
2
rozpustné (škrob, agar), nebo zcela nerozpustné (celulóza a jiné neškrobové polysacharidy
z vlákniny).
Rostliny jsou schopny je vyrábět fotosyntézou z vody, CO2 a sluneční energie. Ostatní
organismy jsou závislé na jejich příjmu.
Sacharidy mají několik funkcí:
- zdroje energie (glukóza, fruktóza) – díky jednoduché struktuře jsou nejrychlejším
zdrojem energie, na rozdíl od lipidů a proteinů).
- zásobní látky (inulin, škrob)
- stavební funkce – řetězením do dlouhých řetězců (polysacharidy) vzniká např.
celulóza, která tvoří buněčnou stěnu většiny rostlin.
- složky složitějších látek (nukleové kyseliny, hormony, koenzymy)
MONOSACHARIDY (z řečtiny monos: jednoduchý, sacchar: cukr) jsou základní
stavební jednotky všech sacharidů. Jsou charakteristické tím, že se nedají štěpit na sacharidy
jednodušší. Monosacharidy jsou typicky krystalické látky dobře rozpustné ve vodě a v
polárních rozpouštědlech. Monosacharidy jsou chirální sloučeniny, to znamená, že jsou
opticky aktivní a stáčejí rovinu polarizovaného světla.
Podle počtu uhlíků se dělí na triosy, tetrosy, pentosy a hexosy.
Monosacharidy lze zapsat ve formě lineární (vyjádřené Fisherovým vzorcem, viz Obr.
3) a cyklické (vyjádřené Haworthovým vzorcem, viz Obr. 4).
Fisherův vzorec je vhodný, chceme-li vidět orientaci jednotlivých funkčních skupin
(Obr. 3).
Obr. 3: Přehled základních lineárních monosacharidů – Fisherův vzorec
Haworthův vzorec znázorňuje skutečnou, cyklickou strukturu sacharidů1
(Obr. 4).
1
Orientace hydroxylových skupin a atomů uhlíku v Haworthově vzorci se určuje tak, že je-li daná
částice zapsaná ve Fischerově vzorci vpravo, nachází se v Haworthově dole. Pokud je částice ve Fischerově
vzorci zapsána vlevo, píše se v Haworthově nahoru.
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
3
Obr. 4: Cyklické monosacharidy – Haworthův vzorec
U obou forem představují jednotlivé uhlíky asymetrická centra způsobující optickou
aktivitu – jedná se o tzv. chirální centra. Díky nim existuje velké množství stereoizomerů
(prostorových izomerů) se stejným sumárním vzorcem. Jejich maximální počet je 2n
(n = počet chirálních center). Dvojice stereoizomerů, které jsou vzájemně právě zrcadlovými
obrazy, nazýváme enantiomery a označujeme je stejným názvem doplněným symbolem L(levotočivý)
nebo D- (pravotočivý).
Podle orientace -OH skupiny na posledním stereogenním uhlíku ve Fischerově
projekci tedy rozlišujeme L-cukry (orientované doleva) a D-cukry (orientované doprava).
V roztoku existují převážně v cyklických formách, přičemž formy s pětičlenným
kruhem označujeme jako furanosy (konformačně flexibilnější, preferují obálkové
konformace). Šestičlenné kruhy nazýváme pyranosy (nejčastěji v židličkových
konformacích). Při uzavření cyklické formy dochází k vzniku dvou anomerů, které
rozlišujeme za pomoci anomerních konfiguračních symbolů α a β.
Nejdůležitějšími monosacharidy (Obr. 3) jsou:
- D-glukóza (hroznový cukr) – obsažena ve sladkých plodech, medu, hroznech;
primární produkt fotosyntézy, základní sacharid, průmyslově se vyrábí ze škrobu
- D-fruktóza (ovocný cukr) – nejsladší, obsažena v medu, získává se
z polysacharidu inulinu
- D-ribóza – složka kyseliny ribonukleové
OLIGOSACHARIDY vznikají kondenzací 2–10 monosacharidových jednotek,
konkrétně glykosidovou vazbou za odštěpení vody.
Disacharidy se dělí dle typu glykosidové vazby na redukující a neredukující.
Redukující disacharidy (laktózy, maltóza) jsou spojeny na 1,4 a 1,6 koncích. Neredukující
sacharidy (sacharóza) jsou spojeny vazbami na 1,1 a 1,2 koncích.
Podle počtu monosacharidových jednotek vázaných v jejich molekulách rozlišujeme
disacharidy, trisacharidy, tetrasacharidy atd. Hydrolýzou se z nich opět uvolňují
monosacharidy. Nejdůležitějšími z disacharidů jsou:
- maltóza (sladový cukr) (Obr. 5) – vzniká dehydratací 2 glukózových jednotek
glykosidovou vazbou α C1→C4 (je tedy redukující); získává se enzymatickou
hydrolýzou škrobu
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
4
- laktóza (mléčný cukr) (Obr. 6) – vzniká spojením glukózy a galaktózy vazbou β
C1→C4 (redukující); je obsažen v mléce savců (4–7 %)
- sacharóza2
(řepný, třtinový cukr) (Obr. 7) – vzniká glykosidovou vazbou mezi
glukózou a fruktózou, vazba α,β C1gluk→C2fruk (neredukující); nejrozšířenější
disacharid obsažený ve všech rostlinách; hydrolýzou vzniká D-glukóza a Lfruktóza
= invertní cukr; v rostlinách se mění na škrob, případně se ukládá jako
jako zásobní látka; získává se z cukrové řepy a třtiny
Obr. 5: Maltóza
Obr. 6: Laktóza
Obr. 7: Sacharóza
Produkty jejich hydrolýzy obsahují více redukujících sacharidů, zastoupení
redukujících sacharidů v těchto produktech se nazývá dextrózový ekvivalent (DE).
POLYSACHARIDY jsou nejrozšířenějšími přírodními polymery. Jsou složeny z
mnoha monosacharidových jednotek (řádově 10–100 000) s vysokou Mr. Vznikají spojením
monosacharidových jednotek vždy přes poloacetalový hydroxyl (nemají redukční účinek).
Hydrolýzou dochází ke štěpení na monosacharidy, které opět mají redukční schopnost.
Mají obecný sumární vzorec Cn(H2O)n−1.
Molekula sacharidu složená pouze z jednoho druhu monosacharidu se označuje jako
homopolysacharid. Pokud obsahuje různé monosacharidy označuje se jako
heteropolysacharid.
Nemají sladkou chuť a nenazývají se proto cukry, ve vodě jsou jen těžko rozpustné
nebo častěji nerozpustné. Mají funkci především stavební (celulóza) a zásobní (škrob).
Nejvýznamnější polysacharidy jsou:
- škrob – viz níže
- celulóza – viz níže
- glykogen (živočišný škrob) – složený z α-D-glukopyranózových jednotek,
struktura je podobná amylopektinu ale větvenější; zásobní polysacharid živočichů
(uložen především v játrech a svalech) a hub; rozpustný ve vodě
- chitin
- inulin
- heparin, aj.
2
Anglicky je sacharóza SUCROSE! Někdy se mylně uvádějí jako neredukující cukry sukróza a
sacharóza. To je pustý omyl, kdy si autoři nepřeložili do češtiny název SUCROSE.
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
5
Škrob je nejdůležitější produkt metabolismu rostlin a zásobní polysacharid rostlin.
V našem zeměpisném pásmu je spojován hlavně s bramborami, ale celosvětově je
nejdůležitější plodinou pro výrobu škrobu kukuřice.
V rostlinách se vyskytuje jako heterogenní částice, nikoli jako rozpuštěná látka. Podle
druhu plodiny má různý tvar a velikost (Obr. 8). Některé plodiny (např. pšenice) mají zrna
dvou různých velikostí.
Obr. 8: Zrna různých škrobů
Chemicky je škrob poly (1,4)α-D-glukopyranosa s obecným sumárním vzorcem
(C6H10O5)n. Je směsí makromolekul amylózy (10–20 %) a amylopektinu (80–90 %) jejichž
vzájemný poměr se liší dle druhu rostliny.. Amylóza (Obr. 9) má lineární nebo šroubovicovité
uspořádání, obsahuje několik set glukózových jednotek, je rozpustná a s jódem se barví
modře3
. Amylopektin (Obr. 10) tvoří rozvětvené molekuly obsahující několik tisíc
glukózových jednotek, nerozpustný sacharid obsahující další glykosidovou vazbu (1,6)α.
Obr. 9: Amylóza
Obr. 10: Amylopektin
Škrob lze chemicky (kyselá hydrolýza) i enzymaticky (amyláza) štěpit v hlavním
řetězci na oligosacharidy (např. maltóza) až monosacharidy. Štěpení chemické je obvykle
kysele katalyzované běžnými anorganickými kyselinami (HCl, H2SO4).
Využívá se k výrobě obalového papíru, lepenky, lepidel, sádrokartonových desek,
škrobení prádla. V současnosti se začíná využívat jako „bioplast“ a začínají se z něj vyrábět
např. kompostovatelné obaly (sáčky, tašky)
Celulóza je nejrozšířenějším BIOPOLYMEREM na zemském povrchu. Tvoří základní
stavební složku rostlin. Celulóza je tvořena molekulami ß-D-glukopyranózy spojenými
3
K tomuto jevu dochází, protože velikost dutiny šroubovice amylózy odpovídá velikosti
molekuly jódu I2 se kterou tvoří barevný komplex
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
6
pomocí ß-1,4 glykosidové vazby (Obr. 11) do lineární struktury s množstvím vodíkových
můstků.
Obr. 11: ß-D-Glukóza, ß-1,4 glykosidová vazba
Podílí se na buněčné stavbě stěn mikroorganismů (Obr. 12). Pro živočichy je
nestravitelná, ale v potravě má význam ve formě vlákniny.
Díky vláknité nadmolekulární struktuře má celulóza velkou pevnost. Celulóza je
hygroskopická. Její rozpustnost je velmi omezená a často při ní dochází ke štěpení hlavního
řetězce. Hlavní řetězec celulózy lze štěpit chemicky (kyselá katalýza) i enzymaticky (enzym
celuláza). Rozpustnost závisí na molekulové hmotnosti celulózy.
Kratší molekuly celulózy, často substituované a větvené, se nazývají hemicelulózy.
Hemicelulóza tvoří rovné, lineární řetězce obsahující pentózy i hexózy. Doprovází celulózu
v jednotlivých vrstvách buněčné stěny rostlin. Tvoří tmelící vrstvu mezi celulózními
řetězcovými makromolekulami, váže se na ni lignin. Ze dřeva je lze extrahovat pomocí
zředěných bází a snadno hydrolyzovat zředěnými kyselinami za tepla.
Obr. 12: Stavba dřeva
Lignin je vysokomolekulární polyfenolická amorfní látka. Základní stavební
jednotkou jsou deriváty fenylpropanu, které jsou vázány do trojrozměrných struktur
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
7
etherovými vazbami nebo vazbami mezi dvěma uhlíky. Je kovalentně vázán na polysacharidy.
Lignin zabezpečuje dřevnatění buněčných stěn. Při využití dřeva jako paliva množství ligninu
určuje jeho výhřevnost.
Chemickou stavbu dřeva tvoří ze 40–50 % celulóza, 20–30 % hemicelulóza, 20-30 %
lignin, 1-15 % dalších organických látek (terpeny, tuky, vosky, třísloviny, pektiny, steroly,
pryskyřice), 0,1-0,5 % anorganických látek a voda. Obsah jednotlivých látek se liší
v závislosti na druhu suroviny, viz Tab. 1. Celulóza a hemicelulóza patří mezi polysacharidy a
bývají souhrnně označovány jako holocelulóza. Lignin je vysokomolekulární látka.
Tab. 1: Složení bavlny, listnatého a jehličnanového dřeva
Komponenta Bavlna [%] Jehličnaté dřevo [%] Listnaté dřevo [%]
Celulosa 90-94 50-58 52-54
Pentosa 1,5-2,0 11,0 25,0
Lignin 2,0-3,0 26,0-28,0 17,0
Pektinové látky 2,0 1,0 1,5-2,0
Bílkoviny 1,5-2,0 0,5-0,8 0,5-0,8
Tuky a vosky 0,5-1,0 1,0-2,0 1,0-2,0
Popel 1,0 0,25-0,5 0,25
Celulóza se pro komerční účely izoluje ze dřeva odstraněním ostatních složek (ligninu,
hemicelulózy, olejů). Celulózová vlákna se používá v papírenském a textilním průmyslu.
Celulóza je hlavní složkou buničiny, z níž se vyrábí papír, a rostlinných vláken z bavlny, lnu a
konopí.
Jejími deriváty jsou:
- acetáty celulózy – acetylací na C6 vzniká acetátové hedvábí; reakcí s NaOH a CS2
vzniká xantoghenát používaný k výrobě celofánu a viskózového hedvábí
- dinitrát celulózy (koloidová vlna) – smísením nitroglycerinem vzniká třaskavá
želatina, reakcí s kafrem vzniká celuloid
- trinitrát celulózy (střelná bavlna) – nitrovaná celulóza je výbušná a vysoce hořlavá,
používá se k výrobě granátů, min, bezdýmých střelných prachů.
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
8
Úloha č. 1: MONO-, OLIGO- A POLYSACHARIDY
A. KVALITATIVNÍ REAKCE SACHARIDŮ
Cílem kvalitativních reakcí je rozdělení sacharidů dle jejich chemického složení.
Jednotlivé reakce provádějte v návaznosti dle Schéma 1: Postup kvalitativních reakcí
sacharidů
Schéma 1: Postup kvalitativních reakcí sacharidů
Pomůcky:
Zkumavky, lžičky, špachtle, pipetky, kádinky, stojan, žíhací kruh, síťka, vodní lázeň
(vařič a kádinka).
Vzorky:
Vzorky sacharidů – glukóza, fruktóza, sacharóza, laktóza, ribóza, dextrin, škrob, aj.
Závěr:
Do tabulky (Tab. 2: Tabulka výsledků kvalitativních zkoušek jednotlivých vzorků)
uveďte rekci každého vzorku. Vyplněnou tabulku uveďte to protokolu s popisem vlastních
pozorování.
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
9
a. Thymolová reakce – důkaz sacharidů I.
Princip:
Účinkem koncentrované HCl na monosacharidy dochází k dehydrataci a vzniku
furfuralu či jeho derivátů. Furfural i jeho deriváty podléhají kondenzaci s fenoly (thymol) za
vzniku barevného produktu. Sacharidy poskytují reakcí s roztokem thymolu v přítomnosti
HCl tmavočervené až purpurové sloučeniny
Chemikálie:
Koncentrovaná HCl, 5% (w/v) ethanolový roztok thymolu, NaCl
Pracovní postup:
1. Do několika zkumavek nasypte na špičku špachtle různých druhů pevných sacharidů a
rozpusťte v destilované vodě. V případě kapalného sacharidu nalijte vzorek do
zkumavky.
2. Do zkumavek se vzorky přidejte asi 5 kapek roztoku thymolu, 10 cm3
konc. HCl a
několik krystalků NaCl.
3. Zkumavku umístěte do vodní lázně a mírně zahřívejte, dokud nedojde ke změně
barvy.
4. Připravte slepý vzorek – místo sacharidu nalijte pouze destilovanou vodu.
5. Určete neznámý vzorek – podle bodu 1.–3. určete zda vzorek obsahuje sacharid.
b. Molischova reakce – důkaz sacharidů II.
Princip:
Účinkem koncentrované HCl na monosacharidy dochází k dehydrataci a vzniku
furfuralu či jeho derivátů. Furfural i jeho deriváty podléhají kondenzaci s fenoly (1-naftol) za
vzniku barevného produktu. Sacharidy poskytují reakcí s Molischovým činidlem fialový
prstenec na rozhraní koncentrované H2SO4 a roztoku sacharidu.
Chemikálie:
Molischovo činidlo – 3% ethanolický roztok 1-naftolu; koncentrovaná H2SO4
Pracovní postup:
1. Ke 2 ml roztoku vzorku ve zkumavce přidejte 5 kapek Molischova činidla a
protřepejte.
2. Podvrstvěte 2 ml konc. H2SO4 (kyselinu nechte opatrně stékat po stěně zkumavky)
3. Na rozhraní kyseliny a sacharidu vznikne intenzivně zbarvený (červený,
červenofialový, fialový, modrý až hnědý) prstenec.
4. Zamícháním se kapalina zbarví tmavě fialově; zředěním vodou se vyloučí
modrofialová sraženina rozpustná v etheru za vzniku žlutého roztoku.
5. Připravte slepý vzorek – místo sacharidu nalijte pouze destilovanou vodu.
6. Určete neznámý vzorek – podle bodu 1.–4. určete zda vzorek obsahuje sacharid.
Pozn.: reakce není specifická jen pro sacharidy a ovlivňují ji např. nečistoty v 1-naftolu
(zelené zbarvení) nebo přítomnost bílkovin ve vzorku (bílý pruh).
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
10
c. Nitrochromová reakce – důkaz mono- a oligosacharidů
Princip:
Reakcí koncentrované kyseliny dusičné a chromanu draselného se sacharidem dochází
k oxidaci mono- a oligosacharidů. Chroman (Cr+6
) se redukuje na modře zbarvené kationty
chromnaté (Cr+2
). Sekundární alkoholická skupina sacharidu reaguje s chromanem v kyselém
prostředí za vzniku modrého zbarvení. Polysacharidy nereagují.
Chemikálie:
Konc. HNO3, 5% (w/v) roztok K2CrO4
Pracovní postup:
1. Ke 2 ml vzorku sacharidu přidejte asi 3 ml konc. HNO3 a 5 kapek roztoku K2CrO4.
2. Po chvíli (cca2 min) pozorujte vznik modrého zabarvení
3. Připravte slepý vzorek – místo sacharidu nalijte pouze destilovanou vodu.
4. Určete neznámý vzorek – podle bodu 1.–2. určete, zda neznámý vzorek obsahuje
polysacharid.
Pozn.: z polysacharidů reaguje inulin a škroby, kdy po delší době dochází k hydrolýze.
Hydrolýzou vzniklé mono- a oligosacharidy pak poskytují pozitivní reakci
d. Jodový test – důkaz polysacharidů (rozlišení škrobu a celulózy)
Princip:
Škrob i celulóza jsou polysacharidy složené tisíce jednotek molekuly glukózy. Škrob
se skládá ze dvou různých polysacharidů (amylóza a amylopektin). Škrob reaguje
s Lugolovým roztokem za vzniku modrého zbarvení, které zahřátím mizí.
Chemikálie:
Lugolův roztok – 5 g I2 a 10 g KI v 85 ml destilované vody
Pracovní postup:
1. Ke 1 ml roztoku sacharidu přidejte asi 1 kapku Lugolova roztoku.
2. Po chvíli pozorujte vznik modrofialového až modročerného zabarvení.
3. Zkumavku zahřejte k varu dokud se směs neodbarví.
4. Po ochlazení se opět objeví modré zbarvení
5. Připravte slepý vzorek – místo sacharidu nalijte pouze destilovanou vodu.
6. Určete neznámý vzorek – podle bodu 1.–2. určete, zda neznámý vzorek obsahuje
škrob.
e. Fehlingova reakce – rozlišení redukujících a neredukujících sacharidů I
Princip:
Oxidačně – redukční reakce probíhá pouze u skupiny tzv. redukujících cukrů. To jsou
takové cukry, které mohou mít v otevřené formě volnou, oxidace schopnou, karbonylovou
skupinu. Může jít jak o monosacharidy, tak disacharidy, trisacharidy či vyšší mery sacharidů.
Má-li dojít k viditelné reakci (změna barvy sloučeniny mědi z modré na žlutočervenou), musí
být v roztoku dostatečná koncentrace koncových merů, které mohou mít v otevřené formě
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
11
volnou, oxidace schopnou, karbonylovou skupinu. Pokud tomu tak není, jedná se o tzv. cukr
neredukující. Oxidačně – redukční reakce obvykle probíhá pouze do stupně redukce Cu+2
(Rov. 1) na Cu+1
. V případě vyšší koncentrace redukujícího sacharidu může dojít k redukci až
na Cu (Rov. 2).
2 –COH + O2 + 2 Cu+2
→ –COOH + 2 Cu+1
Rov. 1
2 –COH + O2 + 2 Cu+1
→ –COOH + 2 Cu Rov. 2
Obr. 13: Princip Fehlingovy reakce
Chemikálie:
Fehlingovo činidlo I: 4 g CuSO4 5H2O rozpusťte v destilované vodě a doplňte na 100
ml.
Fehlingovo činidlo II - 20 g KNaC4H4O6 4H2O a 15 g NaOH rozpusťte v destilované
vodě a doplňte na 100 ml.
Pracovní postup:
1. Do několika zkumavek nasypte na špičku špachtle různých druhů pevných
sacharidů a rozpusťte v destilované vodě. V případě kapalného sacharidu nalijte
vzorek do zkumavky.
2. Do zkumavek se vzorky přidejte 1 ml roztoku Fehling I a 1 ml roztoku Fehling II.
3. Zkumavku umístěte do vodní lázně a zahřívejte, dokud nedojde ke změně barvy.
4. Připravte slepý vzorek – místo sacharidu nalijte pouze destilovanou vodu.
5. Určete neznámý vzorek – podle bodu 1.–3. určete neznámý vzorek (redukující x
neredukující)
f. Tollensova zkouška – rozlišení redukujících a neredukujících sacharidů II
Princip:
Tollensovo činidlo (dusičnan diamminstříbrný [Ag(NH3)2]NO3) vzniká reakcí
dusičnanu stříbrného a koncentrovaného roztoku hydroxidu amonného za vzniku amonného
komplexu (Rov. 3 a Rov. 4). Reakcí Tollensova činidla s aldehydickou skupinou sacharidů
vzniká amonná sůl karboxylové kyseliny a redukované stříbro (Rov. 5). Pozitivní reakce
činidla s redukujícím cukrem se projeví vznikem tzv. stříbrného zrcátka na stěnách
zkumavky.
2 AgNO3 + 2 NaOH → Ag2O (s) + 2 NaNO3 + H2O Rov. 3
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
12
Ag2O (s) + 2 NaNO3 + 4 NH4OH → [Ag(NH3)2]NO3 + 2 NaOH + 4 H2O Rov. 4
2 Ag+
[NH3]0
+ R–HCO → 2 Ag0
+ R–COO NH4
+
+ 2 NH3 + H2O Rov. 5
Obr. 14: Princip Tollensovy reakce
Chemikálie:
5% roztok AgNO3 v H2O, 10% NaOH v H2O, koncentrovaný NH4OH, H2O
Pracovní postup:
1. Tollensovo činidlo připravte smísením stejného objemu roztoku AgNO3 a NaOH
(Rov. 3). Následně do zkumavky přidejte koncentrovaný NH4OH, přičemž se hnědá
sraženina Ag2O rozpustí (Rov. 4). Delším stáním ve směsi může vznikat velmi
výbušné Bertholetovo třaskavé stříbro Ag3N!
2. Do několika zkumavek připravte vzorky sacharidů ve formě vodného roztoku.
3. Ke vzorkům sacharidů ve zkumavkách přikápněte Tollensovo činidlo.
4. Za přítomnosti redukujícího cukru dojde dle Rov. 5 ke vzniku stříbrného zrcátka.
5. Porovnejte se slepým vzorkem. Místo vzorku sacharidů nadávkujte pouze vodu.
6. Určete neznámý vzorek
g. Selivanova reakce – roližení aldóz a ketóz I.
Princip:
Podstatou reakce je dehydratace sacharidů koncentrovanými kyselinami na
5-(hydroxymethyl)fural, který následně reaguje s resorcinolem za vývoje třešňově červeného
produktu (Obr. 5).
Obrázek 1: Princip Selivanovy reakce
Cílem reakce je rozlišení ketos (např. fruktóza) a aldos (např. glukosa). Ketosy reagují
rychleji než aldosy. Aldosy poskytují pouze slabě růžové zbarvení kvůli pomalejší
dehydrataci, kdy nejprve dochází k izomerizaci aldosy na ketosu. Reakce aldos je asi 20⨯
pomalejší.
Pozitivní výsledek poskytuje fruktóza a sacharóza zatímco glukóza nereaguje.
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
13
Chemikálie:
Selivanovo činidlo: 0,05 g resorcinolu se rozpustí ve směsi 50 cm3
HCl a 50 cm3
H2O
Pracovní postup:
1. Ke vzorkům sacharidů ve formě roztoku (cca 1 cm3
) přidejte cca 2 cm3
Selivanova
činidla.
2. Sledujte změnu zbarvení
3. Porovnejte se slepým vzorkem
4. Určete neznámý vzorek
h. Reakce s močovinou – odlišení aldóz a ketóz II.
Chemikálie:
Močovina, konc. HCl
Pracovní postup:
1. Do zkumavky odvažte asi 0,5 g močoviny a přidejte 6 kapek HCl.
2. Ke směsi přidejte 3 kapky roztoku sacharidu.
3. Reakční směs promíchejte, aby se močovina rozpustila
4. Zkumavku zahřívejte 15 min na vodní lázni.
5. Sledujte změnu zbarvení – aldózy reagují vývojem zelenomodrého zbarvení, ketózy se
barví červeně.
6. Porovnejte se slepým vzorkem
7. Určete neznámý vzorek
i. Barfoedova reakce – důkaz monosacharidů
Princip:
Roztoky sacharidů reagují s barefeodovým činidlem červenohnědou sraženinu
Octan měďnatý se v kyselém prostředí redukuje na oxid měďný (červená sraženina) a
zároveň dochází k oxidaci monosacharidů na příslušné aldonové kyseliny (např.: glukosa – k.
glukonová). Aldehydová skupina se oxiduje na karboxylovou skupinu, zatímco skupina –
CH2OH zůstává zachována. Přednostně se redukují monosacharidy. Všechny monosacharidy
mají redukční účinky, protože mají volnou aldehydovou skupinu (aldosy), nebo je možná
izomerizace ketoskupiny na aldoskupinu (ketosy)), až po delší době reagují redukující
disacharidy.
Reakce sacharidů s Barfoedovým činidlem je podobně jako reakce sacharidů s
Fehlingovým činidlem založena na redukci Cu2+
na Cu2O (oranžová či červená sraženina).
Redukce Cu2+
v Barfoedově testu probíhá v kyselém prostředí (kyselina octová), na rozdíl
nebo Fehlingova testu, kdy Cu2+
se redukují v zásaditém prostředí hydroxidu sodného
Chemikálie:
Barfoedovo činidlo: 7 g octanu měďnatého Cu(CH3COO)2 a 0,9 ml konc. Kyseliny
octové CH3COOH se doplní po 100 ml destilovanou vodou.
Pracovní postup:
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
14
1. Ke 2 ml roztoku sacharidu přidejte 2 ml Barfoedova činidla.
2. Zkumavku ponořte do vodní lázně.
3. Sledujte změnu zbarvení – monosacharidy reagují vznikem červené sraženiny, ostatní
roztoky jsou modré.
4. Porovnejte se slepým vzorkem
5. Určete neznámý vzorek
Pozn.: reakce je specifická na důkaz redukujících monosacharidů, redukující disacharidy
vzhledem k slabě kyselé povaze Barfoedova činidla pozitivní reakci neposkytují vůbec nebo
až po delší době.
j. Bialova reakce – důkaz pentóz a hexóz
Princip:
Bialova reakce odlišuje pentózy a hexózy. Dehydratací pentózy (5-uhlíkový sacharid)
vzniká furfural, který reaguje s Bialovým činidlem za vzniku modrého kondenzačního
produktu.
Dehydratací hexózy (6-uhlíkový sacharid) vzniká 5-hydroxymethylfurfural reaguje
s Bialovým činidlem za vzniku hnědého, červenohnědého nebo zeleného kondenzačního
produktu.
Obr. 15: Princip Bialovy reakce
Chemikálie:
Bialovo činidlo: 6,25 mg FeCl3 + 0,75 g orcinol (5-methylbenzen-1,3-diol
CH3C6H3(OH)2 + 250 ml konc. HCl
Pracovní postup:
1. K 1 ml Bialova činidla přidejte 5–6 kapek roztoku sacharidu.
2. Zkumavku zahřejte k varu.
3. Sledujte změnu zbarvení (2–3 min) Porovnejte se slepým vzorkem
4. Určete neznámý vzorek
Pozn.: reakce je specifická na důkaz redukujících monosacharidů, redukující disacharidy
vzhledem k slabě kyselé povaze Barfoedova činidla pozitivní reakci neposkytují vůbec nebo
až po delší době.
C3807 Cvičení z chemie přírodních polymerů
15
Tab. 2: Tabulka výsledků kvalitativních zkoušek jednotlivých vzorků
Vzorek/
Činidlo
Dextrin Fruktóza Glukóza Laktóza Ribóza Sacharóza Škrob
Slepý
vz.
Neznámý
vz.
Rozpustnost
Thymol
Molisch
Nitrochrom
Lugol
Fehling
Tollens
Selivan
Urea
Bafoed
Bial