Опыт 2. Реакции на карбонильные группы в моносахаридах

Реактивы: 1-процентный раствор глюкозы, 1-процентный раствор фруктозы, 2-процентный раствор глюкозы, 2-процентный раствор фруктозы, 10-процентный раствор глюкозы, 10-процентный раствор формальдегида, фуксинсернистая кислота, 5-процентный раствор сульфата меди, 10-процентный раствор гидроксида натрия, реактив Фелинга, бромная вода (насыщенная), 1-процентный раствор хлорида железа (III), 1-процентный раствор фенола, 1-процентный раствор ни­трата серебра, 5-процентный раствор глюкозы, раствор уксуснокислого фенилгидразина.

Оборудование: водяные бани, термометры (100⁰ С), микроскоп, пипетки, предметные и покровные стекла.

а) Реакции фуксинсернистой кислоты с формальдегидом и глю­козой. В две пробирки наливают по 1,5 мл раствора фуксинсернистой кислоты. В одну пробирку приливают 1,5 мл 10-процентного раст­вора формальдегида, в другую – 1,5 мл 10-процентного раствора глюкозы. Содержимое пробирок перемешивают. Через некоторое время в пробирке с формальдегидом появляется фиолетово-розовое окрашивание. Раствор, содержащий глюкозу, остается бесцветным.

Почему глюкоза (и другие моносахариды) не дает некоторых реакций на карбонильные группы? Например, она не реагирует с фуксинсернистой кислотой и с гидросульфитом натрия.

б) Окисление моносахаридов гидроксидом меди (II) в щелочной среде. В пробирке смешивают 3 мл 1-процентного раствора глюкозы и 1,5 мл 10-процентного раствора гидроксида натрия. Затем по кап­лям при встряхивании добавляют 5-процентный раствор сульфата меди до появления не исчезающей при встряхивании мути. Избы­ток гидроксида меди (II) мешает реакции, так как при нагревании он теряет воду и превращается в оксид меди СuО черного цвета. Если же гидроксида меди (II) слишком мало, то не связанная им глюкоза при нагревании осмоляется, продукты осмоления темного цвета также маскируют реакцию. Содержимое пробирки нагревают до начинающегося кипения так, чтобы нагревалась лишь верхняя часть раствора, а нижняя оставалась для контроля. В нагретой части раствора появляется желтый осадок гидроксида меди (I), вскоре переходящий в красный осадок оксида меди (I). Опыт повто­ряют, но вместо раствора глюкозы берут 1-процентный раствор фруктозы.

В условиях опыта одинаково легко окисляются гидроксидом меди (II) и альдозы (глюкоза), и кетозы (фруктоза). Объясняется это тем, что при нагревании с окислителем в щелочной среде угле­родные цепи молекул моносахаридов расщепляются, при этом образуется смесь веществ, в том числе легко окисляющихся (форм­альдегид, муравьиная кислота и др.). Среди продуктов окисления глюкозы обнаружена также глюконовая (одноосновная) кислота.

Напишите уравнение реакции окисления глюкозы в глюконовую кислоту гидроксидом меди (II).

в) Окисление моносахаридов реактивом Фелинга. Наливают в две пробирки по 1,5-2 мл растворов моносахаридов: в одну про­бирку – 1-процентный раствор глюкозы, в другую – 1-процент­ный раствор фруктозы. Затем в каждую пробирку добавляют рав­ный объем реактива Фелинга, содержимое пробирок перемешивают и нагревают верхнюю часть раствора до начинающегося кипения. В верхней части жидкости в обеих пробирках появляется желтый осадок гидроксида меди (I), переходящий в красный осадок оксида меди (I), нижняя часть жидкости, которую не нагревали, остается синей.

Реактивом Фелинга пользоваться удобнее, чем гидроксидом меди (II), так как при нагревании смеси его с раствором моно­сахарида не происходит образования черного осадка оксида меди (II), маскирующего красный цвет осадка оксида меди (I). Реакция с фелинговой жидкостью протекает быстрее и более четко. Этой реакцией широко пользуются для качественного и количественного анализа моносахаридов и для отличия восстанавливающих дисахаридов от не восстанавливающих.

Что такое реактив Фелинга? Какое строение имеет этот реак­тив и как его готовят? Напишите уравнение реакции окисления глюкозы в глюконовую кислоту реактивом Фелинга.

г) Окисление моносахаридов аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала). Сначала готовят аммиачный раст­вор гидроксида серебра из 4-5 мл 1-процентного раствора нитрата серебра. Аммиачный раствор гидроксида серебра делят пополам. К одной части его приливают 1,5 мл 1-процентного раствора глюкозы, к другой – 1,5 мл 1-процентного раствора фруктозы. Обе пробирки нагревают 5-10 мин в водяной бане, нагретой до 70-80°С. Металлическое серебро, в обеих пробирках, выделяется на стенках в виде зеркального налета. Во время нагре­вания пробирки нельзя встряхивать, иначе металлическое серебро выделится не на стенках пробирок, а в виде темного осадка. Чтобы получить хорошее зеркало, в пробирках предварительно кипятят 10-процентный раствор гидроксида натрия, затем их споласкивают дистиллированной водой.

При окислении моносахаридов в щелочной среде, как уже бы­ло сказано выше, получается смесь продуктов, образующихся при глубоком расщеплении их молекул. Среди про­дуктов окисления глюкозы найдена и альдоновая (одноосновная) глюконовая кислота. Напишите уравнения реакций: образование аммиачного раствора оксида серебра и окисление D-глюкозы до глюконовой кислоты аммиачным раствором оксида серебра.

д) Окисление моносахаридов бромной водой (тяга!). В две про­бирки наливают по 3 мл бромной воды и добавляют по 0,5 мл 2-про­центных растворов моносахаридов: в одну – глюкозу, в другую – фруктозу. Пробирки нагревают в кипящей водяной бане в течение 15 мин. Если бурая окраска брома за это время не исчезнет, реак­ционные смеси кипятят до обесцвечивания на пламени горелки (примерно 1 мин). После охлаждения к растворам добавляют по нескольку капель 1-процентного раствора хлорида железа (III), окрашенного фенолом в фиолетовый цвет. Сравни­вают окраску растворов в обеих пробирках.

Напишите уравнение реакции окисления глюкозы бромом в глюконовую кислоту. Какой моносахарид – глюкоза или фруктоза – легче окисляется в условиях опыта?

е) Реакция замещения карбо­нильного кислорода в моносаха­ридах (получение озазонов). Сме­шивают в пробирке 2,5 мл 5-процещного раствора глюкозы и 2,5 мл раствора уксуснокисло­го фенилгидразина. Пробирку с реакционной смесью помещают на 20-30 мин в кипящую водя­ную баню. Выпадает осадок глюкозазона, при встряхивании и охлаждении реакционной сме­си количество осадка увеличи­вается. Каплю жидкости с осад­ком переносят пипеткой на предметное стекло, накрывают его покровным стеклом и рас­сматривают форму кристаллов глюкозазона под микроскопом. Крис­таллы имеют форму иголок, соединенных в снопы (рис. 10). Уксусно­кислый фенилгидразин легко гидролизуется, так что в реакцию с глюкозой вступает свободный фенилгидразин.

Напишите уравнения следующих реакций: гидролиз уксусно­кислого фенилгидразина, взаимодействие глюкозы с избытком фенилгидразина (три стадии). Какие гексозы дают такой же фенилозазон, как и глюкоза?

Рисунок 10. Кристаллы озазона глюкозы.