Nachweis von Kohlenhydraten

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Grundbaustoffe der Nahrung – Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette

Monosaccharide

Glucose und Fructose

Glucose – Kette oder Ring?

Monosaccharide mit 3 bis 6 C-Atomen

Monosaccharide – Nomenklatur und Stereochemie

Monosaccharide – Eigenschaften und Reaktionen

Pyranosen und Furanosen

D-Ribopyranose und D-Ribofuranose

Sesselform-Schreibweise der Pyranosen

Halbacetal- und Acetalbildung

Disaccharide

Disaccharide – Besondere Glykoside

Reduzierende und nichtreduzierende Disaccharide

Saccharose und Maltose

Polysaccharide

Polysaccharide – Cellulose, Stärke, Glykogen

Stärke und Cellulose

Nachweis von Kohlenhydraten

Moleküldarstellungen von Kohlenhydraten

Zuckerderivate

Glykoside und glykosidische Bindung

Glykolipide und Glykoproteine

Hyaluronsäure, Heparin, Chitin
Nachweis von Kohlenhydraten Übung
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Erkläre die Tollens-Probe.
TippsDie Tollens-Probe trägt universalen Charakter.
Entscheidend ist die Anwesenheit einer bestimmten funktionellen Gruppe.
Es handelt sich um eine Redoxreaktion.
Lösung1. Die Tollens-Probe
Die Tollens-Probe ist ein universelles Verfahren zum Nachweis von Zuckern. Mit dieser Methode können viele Monosaccharide nachgewiesen werden. Es ist daher legitim zu sagen, dass fast alle Zucker erfasst werden. Das Reagenz beinhaltet als Hauptkomponente eine Silbernitrat-Lösung. Das Salz Silbernitrat ist für den Nachweis in zweifacher Hinsicht wertvoll:- Es handelt sich um eines der wenigen sehr gut löslichen Salze des Silbers.
- Silber ist ein edles Metall und seine Ionen daher sehr gut reduzierbar.
$NH_3\;+\;H_2O\;\longrightarrow\;NH_4^\oplus\;+\;OH^\ominus$
2. Die allgemeine Reaktionsgleichung
$R-CHO\;+\;2\:Ag^\oplus\;+\;2\:OH^\ominus\;\rightarrow\;R-COOH\;+\;2\:Ag\downarrow\;+\;H_2O$
Man sieht, dass man die Tollens-Probe für den Nachweis von Aldehyden verwenden kann. Allgemein und natürlich auch beim Zucker bildet sich eine Carboxy-Gruppe. Für die Reduktion der Silber-Ionen benötigt man Hydroxid-Ionen. Wir haben bereits gesehen, dass diese vom Ammoniak geliefert werden.
3. Der Nachweis als Redoxreaktion
Beim organischen Edukt handelt es sich immer um einen reduzierenden Zucker. Beim Nachweis nach Tollens wird dieser oxidiert. Die Silber-Ionen als Ionen eines edlen Metalls werden leicht reduziert. Offensichtlich ist die Tollens-Probe ein Nachweis für Aldehyde. Ketone haben zwar generell ähnliche Eigenschaften, sie sind aber schwerer zu reduzieren. Die Probe ist kein Nachweis für Carbonsäuren, da diese ja gerade das Hauptprodukt der Reaktion sind. -
Erkläre die Fehling-Probe.
TippsDie Fehling-Probe ist eine Redoxreaktion.
Eine bestimmte funktionelle Gruppe wird nachgewiesen.
Der Ursprung der Sauerstoffatome, die bei der Reaktion oxidieren, ist aus der Reaktionsgleichung ersichtlich.
Lösung1. Das Fehling-Reagenz
Wie bei der Tollens-Probe können mit der Fehling-Probe fast alle Zucker nachgewiesen werden. Die beiden Komponenten des Reagenzes sind:- Fehling I: Kupfersulfat-Lösung
- Fehling II: Kaliumnatriumtartrat
2. Reaktion
Die allgemeine Reaktionsgleichung lautet:$R-CHO$$\;+\;$$2\:Cu^{2\oplus}$$\;+\;$$4\:OH^-$$\;\longrightarrow\;$$R-COOH$$\;+\;$$Cu_2O\downarrow$$\;+\;$$2\:H_2O$
Da Hydroxid-Ionen an der Reaktion beteiligt sind und im Überschuss vorliegen sollten, ist der pH-Wert des Analysegemisches größer als 7. Im Gegensatz zur Tollens-Probe entsteht kein metallisches Kupfer. Mit bloßem Auge ist das aber kaum festzustellen, denn das ausfallende Kupfer(I)-oxid ist wie Kupfer von roter (bzw. rötlicher) Farbe.
3. Die Fehlung-Probe als Redoxreaktion
Das organische Edukt ist ein Aldehyd. Aldehyde sind leicht oxidierbar. Daher wird das Edukt oxidiert. Bei der Oxidation schiebt sich ein Sauerstoffatom in die C-H-Bindung der Aldehyd-Gruppe. Die Reaktionsgleichung zeigt, dass das Sauerstoffatom seinen Ursprung in einem Hydroxid-Ion hat. Dieses aber wird durch die anwesende Base im Ergebnis der Dissoziation gebildet. -
Bestimme die Kohlenhydrate, die einen Silberspiegel liefern.
TippsDer Zucker muss reduzierend sein.
Reduzierend ist ein Zucker, wenn er eine bestimmte funktionelle Gruppe enthält.
LösungErste Reihe: Fructose wird nachgewiesen, denn es enthält eine Aldehyd-Gruppe. Saccharose enthält keine Adehyd-Gruppe. Glucose in der Ringform enthält keine Aldehyd-Gruppe. Eine reduzierende Aldehyd-Gruppe gibt es aber in der Kettenform.
Zweite Reihe: Galactose wird nachgewiesen, denn es enthält eine Aldehyd-Gruppe. Für Cellulose und Xylit trifft das nicht zu.
Dritte Reihe: Maltose und Ribulose wirken nicht reduzierend. Desoxyribose hingegen ist eine Aldose und kann somit mit der Tollens-Probe (Silberspiegel) nachgewiesen werden.
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Ermittle die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Nachweise nach Fehling und Tollens.
TippsÜberlege, was sich bei den Proben nach Tollens und Fehling jeweils bildet.
Kupfer(II)-hydroxid ist das Farbpigment Bremer Blau oder Bremer Grün.
LösungBei der Tollens-Probe wird das Reagenz vollständig reduziert. Aus den Silber-Ionen bildet sich metallisches Silber. Entsprechend wird bei der Fehling-Probe das Reagenz nur teilweise reduziert. Aus den Kupfer(II)-Ionen entstehen Kupfer(I)-Ionen, die man im roten Kupfer(I)-oxid findet.
Die Tollens-Probe läuft nicht im stark basischen Milieu ab. Die Anwesenheit von Ammoniak führt zu schwach basischen Bedingungen. Entsprechend läuft die Fehling-Probe nicht im schwach basischen Milieu ab. Die Anwesenheit von Natriumhydroxid schafft stark basische Bedingungen.
Beim Tollens-Reagenz verhindert der pH-Wert tatsächlich den Nachweis von Fructose. Die Konzentration der Hydroxid-Ionen ist für eine Umwandlung der Fructose zur reduzierenden Glucose zu gering. Entsprechend bewirkt der hohe pH-Wert beim Fehling-Reagenz eine Umwandlung von Fructose zu Glucose.
Tollens-Reagenz und/oder Fehling-Reagenz können nicht alle Monosaccharide nachweisen. Das gelingt nur bei ihren reduzierenden Vertretern.
Sowohl das Tollens-Reagenz als auch das Fehling-Reagenz verlangen das Vorliegen der Kettenform des Moleküls. Das ist eine notwendige Bedingung.
Fehling II (Kaliumnatriumtartrat) verhindert tatsächlich ein Ausfallen der Kupfer(II)-Ionen in den Niederschlag. Unter den kräftigen basischen Bedingungen würde sich anderenfalls sofort praktisch unlösliches Kupfer(II)-hydroxid bilden. Der Nachweis reduzierender Zucker wäre dann unmöglich.
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Nenne die Nachweisverfahren zu folgenden Nachweiseffekten bei Kohlenhydratnachweisen.
TippsDie Farben der Nachweise sind ganz charakteristisch.
LösungMolisch-Probe – Bildung eines violetten Farbstoffs
Es wird ein konjugiertes Molekül synthetisiert. Das ist ein Molekül, bei dem sich Einfachbindungen und Doppelbindungen fortlaufend abwechseln. Dadurch entsteht eine farbige Verbindung.
Fehling-Probe – Bildung eines roten Feststoffs
Die Reaktionen ist eine Redoxreaktionen. Das Wesen der Reaktion ist die Reduktion.
$Cu^{2+}$$\;\longrightarrow\;$$Cu^{+}$$\;+\;e^-$
Die Kupfer(II)-Ionen werden zu Kupfer(I)-Ionen reduziert. Es entsteht Kupfer(I)-oxid $Cu_2O$, das wir als roten Stoff erkennen.
Tollens-Probe– Bildung eines Silberspiegels
Silber(I)-Ionen werden reduziert. Sie fallen als metallisches Silber aus und bilden den Spiegel.
Seliwanow-Probe – rotbrauner Farbstoff
Beim vorsichtigen Erwärmen wird der Nachweis für Glucose erbracht. Erwärmt man intensiver, kann man Fructose und sogar Saccharose nachweisen.
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Erkläre die einzelnen Reaktionsschritte der Molisch-Probe.
TippsDas Schema der Reaktion ist dir eine Hilfe.
p-Orbitale in konjugierten Systemen überlappen und es kommt zu einer starken Elektronenbewegung über das gesamte molekulare System.
Lösung1. Schritt
Bei dem nachzuweisenden Zucker handelt es sich um D-Glucose. Auf das Molekül der D-Glucose wirken Oxonium-Ionen ein. Mitunter nennt man sie auch Hydronium-Ionen. Bei der Reaktion eines dieser Teilchen entstehen drei Moleküle Wasser.
Im Molekül des Produkts erkennt man die aromatische Verbindung Furan. Die funktionelle Gruppe $OH-$ bedeutet, dass es sich auch um einen Alkohol handelt. Die funktionelle Gruppe $-CHO$ zeigt einen Aldehyd an. Das entstandene Produkt trägt den systematischen Namen 5-Hydroxymethylfurfural.
2. Schritt
Im zweiten Schritt findet eine Reaktion mit zwei Molekülen $\alpha$-Naphthol statt. Dabei findet zunächst eine Kondensationsreaktion statt. Durch Oxidation entsteht ein Kation.
3. Schritt
Man erhält ein konjugiertes System. Das bedeutet, dass sich Einfachbindungen und Doppelbindungen fortlaufend abwechseln. Die vielen $\pi$-Elektronen und ihre starke Delokalisierung bewirken eine geringe energetische Differenz zwischen dem höchsten bindenden Molekülorbital (HOMO) und dem niedrigsten antibindenden Molekülorbital (LUMO). Dieser Effekt kommt dadurch zustande, dass den Orbitalen energetisch nach unten wie oben Grenzen auferlegt sind. Somit werden sie im Inneren (energetisch!) zusammengedrückt. Der sogenannte HOMO-LUMO-Gap erfährt eine Verminderung. Es ist eine Absorption sichtbaren Lichtes möglich. Sie entfällt auf den gelben Betrag des weißen Lichtes. Die komplementäre Farbe (violett) sehen wir. Sie dient zum Nachweis des Zuckers.
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