Химические методы определения сахаров (стр. 2 из 9)
Гликозидная связь («кислородный» мостик) в молекуле олигосахаров способна очень легко разрываться под действием атаки полярных молекул воды (гидролиз), это весьма важная преданалитическая реакция. Происходит реакция инверсии:
Спирты, содержащие в молекуле свыше трех гидроксильных групп, называют спиртами высшей атомности.
Сахарные спиртыили спирты-полиолы являются производными редуцирующих сахаров. По физическим свойствам спирты высшей атомности напоминают редуцирующие сахара — бесцветные, сладкие вещества, образующие сиропообразные растворы.
Химически эти вещества в отличие от сахаров всех видов монофункциональны — не имеют карбонильной группировки, а вместо нее находится группа -СН2ОН (у полиолов, образованных от альдегидоспиртов) или –СНОН (у полиолов, образованных от кетоспиртов).
Таким образом, пентозы образуют спирты-пентиты общей формулы С5Н7(ОН)5 и гексозы —спирты - гекситы общей формулы С6Н8(ОН)6.
Известными представителями спиртов пятиатомных является арабит и ксилит, а наиболее распространенными шестиатомными спиртами являются сорбит, дульцит (галактит) и инозит. Так и называют эти спирты по тривиальной номенклатуре: в названиях соответствующих редуцирующих сахаров заменяют суффикс -оза на -ит. К некоторым имеются также и технические названия.Например:
Хотя их чаще всего получают искусственно (реакцией гидрирования на катализаторе никеле) и используют как пищевые добавки-подсластители (ксилит, сорбит), отдельные виды плодов и овощей содержат некоторых сахарных спиртов довольно много. Так, сорбитом богаты ягоды рябины, сок вишен, слив, яблок. Галактит содержится в различных растениях (жасмине, морских водорослях) и в дрожжах и т.д.
В таких сахарах, а также в нередуцирующих олигосахаридах, первостепенное аналитическое значение имеет наличие гидроксильных групп. Не имея карбонильной группы, данные виды сахаров не способны проявлять вышеуказанных свойств редуцирующих сахаров. Атом кислорода в молекуле сахара наиболее электроотрицателен; к нему смещена электронная плотность всех атомов. Следовательно, атом водорода гидроксильной группы имеет большую подвижность, чем атомы водорода в радикале:
Поэтому в химических реакциях они могут отдавать протон, вступая в частности в реакцию замещения-алкилирования. Алкилированием называют реакции введения в молекулы органических веществ алкильных или сходных по строению радикалов R. При нуклеофильном введении R в молекулу спирта вместо атома водорода ОН-групп получают простые эфиры.
Пентитысодержат два асимметрических атома углерода — С-2и С-4, третий атом имеет одинаковые заместители СН (ОН)СН2ОН, известны 4 стереоизомера.
Гекситысодержат четыре асимметрических атома углерода, но число стереоизомеров меньше 16, и равно 10 благодаря особенностям строения молекулы. Благодаря наличию одинаковых заместителей у С-2 и С-3, и, соответственно, у С-5 и С-4 молекулы некоторых стереоизомеров имеют плоскость симметрии, находящуюся между атомами С-3 и С-4. Поэтому образовывать оптические стереоизомеры, отклоняя плоскость поляризованного света на поляриметре, могут только те представители, которые не имеют атрибутов симметрии.
Как и моносахариды, они образуют диастереоизомерные ряды (D-рибит и D-арабит).
Химические методы определения сахаров
Химические методы разнообразны, однако все они, как и большинство физико-химических, основаны на способности сахаров окисляться в щелочной среде, восстанавливая при этом другие химические вещества с образованием альдоновых кислот. Количество восстановленного другого вещества эквивалентно содержанию сахара в испытуемом растворе. Чаще применяют методы, основанные на окислении сахаров щелочным раствором окисного соединения меди с учетом количества восстановленной меди. Реже применяются методы, в которых используются другие окислители.
Определение восстанавливающих сахаров по методу Бертрана.
Метод Бертрана основан на способности альдегидной группы сахаров взаимодействовать с реактивом Фелинга и восстанавливать окись меди до закиси меди, выпадающей в виде осадка красного цвета:
СuSO4 + 2NaOH ¾¾® Cu(OH)2 + Na2SO4
Приведенная реакция не является стехиометрической. Поэтому при пересчете меди на сахар пользуются эмпирическими таблицами, которые составлены при строго определенных условиях протекания реакции.
Реактивы и материалы: а) Реактив Фелинга
20 см3 4 %-ного раствора CuSO4 + 20 см3 щелочного раствора сегнетовой соли {200 г сегнетовой соли растворяют в 500 см3 воды, 150 г едкого натра растворяют в 300 см3. Раствор щелочи осторожно приливают к раствору сегнетовой соли и доводят объем до 1 дм3}.
б) Раствор железоаммиачных квасцов
96 г квасцов растворяют в 500 см3 воды и осторожно по стенке приливают 200 г (108 см3) концентрированной серной кислоты. Объем доводят водой до 1 дм3.
в) 0,1 н. КМпО4
1. Перманганатный метод.
Ход работы:
1.Приготовление вытяжки. Из средней пробы продукта берут навеску, величина которой зависит от предполагаемого содержания сахаров в материале. При исследовании фруктов или ягод навеска составляет 15—50 г мезги (материала, измельченного на терке или мясорубке), варенья, повидла, джема — 7—8 г. При исследовании продуктов, содержащих крахмал (например, клубней картофеля, незрелых яблок и груш), водную вытяжку не нагревают на водяной бане, а сахара извлекают холодной водой в течение 1 ч, часто взбалтывая колбу.
Навеску количественно переносят в мерную колбу на 250 мл, смывая ее дистиллированной водой. Объем навески и воды в колбе не должен превышать 130—150 мл. Колбу встряхивают, затем определяют реакцию содержимого (с помощью нейтральной лакмусовой бумаги или универсального индикатора). При исследовании фруктов и ягод реакция вытяжки обычно бывает кислой, поэтому ее доводят до нейтральной (рН = 7) осторожным добавлением 15%-кого раствора углекислого ратрня (под контролем лакмуса или универсального индикатора), после чего колбу нагревают в течение 15—20 мин, на горячей водяной бане (80°С), часто встряхивая для перемешивания содержимого.
Колбу охлаждают и к вытяжке добавляют 7—15 мл раствора уксуснокислого свинца, взбалтывают и ставят на 5-10 мин. (для осаждения белков, пигментов, дубильных веществ, также обладающих восстанавливающими свойствами). Появление прозрачного слоя жидкости над осадком свидетельствует о полноте осаждения. Если полнота осаждения не была достигнута, в колбу добавляют (каплями) еще 1—5 мл раствора уксуснокислого свинца и взбалтывают. Для осаждения избытка уксуснокислого свинца в колбу приливают 18—20 мл насыщенного раствора двузамещенного фосфорнокислого натрия, взбалтывают и оставляют на 10—12 мин. для отстаивания. Проверяют полноту осаждения свинца, для чего по стенке колбы осторожно приливают 1-—2 капли раствора фосфорнокислого натрия. Если в прозрачном слое жидкости над осадком уже не образуется мути, считают, что полнота осаждения достигнута. Колбу доливают до метки водой, взбалтывают и содержимое ее фильтруют через бумажный складчатый фильтр. В фильтрате (его называют фильтрат А) определяют содержание редуцирующих сахаров. Надо так подобрать навеску продукта и разведение, чтобы концентрация сахаров в сахарном растворе составляла 100 мг.
Быстрого осаждения белковых, красящих и дубильных веществ (так называемых, органических несахаров) можно достигнуть обработкой вытяжки основным азотнокислым свинцом. К 100 мл вытяжки прибавляют 3—4 мл раствора едкого натра, взбалтывают и добавляют 4—6 мл раствора азотнокислого свинца. Осветление раствора происходит в течение 5—7 мин. Для освобождения от избытка свинца к вытяжке, нагретой до температуры 60° С, приливают 3—4 мл насыщенного раствора сернокислого натрия и нагревают на водяной бане при той же температуре 10 мин.
2. Проведение анализа: 20 см3 фильтрата А помещают в коническую колбу на 100 см3 и добавляют 20 см3 реактива Фелинга I и 20 см3 реактива Фелинга II. Содержимое колбы перемешивают и кипятят точно 3 минуты, время замечают с момента появления первых пузырьков. Горячую жидкость из колбы сливают на фильтрующий слой через воронку Бюхнера в колбу Бунзена при слабом отсасывании, стараясь осадок закиси меди не переносить на фильтр. Затем осадок в колбе промывают теплой водой и перерастворяют с помощью железоаммонийных квасцов (10...15см3), при этом часть сернокислого окисного железа квасцов восстанавливается в закисное:
Cu20 + Fe2(NH4)2(SO4)4 + H2SO4 = 2CuSO4 + 2FeSO4 + (NH4)2SO4 + H2O.
Далее воронку Бюхнера с фильтрующим слоем переносят в чистую колбу Бунзена и содержимое колбы небольшими порциями сливают на фильтр. Осадок на фильтре размешивают стеклянной палочкой до полного растворения. Осадок на фильтре не должен находиться на воздухе во избежание его окисления. Колбу и фильтр промывают теплой дистиллированной водой два раза. Фильтрат сразу титруют 0,1 н раствором перманганата калия до появления розовой окраски (от последней капли), снова окисляющего закисное железо в окисное
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2 (SO4)3 + 8H2O.
Титр перманганата калия устанавливают по меди, что дает возможность сразу пересчитать количество пошедшего на титрование перманганата калия на эквивалентное количество меди (1 см3 0,1 н. КМпО4 соответствует 6,36 мг меди). Количество сахара, соответствующее данному количеству меди, находят по эмпирическим таблицам.