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Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seitehttp://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.htmleingesehen und heruntergeladen werden.Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel undStaatsexamensarbeiten bereit.

Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

) )

- 2 - - 1 -

1. Defin ition d e r Ko h l e n h yd r a t e

Unter der Bezeichnung Kohlenhydrate verstand man ur­

sprüng lich Ve r b i ndu ng e n , die neben Kohlenstoff die

Elemente Wass e r s t o f f und Sa ue r st o f f im Ve r hä l t n i s

des Wassers, also 2:1 enthalten und denen somit die

Summenformel Cn

H2 nOn zukommt ( Karl Schmidt, 1844).

Folgender Versuch soll den Namen dieser Substanz­

klasse erkl äre n:

- Ve r ko h l u ng von Zu c k e r n (Versuch 1)

In 1l-Becherglas (hohe Form) uird 7 5 g Rohrzucker

gegeben, der mit 37,5ml aqua desto kurz verrührt

uird. Anschließend wird mit einem Sc h wu ng 75ml konz.

Schwefelsäure zugegebe n.

f!9~~D!~: Nach k u r ze r Zeit tritt Braunfäroung a u f

und es stei ge n ein Kohlenstoffberg und Wa s s e r dä mp f e

auf. Dabei entsteht jedoch kein reiner Ko h l e n s t of f ,

sondern ein hochpolymeres Gemisch aus verschiedenen

' Koh l e n s t o f f ve r b i n du ng e n .

B~~~H2D:

E I GE~ S C ~ A F T E N UND NACHWEIS E 10 N ZU CKERN

I. Zuor dnung der Zucker zu den Ko h l e n h y d r a t e n

Die Zu c k e r gehören zur großen Gruppe der Ko h l e n h yd r a t e ,

die die am häufigsten in der Natur vorkommenden organi­

schen Ver bindun gen darstellen. Oi e Kohlen hydrate wer­

den von den grü nen Pflanzen aus dem Kohlendioxid der

luft und aus Wasser unter Einfluß des Sonnenlichts auf­

gebaut. Dieser Vorgang wird als Photosynthese bezeich­

net. Da be i entsteht als Grundbaustein von h öhermoleku­

laren Kohlen hydraten, wie z.B. Cellulose und Stärke,

Traubenzucker ( Glucose). Während Cellulose und Stärke

den Pf l a n z e n als Gerüst- bzu. als Reservestoff dienen,

uird TraUbenzucker als Energielieferant f ü r die Leoens­

vorgänge bei Mensch und Tier benötigt.

Kohlenhydrate + 5Querst~ff

C, H.(zO, + 60l + 6 Hl.0Enzyme

(

Chlorophyll)

PFLANZE

MENSCHIlnd

TIER

Kohlendioxid + 'WlLsser

6CO~ +A2..HlO

Heute ist die ursprüngliche Definition der Kohlen­

hydrate nicht mehr streng gültig, da zahlreiche na­

t ürliche Zuc k e r exis tieren, in denen Wasserstoff

und Sauerstoff nicht im Ve rhä l t n i s des Wa s s e r s auf­

treten. Außerdem gi bt es einige Zucker, die neben

Kohlenstoff, Wasserstoff und Sa u e r s t o f f noch St i c k ­

stoff oder Sc h u e f e l als Bausteine aufueisen. Dennoch

hat men den Sammelbegriff Kohlenhydrate, der ü be r

die Ko n s t i t u t i o n nichts aussa gt, f ür diese gro Ge

Stoffklasse beibeha lten.

2. Ei n t eil u ng der Kohlenhydrate

Vi e l e Ko h l e n h y d ra t e bauen sich aus den Mo l ekü l e n e in­

facherer Ko h l e n h yd r a t e auf und können auch wiederum

in diese zerl e gt uerden. Ma n untersche i cet deshalb

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- 4 -

Q'OyH20H~' H

(CHOH) C=OI n ICH20H (CHOH) 1

I n-..~•.: CH 20H

T r,0lf'H yH 20HCHOH c=oI ICH 20H CH 20H

Glycerin- Oihydroxy-al dehyd aceton

) )

- :3 -

zuischen Monosacchariden (=E infachzuckern), Ol i go­

sacchariden (cMehrfachzuckar, die sicb aus z~ei bis

acht Monosacchariden aufbauen können) und Poly­

sacchariden (=Vielfachzucker, die sich aus acht und

mehr Mo nos a c cha r i de n aufbauen und Makr omol ekü l e oil­

den können). Häufig uird bei den Monosacchariden

auch die Zahl der Kohlenstoffatome angegeben, z.B.

Triose, Tetro.e, Pentose, Hexose, us~•• Vorrangigin ihrer biologischen und chemischen Bedeutung sind

die Hexosen und die Pentosen. Fast alle nat ürlich

vorkommenden Saccharide gehören einer dieser bei den

Gruppen an. Die Oligosaccharide uerden nach der An­

zahl der Monosaccheridmoleküle, aus denen sie sich zu­

sammensetzen, benannt. Man unterscheidet Di-, Tri-,

Tetrasaccharide, usu ••Der Inhalt des Vortrags beschränkt sich auf die Mono­

und Disaccharide.

I,.1I,

11. Monosaccharide

Die Monosaccharide unterteilen sich in Polyhydroxyal­

dehyde, auch Aldosen genannt, und Polyhydroxyketone

(=Ketosen) mit vorloliegend unverzloleigtem Kohl e ns t of f ­

gerüst. Sie leiten sich vom Gl yc e r i na lde hyd bzu. Di­

hydroxyaceton durch Kohlenstoffkettenverl ängerung ab.

1. Struktur der Monosaccharide

Die Struktur der Monosaccharide soll am Beispiel der

D-(+)-Glucos8 erläutert ~erden.

- ~~11~~f2!~!9~_~1!~~1~!:

D-(+)-Glucose ist eine Aldohexose mit der Summen-

Formel C6H120 6• In der KettenForm, die durch die

Fischer'sche ProjektionsFormel ~iedergegeben ~ird,

besitzt die D-(+)-Glucose vier asymmetrische Kohlen­

stoFfatome. Dies sind KohlenstoFfatome mit vier ver­

schiedenen Resten. Sie be~irken die optische Aktivi­

t ät der D-(+)-Glucose und der meisten Monosacchari­

deo Je nachdem, ob die Ebene von linear polarisier­

tem Licht durch die optisch aktive Substanz nach

links bz~. nach rechts gedreht ~ird, erhalten die

je~eiligen Substanzen ein - bzu. + als Vor zeichen.

Die Zuor dnung der Monosaccharide zur 0- bz~. L- Reihe

l äßt sich euf den Glycerinaldehyd zurückf ühre n. Sie

richtet sich nach der St e l l ung der OH-Gruppe an dem

asymmetrischen C- Atom, das von der Aldehydgruppe am

MONOSACCHA RIDE

(Triosen,Tetrosen,Pento sen,Hexosen, us~.)

(aus 2-B Mono­saccharidenaufgebaut;D I S ACCH~RIDE

USlol.)

(aus mehr alsBMonosacchari­den aufge baut·Makromoleküle~

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) )

- 5 - - 5 -

weitesten entfernt steht.

-B!~9~~E~i3!!_2!E~~~~!::

Al l e Monosacchari de sind prinzipiell in der Lage

durch i ntramole kulare Halba c e t alb i ldung i n st a bi le

Fünf- (Furanosen) oeer Sechsringe (Pyranosen) übe r ­

zugehen.Halbacetalbildung:

Die Ringformen der Monosaccharide werden durch die

Schreibweise nach Hawor th a nschaulich dargestel lt.

Die Anordnu ng der Liganden der C-Atome erfolgt so,

daß alle rechtsstehenden Gru ope n der Fischer-Pro­

jektion unterhalb oes Ringes eingezeichnet weraen.

8ei D-Formen der Monosaccharide muß aus sterischen

Gründen das H-Atom am höchstnumerierten C-Ringatom

ebenfalls unterhalb des Ringes stehen.

8ai der Halbacetalbildung entsteht ein asymmetrisches

C-Atom~

Die Tenden z zur Ringbildung ist bei den Monosaccha­

riden so groß, daß dia meisten von ihnen im kristal­

linen Zustand als cyclische Halbacetale vorliegen.

Am 8eispiel der D-(+)-Glucose ist zu sehen, daß der

Ringschluß das C,-Atom in ein a s ymm e t r i s ch e s C-~ tom

übe rfüh r t . Dadurch ergeben sich zwei diastereomere

Formen der D- (+ ) -G l ucos e , die auc h Anom e r e ge nannt

werden. Anomere unterscheiden sich in ihrer Konf i ­

guration am C,-Atom. Sie erhalten ke ine unterschie d­

lichen Namen, sondern werden als ~-Form und ß-F::Jrm

gekennzeichnet. Es handelt sich im allgemeinen um

die ~-Form, wenn die neu en tst a ndene OH-G ruoo e i n

der Fi s che r -P r o j ekt i on auf die gleiche Se i t e ge­

schrieben wird wie die OH-G ru op e , die da s Monos a c cha­

rid als 0- oder L- Form bestimmt.

- 2!!:!:!!!!!2!:!!!:Die wirkliche räumliche Struktur der Ringe muß durchKonformationsformeln mit den beiden energetisch be­

günstigten Sessel formen cargestellt werden. Die ener­

getisch stabilere Form ist die ß-D-(+)-Glucose, in

der die sich abstoßenden größeren Gruppen die äqua­

torialen Lagen einnehmen.

HOC.HJ. CH OH

011 HeH H

H 014

f3 - D-(+)-Glucose

Die horizontalen 8indungs­

striche stellen 8indungen

dar, die aus der Papierebene

herausgerichtet sind, die

vertikalen Striche si nd Bi n­

dungen, die hinter die Papier­ebene zeigen.

Hawort h-Schreibweise

Fischer-Projektion

~OC-H!IH- i..-OH

HO-~HH-~~ OHH-t~ OH

ICH 20H

O:H~OH 11

eH HOH Oll

H eil

co'-D-(+)-Gl ucosa

oPyran

~Pyranose

Halbacetal

H

ROH ~ RI- t~ ORI

OH

FuranJ,

Furanose

~R'-C=O +

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) )

- 7 - - 8 -

Die Ke t t e nf o r m ei nes Monosaccharids und ihre Ring­

form stellen Tautomere dar. Di e s wird auch als

Dxo-cyclo-Tautomerie der Monosaccharide bezeichnet.

In Lösung bestehen naben der Ketten form grundsätz­

lich alle in Frage kommenden cyclischen Formen. Die

Gleichgewichtseinstel lung, auch Muta r otati on genannt,

erfolgt immer übe r die Kettenform und f üh r t zu e inem

Gemisc h. Im Falle der D- (+) -Gl ucos e entsteht ein

Isomerengemisch aus ~- und J -D- (+ ) -Gl ucos e . DieErscheinung der Mutarotat io n, die e ine Ände r ung

des Drehwertes optisch a kt i ver Subs t a nz en be deut e t ,

kann mit Hilfe eines Pola r ime t e r s verfo l gt werden.

Sie bedeutet eine St ütze f ür die Ring formel derMonos a ccha r i de . 2 x 18 , 75

[~] = spezi fischer Drehwinkel

~ gemessener Dr e hwinkel1 = Sc hichtl änge, ge messen i n Dez imet e r ( 2dm)

m = Gr amm gelö s t e r Subs t a nz in 100ml f er t i ger

Lösung ( 18,75g)

ot.)( 100[~J=--

1 x m

~D- (+ ) -G l u c o s e lö su n g i n die Küvet te gefü l lt, so da ßdas Li ch t bü nde l vollstä ndig in der Lösung ver l ä uf t. ~-

Auf de r Lei nwand ist j etz t eine Auf hel l ung z u be­

obachten. Du r ch Rechtsdre hu ng am Anal ys ato r wird

wi ed e r um ma x i ~ a l e Dunk elhei t he rg estellt und de r

Dre hwinkel abgelesen.

Na ch ei niger Ze i t gi b t man etwas 2N- Na t r onlauge zu ,

r ührt um, und mißt erneut den Dre hwi nkel a uf die

gle i che Wei s e . Aus de m geme s s en e n Dr ehwi nkel , der"­

Schichtl änge und der ~-D-{+)-Glucose-Konzentration

ka nn mi t Hilfe der folgenden Gleichung die spezi­

fische Drehung der D-{+)-Glucose berechnet werden.

~ )( 100

11

UIIJ.OH H

HO -

HO I OUH H Oll H

,ß-D-(+)-Glucose

Se s s e l fo r m

:tH\fi CH.OH H

H ... -

\HO I H

H H CH OH"'-0- (+) -GI uco se

2. Mut aro t a t i on vo n d- D-(+ ) - Glucose ( Versuch 2)

f!S~E!:!l~: Zur Auswertung dieses Versuchs wird eineKurv e , die den zei t lichen Ve r l a uf der Mutarotat ion

darstellt, he rang ez oge n.

ß~!E~~_g~!_e !2j ~~ E!2~!e 21~!1~~~~ !! :

Als Licht quel l e wird das Lampengehäu s e eines Projek-

tors benutzt un d man e r häl t gen ügend monochromati­

sches Li ch t durch Vors c hal ten eines Rot filters.

Vor und hi nte r die Küve tte mi t der ~-D-(+)-Glucose­

lösung bringt man Analysator und Polarisator an.

Am Ende steht e ine Samm el l in s e +10.

Q~!E~f ~~!!:!!:!s:

8e i e ingesetzter leerer Küve t t e wird zun ächst der

Analysator in Nullstellung (0 0) gebra cht. Anschlie­

ße nd wird durch Dr eh ung des Pola r i s a to r s maxim ale

Dunkel heit er ze ugt. Nu n wird eine f ri s ch bereitete

Subs tanz

frisch berei­tete 1(-0-(+)­Glucoselsg.

+ 2N-NaOH

abgele senerWi nke l ""

39

19

gemessener[IIC]

105,3

51,3

t he o r .[ ((J

113

52,7

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, ) .>

- 9 - - 10 -

was awf sterische Einfl üsse zu r ü c k g e f~h rt wird.

l'Iutarotation von d,- und ß-D-(+)-Glucose (--)j

(---) nach Zugabe von 2N- NaOH

HO:H.l-OI-l 0\ 91'1

eH H ~Oll f./

H oH,s-D-(+)-Gl u c o s8(62%); [",1 =+19

./

OCH; Of./ 0H

f./OH H

Oll CH

11 Olf~-O-(+)-Glucose .~

(38 ;':); [IX.] =+1130

CU.l.01-I

\ H b-.-O-HI /~ /Hc CI\OH Hf -c

HO t tI IH OH

D-{+) - Glucose« O,1 %)Aldehydform

--

II{O JOO

ze rr [min.]ADOto

(3 - D- (+)-61 uco.se

'10

I,\\

. ~ - - ... -- - -- ---. -~----~:_-----....• __ a.--- .. - --- _

II

Jo

60

.0

.1.0

Ace

De r graphischen Darstellung ist zu entnehmen, daß

der Dr eh uink e l einer frisch hergestellten Lösung

von~-D-(+)-Glucose bzu. ß-D-(+)- Gl ucose mit fort­

schreitender Zeit abni mmt. Die Anfangsuerte der

optischen Drehung liegen bei + 1 13 0 f ür ~-D-(+)-Glu­

cose bzu. bei +19 0 f ür ~-D-(+)-Gl u cose. Na c h etua

drei Stunden wird ein Endwert von 52,70 erreicht.

Dieser Endwert en tspricht de r spezif i schen Dre hung

des betreffenden Zuckers und ist von der Ko nz e n­

tration una bh ängi g. Die Ge s c hwi ndigk e i t der Einstel­

lung des Gleichgewichts zwischen ~- und ~-D-(+)-Glu­

cose hängt stark von der Temoeratur und vom p H-Wert

der Lösung ab. ~ e ri n g e Me nge n von Alk ali f ühren zum

unmeßbar raschen Ve r l a u f der Mutarotation. Es l äuft

dabei die Rückreaktion der Halbacetal bildung ab.

Auffallend ist, daß der Endwert der spezifischen

Drehung der D- (+ ) - Gl uco s e nicht dem arithmetischen

Mittel der Drehwerte von ~- und ~-D-(+)-Glucose en t­

spricht. In di e s em Fall übe r wi e g t d i e P-u-(+)-Glu­

cose (6 2%) ge gen über der ~D-{+)-Glucose (38%),

Oie Muta r o t a t i o n beruht darauf, daß sich das cycli­

sche Hal bacetal leicht öffnen und wieder schließen

kann. Aus den Haworth'schen Ringformeln wird ersicht­

lich, daß nur in der ~-o-(+)-Glucose zwei OH-G r u pp e n ,

nämlich am C-Atom eins und zwei, benachbart sind

und sich gegenseitig sterisch beeinflussen k ön nen.

Daher ist ihre Bildung bei der Mutarotation energe­

tisch weniger beg ünstigt als die der P- D-(+)-Glucose.

In bezug auf die Substituenten an den C-Atomen 1 und

2 kann die ~-D-(+)-Glucose als eine Art cis-Form

und die,ß-o-(+)-Glucose als trans-Form aufgefaßt

werden.

3. Osazonbildung (Versuch 3)

Oie Umsetzung der Monosaccharide, sowohl der Aldosen

als auch der Ke t o s e n , mi t Phe nylhydrazin ist eine

der wichtigsten Reaktionen in der Zuckerchemie.

In einem SOOml Rundkolben werden 3S0ml aqua dest.,

18g Gl u co s e , 3Sml Ei s e s s i g und 66ml Phe n yl hydrazin

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) ) );

- 11 - - 12 -

)- H 0

2

3)

Osonhydrazon

.z)

Bis heute ist keineswegs sicher, ob der aufgef ührte

Reaktionsweg der richtige ist.

Die meist sehr gut kristallisierenden, gelben Os a zone

stellen ein eusgezeichnetes Mittel dar, um Monosaccha­

ride aus verd ünnten oder unrei nen Lösungen abzuschei ­

den. Zugleich dienen die Osazone zur Identifizierung

einfacher Zucke r (Schmelzpunktbestimmung). Ferner

kann man aus den Osazonen Schlüsse auf die Konfigu­

ration der betreffenden Zucker ziehen; z. 8. geben

die bei den Zucker O-Glucose und O-Mannose, die sich

nur in ihrer Konfiguration am C- 2- At om unterscheiden,

also epimer sind, sowie die O-Fructose das gleiche

Osazon. Si e müssen also in der Konfiguration der

asymmetrischen C-Atome 3,4 und 5 ü b e r ei n s t im ~ e n .

4. Spezifischer Na c hwe i s von O-(+)-Glucose durch

Glucoseoxidase ( GOO) (Versuch 4)

H

t=N-NH-C6HSH-t-OH

A

auf dem Wasserbad erw ärmt.

f!g~~~i~: Na c h eini ger Zeit beginnen s i ch gelbeKristalle abzusche iden und mit der Zeit entsteht

ein dicker, gelber Kristallbrei.De r Ni e de r s chla g kann mit he i ßem Wasser , ewa sche n ,

filtriert und getrocknet werden.

Beim Erhitzen einer Glucoselösung mit übersch üssi­

gem Phenylhydrazin in verdünnt essigsaurer Lösung

fallen kristalline, gelbe Osazone aus.

Hierbei reagiert primär die Carb onylgruppe in nor­

maler Reaktion mit einem Mol Phenylhydrazin zum

Phenylhydrazon; in diesem Falle entsteht aus 0-(+)­Glucose das Glucosephenylhydrazon. In schwach sau­

rer Lösung geht die Reaktion mit überschüssigem

Phenyl hydrazin unter Abscheidung der gelben, in

Wasser schwerlöslichen Osazone und Bildung von Ani­

lin und Ammoniak weiter. Die zwei te Stufe der Osa­

zonbildung wurde von E. Fischer in der Weise gedeu­

tet, daß die der Carbonylgruppe benachbarte Alkohol­

gruppe durch Einwirkung eines zweiten Mols Phenyl­

hydrazin dehydriert wird, wobei intermedi är die

Bildung des Osonhydrazons anzunehmen ist. Die bei­

den dabei frei werdenden H- At ome spalten die Phenyl­

hydrazinmolekel in Anilin und Ammoniak. Im Anschluß

daran kondensiert sich ein drittes Mol Phenylhydra­

zin mit der neu entstandenen Carbonylgruppe zum

Osazo n-Die Osazonbildung der O-(+)-Glucose ist auf eine klei­

ne Menge offenkettiger Verbindung zurückzuf ühren, die

so schnell nachgebildet wird, wie sie verbraucht wird.

Phenylhydrazon SChi mme l pi l ze der Gattungen Aspergillus und Feni ­

cillium besitzen ein Enzym, das die Oxidation von

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- ; ~- ) )

.~---'-

- 14 -

~~~b~~!~_~~!_~!!~~~9_~2~_9!~~2~~2~!~~~~:

In der Bi ochemi e ha ben sich Tetrazoliumsalze als ge­

eignete In di ka t or en f ür den Nachwe i s von wassers tof f­

abspaltenden Enzymen erwiesen. Bei enzym atischer Re­

duktion bilden die Vertreter dieser Verbindungsklasse

intensiv gefärbte Formazane, die in vitra und in

vivo sehr leicht erkennbar sind; in diesem Fall bil­

det sich tiefro tes Triphenylformazan.

j-J

I

N-NH~~ "=/

~[H])o-~c- "N=N-Q

Kat a la s e

N-N-Q

o-~ ! I- 'N~N-o

@ -

.---

- 13 -

ß-o-Glucose katalysiert. Dabei entsteht ß-o-Glucono-

{-lac ton..als primäres O x id_~tJ o n sp ra du k t , das mit ._ ---- .--- ..Hilfe eines weiteren Enzyms, der Gl uconol a c t ona s e ,

unter Wa s s e r a uf nahme zu Gl uconsäur e umgewandelt wird.

Oi e reduzierte Gl ucos eoxi da se wird dur ch Oxida t i on

wieder in de n aktiven Zusta nd übe r füh r t und das

entstehende Wa s s e rst of f pe r oxi d durch das Enzym Kata-

lase zu Wasser und Sauerstoff abgebaut.Glucoseoxidase 1st ein Protein (p) mit F'lavin- adenin- ... '- -<..""'.. _ ..l.­dinucleotld (fAD) als prosthetischer Gruppe; der Auf-bau des Enzyms ka nn daher mit P- FAD beschrieben wer-

den. FAD ist die Wi r kgr upp e vieler Oxidoreduktasen.

Oie reduzierte form von FAO wird mit FAO.H 2 bezeich-

net.

Des Enzym Glucoseoxidase eignet sich wegen seiner

hohen Substratspezifität besonders für diesen Nach-

weis.

PMS

Da Glucoseoxidase jedoch nicht in der La g e ist, Tetra­

zoliumsalze direkt zu reduzieren, muß ein Wasserstoff­

überträger zwischengeschaltet werden. Bei den mei­

sten bi och emi s che n Untersuchungen benutzt man Phe­

nezinmethosulfat (PMS). das folgende Formal besitzt.

'jHJ e

d)) CH1~°1t

~ I ~ ~

~ ~

HO:~CHG OU

CH HHO H

H OH

~ ~:'~ ~HOti H

H otI,ß-o-{+ )-Glucose

( Glucono­lactonase)

CH!oH

+ P-FAD HO+ H20----~) H -D~P-FAO. H2 1ll OH H

H CH

,0l;-:....oH

H-t-OH

HO-~-HI

H-C-OHI

H-C-OHICH 20H

2,3,S-Triphenyltetra­zoliumkation (farblos)

Triphenylformazan(tiefrot)

Insgesamt l äuft folgende Reakt io ns kette ab:ß-O-Glucose ß - O-Glucono- o-Glucon-, -1 ac ton säure

2~~~ P -H :xx):):,:0I I +~~ +~~

~ ~ N ~ 0~ ~ f

P-F AO· H2 P-F AD R~~~::~~'~~~:U'l"~"dU::~,t".~nO-d-lac- te GOOton

Tetrazolium­salz (farb­los)

Formazan(gef3rbt)

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- 15 -

) ) )

- 16 -

spez i fi s ch e Na c hu e i s r e a k t i o n da r .

6ml eine r wä s s r ig en D-F r u c t o s e - bzw. D- Gl u c o s e l ö ­

s ung we rden i n R e a ~ e n z g l ä s e rn mi t je 6ml k o nz . HCl

und 10 Tr opfen Re s o r c i n l ö s u ng ver se t z t. Die Resor­

c i nl ö su ng erh ä lt man, indem 5g Resorcin in 100ml

96%i gem Eth an o l gelöst uerden.

Die Rea genzgl äser mit dem Reak tionsgemisch werden

i n e i nem 8 e ch er]la s mi t Wa sser von 70 0 g e st e ll t .

Der Na ch u e i s ist nur dann für D-Fructose spezif i sch,

wenn Sa l z s ä u r e z ug e g e n i s t , und nur ga nz kur z er­

hitzt wird. Uen n man l ä nger erhitzt oder die Konze n­

tra ti on der Sä u r e üb e r s c h r e i t e t ge b e n a u c h Al do s e n

i n f olge Uml age ru ng die Farbreaktion.

f!g~~~!~ : ~ a ch kurzer Ze i t ist in dem Re agen z glas

mit der D- Fru c t o s el ö s u ng ei ne Rotfärbung z u beoba ch t e n.

Dur ch di e Salzsäure wi rd der D- F r u c t o s e Ua s s e r e nt­

z og en , so daß Ox yme t h y l f u r f u r a l entsteht. Dan ach r e­

agieren z we i Mo l ek ü l e Re s o r cin un t e r Wass e rabso al -

t ung mi t ei nem Mol ekül Oxy met hyl furfur a l u nd bi lden

e i ne n ro te n Fa rb sto ff , der den Fu ch sonde r ivat en zu ­

z uordne n ist.

ß~~s~~~!~~~~g~~~l ö sun g Ca ): 2~ige uäß rige l ö s ung de s Tet razolium s al -

z e s 2,3 ,5-Tri ph e nyl t et razoliumchl o rid ( TTC)

l ö sung (b) : 5 ,Omg GOO und 1, Omg PMS uer den in 30m1

Pho s o ha t pu f f e r , pH 7 , 9 (91 ,S Te i l e

1/1 5 M Na2

HP0 4 ' 2 H20

+ 8 , 5 Teile 1/ 15 M

KH 2P0 4 ) , g e l öst • .

lö s un g (c): J ewe il s 4%ige uä ß r i ge l ö s ung e n de r Zuck er

D-Gl ucose , D- Gal a c tose, D- Fruc to se,

D- I'l a l t o s e .

1ml l ösung ( a), 1, 5ml l ö sung (b) und O, Sml der j e­

ueili gen Zuc ke r lö s ung uerden in ei nem Ze n t r i f uge n­

glas gemis cht und bei 37 0 inkub i ert, da bei di e s er

Temperatur optimale Enzymak t iv i t ät vorhanden ist.

Zu r Kontrolle uird eine Rea ktions l ösung oh ne Su b­

strat ang e se t zt.

f!g~~~!~: Ei ne positi ve Re a k t i o n (Rotfär bu ng) i s t

n a ch ca. 10 Minu t e n nu r bei de r Re a k t i o n s lö s u ng mi t

D-G lucose als Su bs t r a t zu ver ze i c h ne n.

Di e s e spezifi s ch e Na ch we i s r e a k t i o n von D- Gl u c o s e

mit Glu c os eoxida s e hat auch in Fo rm d e s GOD-Schnell ­

te s ts zu r Erkennung vo n Zu ck erk rankh ei t große Be­

deutung er l a ng t. Di e Re a k t i o n s k e t t e i s t hie r jedoch

e t was a bgew a ndelt.

5. Na ch u e i s von D-( - ) -F ructo se na ch SElI WA NOW ( Versuch 5)

D-{-)-Fr uc tose i s t die wi cht i gs te Ke tose , da s ie

wei t ver b reite t in Frü cht en und zu s a mmen mit de r

D- (+ ) -G l uc o s e i m Rohrzucker vor k ommt. D- Fr ucto s e

l ä ßt sich du r c h Na c hwe i s r e a k t i o n e n wie die Fe hli ng

Re a k ti o n un d ä h n l i c h e Re a k t io n e n , die auf der Oxi ­

dierbarkeit von Monosa cc har i den in a l kal i s c h e r l ö-

s u ng beruhen, schlecht vo n D-G l u c os e unt ersc hei den.

8eide Mo no s a c c ha r i de r eduzi eren un te r di e s e n Bedin­

g unge n mit dens e lb e n Zwi s ch enp r od uk t e n .

De r F r u c t o s e na c hwe i s na ch Se l iwano u st el l t b e i Ei n­

h a ltu ng vo n besti mmten R ea ktionsoedingun ~ en ei ne

1) ~H 2DH

C= Q1

HO- C-HI

H-C- OHI

H-C- OHICH20H

D-F r u c t o s e

[ HCl]

~ ~H C- CI 11 11 ? O

HD- C- C C- CI , ./ 'HH 0

5-0xymethy l furfural

Chemie in der Schule: www.chids.de

)

- 17 - - 18 -

, i

2)

H HI I

H C-C H~ + HCl111 11 1'0 0 ff

HO-C-C C-C + 2 2H~ '({ 'H : 2H

20

5-0xymethylfurfural Resorc in

roter Farbstoff

)

I ..

zum Disaccharid ist daher auf zweierlei Weise möglich.Einmal kann der Wasseraustritt zwischen den bei denhalbacetalischen Hydroxylgruppen und zum anderen zwi­

schen einer halbacetalischen und einer alkoholischen

Hydroxylgruppe erfolgen. In Abhängigkeit von diesenVerknüpfungsarten hat man zuischen nicht reduzierendenund reduzierenden Disacchariden zu unterscheiden.

Das Reduktionsvermögen kann mit Hilfe der Fehlingprobe

überprüft werden.

1. Reduzierende Wirkung von Disacchariden (Versuch 6)

In drei Reagenzgläser uerden jeweils wässrige Lö­sungen der Disaccharide Lactose, Maltose und Saccha­rose gegeben. Zu Jeder Lösung gibt man das gleiche

Volumen eines Fehling I,II-Gemisches und stellt dieReagenzgl äser in ein siedendes Wasserbad.

111. Disaccharida

Dia Disaccharide sind kristallina, ~asserlösliche

Zucker. In der Natur kommen nur einige Disaccharidein bedeutendem Umfang vor . Lactose (Milchzucker) fin­det sich in der Milch, Maltose (Malzzucker) in keimen­

dem Samen und Saccharose (Rohrzucker) in Zuckerrübenund Zuckerrohr.Disaccharide entstehen unter Wasseraustritt aus z~ei

Monosacchariden. Bei den in der Ringform vorliegen­

den Monosacchariden hat man grundsätzlich zwischenz~ei funktionell verschiedenen Hydroxyl orupoen zu un­terscheiden, und z~ar den halbacet alischen (in Aldo­

sen am C-Atom 1, in Ketosen am C-Atom 2) und den ~­

koholischen.

alkoholische OH-Gruppehalbacetalische "

oOie glykosidische Verknüpfung zweier Monosacchari de

f!g~~~!~: Na ch kurzer Zeit f ällt bei den Disaccha­riden lactose und Maltose zuerst gelbes, wasserhal­

tiges Kupfer-(I)- oxid aus, das bei weiterem Er­wärmen in rotes wasserfreies Kupfer-(I)-oxid über­geht. Im Reagenzglas mit der Saccheroselösung istkeine solche Reaktion zu beobachten.

B!!!!g!!~~l~~~~g!!~.:.

Fehling I : 7g kristallisiertes Kupfersulfat in100ml aqua desto

Fehling 11: 37g Seignettesalz (Kaliumnatriumtartrat),1Dg festes Natriumhydroxyd in 100mlaqua desto

Gibt man gleiche Volumina Fehling I und 11 zusammen,

so entsteht ein Kupfer-Tartrat-Komplex, durch dendie Cu2+-Konzentration niedrig gehalten ~ird, da-

mit kein Cu(OH)2 ausfällt. Oie Komplexierung mittelsTartrat wird nach Pfeifer folgendermaßen beschrieben.

6-coo

~ Ic---o O---CH

I ,, -- "­He- 0 - - - -u- --o--eH

-, /" /H c--o 0---(I ~Coo' 0Chemie in der Schule: www.chids.de

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)

- 20 -

Aus dem Versuchsergebnis ist zu erkennen, daß bei

den Disacchariden Lactose und Ma l t os e die Möglich­

keit der Ringbildung und Aus bi l dung einer Aldehyd­

gruope besteht. Die Al deh ydgr uoo e ist zwar ~ur zu

einem geringen Prozentsatz vorhanden, wird jedoch bei

der Reaktion mit Fehling's Reagenz laufend nachge­

bildet. Bei dieser Reaktion wird die Aldehydgruppe

zur Carboxylgruppe oxidiert und die Cu2+-Ionen zu

Cu20 reduziert.

E!!~~H2D:

1'0CI'HR

2 ",,0+ 2 Cu +--~) C + Cu20

r"OH

, -

H OH

HALTOSE

Q~.o~ 0 H

- SACCHARoSEH OH (JI"oH

01/ H

Es muß hizugef ügt werden, daß oei der Fehling-Reak­

tion das eigentliche Reduktionsvermögen der Zucker

von Endiolationen abh ängt, die im alkalischen ~e­

dium als Zwischenprodukte auftreten. Außerdem bil­den sich im alkalischen Milieu noch andere Zwischen­

produkte, die vor allem im Zuge der Triosespaltung

entstehen. Hierbei sei besonders auf das, bei Abbau­

reaktionen von Zuckern entstehende, stark reduzieren­

de Triosereduktonat hingewiesen.

Betrachtet man die Konstitutionsformeln des Lactose­

und Maltosemolek üls, 50 ist zu erkennen, daß oeide

Moleküle eine Gruppe aufweisen, die Reduktionswir­

kung besitzt. Lactose setzt sich aus den Monosaccha­

riden D-Galactose und D-Glucose zusammen. Die re­

duzierende Gruppe liegt im Glucoserest vor. Oie Gly­

cosidbindung zur Glucose greift am C-4-Atom a n.

Maltose ist aus zwei Glucosemolekülen aufgebaut, wo­

von ei nes reduzierend wirkt.

Im Gegensatz dazu besitzt Saccharose keine reduzieren­de Einheit. Saccharose baut sich aus einem Molekül

Glucose und einem Molekül Fructose auf. Dabei sind

die f ür die Reduktionswirkung zust ändigen Gruppie­

rungen (halbacetalische OH-Gruppen) miteinander ver-k ono e l t ,

/Hf---'O

H-C-OHI

HO-C-HI

H-C- OHI

H-C-OHICH

20H

OFFEIJE FORM

'.

H-C-O:­~_O;liI

HO-C-HI

H-C-OHI

H-C-OHICH20H

ENDIOLAT-ANIDN

TRI OSEREDUKTDNATChemie in der Schule: www.chids.de