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PROPIEDADES DE LOS CARBOHIDRATOS
Oscar Antonio Acosta1 – Juan José Cruz2 – Jimmy Albert Bent3
[email protected], [email protected], [email protected]
Laboratorio de Química OrgánicaFacultad de Ciencias Naturales y Exactas - Universidad del Valle
RESUMEN: La práctica de laboratorio tuvo como objetivo general identificar sustancias por medio de reacciones cualitativas los carbohidratos, como la prueba de Molish así poder diferenciar aldosas de cetosas, hexosas de pentosas, azucares reductores y no reductores entre otras. Usando diferentes reactivos como el de Fehling, se identifico el comportamiento de los carbohidratos en contraste con otras molécula._______________________________________________________________
DATOS:
Los carbohidratos o sacáridos son las moléculas biológicas más abundantes. Contienen solo tres elementos: Carbono, Oxigeno, Hidrogeno. Las unidades básicas de los carbohidratos se llaman monosacáridos.Hay numerosos tipos de monosacáridos cada uno difiere en el número de átomos de carbono y la ubicación de los átomos de O y H unidos a esos carbonos.
Los carbohidratos se presentan en forma de azucares, almidones, fibras y además de su importante uso industrial, son unos de los tres principales macronutrientes que aportan energía al cuerpo humano.(1)
La primera Reacción general de los carbohidratos con α-naftol, se denomina prueba de Molish, se usa para reconocimiento general de carbohidratos en el que los polisacáridos y disacáridos se hidrolizan con ácido sulfúrico concentrado hasta monosacáridos y se convierten en derivados del furfural o 5-hidroximetil furfural los cuales reaccionan con α-
naftol formando un color púrpura violeta.
Prueba de Molish1.1 g glucosa
1.1 g sacarosa
1.1 g suspensión almidón
- 2 ml H2OIncoloro- 3 gotas ᾳ naftol en alcohol 10%Café oscuro
Agitar 1 ml de HCLForman un precipitado
morado
pardo café
El reactivo de Fehling, es una solución que se utiliza como reactivo para la determinación de azúcares reductores.Los azúcares reductores son aquellos azúcares que poseen su grupo carbonilo intacto, y que a través del mismo pueden reaccionar con otras moléculas.Se obtuvo de la mezcla uniforme del tipo A y B, Es de color índigo, cuando reacciona con soluciones acuosas de glucosa, lactosa y maltosa se observan soluciones de color azul claro, luego, al calentarse empieza a aparecer un color naranja en la parte superior de la solución, hasta que toda la solución toma esta coloración.
Para la reacción de los monosacáridos con ácidos minerales, mezcló D-ribosa con ácido clorhídrico concentrado y se observó una solución de tonalidad amarilla muy tenue, al someter esta solución a calentamiento para deshidratar la muestra, se observó la formación de burbujas y un cambio de coloración, hacia un amarillo más intenso, luego marrón y finalmente verde oscuro, al agregar la anilina se observó una coloración vino tinto, la solución final fue de coloración marrón-oscuro.
Para la Hidrólisis (inversión) de la sacarosa, se mezclo 4 ml de solución de sacarosa al 12% y 7 gotas de ácido sulfúrico y se dejó hervir, esta solución incolora se dividió en dos porciones:
1 Se Basificó con NaOH
Se calentó
Color azul oscuro
Color Pardo
2 SeliwanO
ff
Se adicionan 5 gotas HCl
concentrado
+ cristales de
resorcinol
incoloro Pardo - rojo
En la realización de la reacción cualitativa de la sacarosa se adicionó 5 gotas de solución de sulfato de cobalto
(color azul rey) a 2 ml de solución acuosa de sacarosa, la solución resultante fue de color rosada, a esta se le adicionó un exceso de hidróxido de sodio, así se obtuvo una coloración resultante azul-violeta.
La Reacción cualitativa con el almidón. Consiste en crear pegante de almidón, calentando un gramo de almidón en 5 ml agua, luego llevarlo a ebullición en un vaso con 50 ml de agua, se realizaron las siguientes pruebas:
I. Se adicionó 2 gotas de solución de yodo en ioduro de potasio a 5 ml del pegante, la solución tomó una coloración azul oscura y después del calentamiento se observó una intensificación del color que tiende a oscurecerse.
II. Se adicionó 0.5 ml de reactivo de Fehling a un poco de pegante y se calentó hasta ebullición, la solución fue de color amarillo-café con un precipitado rojo. No se observó ningún cambio en la solución después del calentamiento.
III. Se mezcla un poco de pegante de almidón con solución concentrada de Ba(OH)2. En este momento la solución tiene un color transparente, al poner a hervir la solución toma un color amarillento.
IV. Esta vez el pegante se mezcló con saliva, se adicionó solución de yodo-ioduro de potasio y se obtuvo una solución de color azul intenso, después de un tiempo se observó una capa de color amarillo en la superficie de esta.
Rxs Fehling:
1.5 ml DE SOLUCIÓN
Glucosa Sacarosa
Lactosa
Maltosa
1 ml de HCL
Tendencia azul
calentar al baño maria
Naranja +
precip.
Inmutable
Pardo +
precip
Naranja claro + precip.
La textura de la muestra se vuelve una gel.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS:
1. PRUEBA DE MOLISH
Un carbohidrato monosacárido al reaccionar con un alcohol en medio ácido produce un glucósido o acetal, esto es lo que ocurre con la glucosa y el α-naftol en H2SO4, en la que se forma un enlace entre el carbono anomérico de la glucosa y el grupo hidroxilo del alcohol produciendo así el β-glucopiranósido de naftilo en mayor proporción y el α-glucopiranósido en menor cantidad. La reacción positiva de la glucosa se evidenció por las dos fases que se formaron, la de arriba correspondiente a la glucosa con α-naftol y la de abajo al ácido sulfúrico, entre estas dos se debió formar otra transparentosa la cual es el glucósido.
Por el contrario con la sacarosa no se observó el color violeta, ya que no hay reacción con el α-naftol, debido a que este disacárido solo tiene carbonos acetálicos, puesto que los carbonos anoméricos de la glucosa y la fructosa están involucrados en el enlace glucosídico, por tanto esta no puede estar en equilibrio con la forma
aldehídica o cetónica, respectivamente, siendo imposible la reacción, para hacerla viable habría que hidrolizar y obtener sus dos monómeros mencionados.
Con el almidón la solución se tornó de un violeta más claro que con la glucosa, así que hubo reacción pero menos fuerte. El almidón es un polisacárido que en solución caliente está compuesto por amilosa y amilopectina, formadas por enlaces acetales 1,4- α-D glucosa, y gracias a que la amilopectina tiene ramificaciones, posee glucosas terminales, con enlaces hemiacetálicos, que pueden enlazarse al α-naftol.
2. REACCIÓN CON REACTIVO DE FEHLING
En un primer momento al haber agregado el reactivo de fheling A y fheling B al tubo de ensayo estos mostraron una coloración azul, pero
luego de adicionar el carbohidrato y colocar a baño maría, tomaron un coloración rojiza en el fondo del recipiente demostrando que la sal cúprica se redujo a una sal cuprosa en este caso el oxido cuproso. Esta prueba solo dio positiva para la glucosa, la lactosa, la maltosa y por el contrario la sacarosa dio negativa. La glucosa da positiva porque el OH del carbono carbonilo esta libre, por lo que reacciona con el sulfato de cobre del Fehling (azul y soluble) reduciéndolo a óxido de cobre (rojo anaranjado y menos soluble).
La lactosa da positiva porque el OH del carbono carbonilo (que no participa en el enlace o-glucosídico) está libre, al igual que en la glucosa.
La sacarosa por su parte, da negativa porque, en este disacárido, ambos grupos OH de los carbonos carbonilos participan en el enlace o-glucosídico.
La influencia de los grupos aldehídicos potenciales muestran la característica principal de las azucares reductores, por ende en la sacarosa que es un disacárido formado por glucosa (en forma piranósica) y fructosa (en forma de furanosa) el grupo aldehido potencial de la glucopiranosa se bloquea precisamente con el grupo cetónico potencial de la fructopiranosa, el resultado final es que quedan bloqueados los dos grupos y la sacarosa e una azúcar no reductor. La prueba de fehling es utilizada para la determinación de la presencia de los grupos aldehídos cuya ecuación general está determinada por la reacción:
RCH=O+Cu2+¿OH
→
−¿ RCOO−¿+Cu2 O↓¿ ¿¿
El reactivo de Fehling A esta compuesto por sulfato de cobre cristalizado y agua destilada y el reactivo Fehling B está compuesto por la sal de Seignette (tartrato mixto de potasio y sodio), solución de hidróxido de sodio y agua que en unión dan el Cupritartatro de sodio encargado de oxidar el grupo aldehído a la sal del acido carboxílico.
A continuación se representan las reacciones llevadas a cabo:
3. REACCIÓN DE LOS MONOSACÁRIDOS CON ÁCIDOS MINERALES
La reacción de la D-ribosa (monosacáridos de 5 carbonos) con acido clorhídrico concentrado produce
el furfural por deshidratación de la molécula en cuestión. El furfural obtenido posteriormente reacciono con la anilina en presencia del anhídrido acético como agente deshidratante produciendo la osazona por perdida de agua, este compuesto se encuentra en alta estabilidad por la conjugación presentada entre el doble enlace del carbono carbonilico y el benceno proveniente de la anilina. Esta reacción es caracteristica de carbohidratos con compuestos carbonilicos como aldehidos y cetonas, donde por deshidratación del monosacarido por medio de un acido concentrado produce el fufural. Es importante aclarar que los monosacáridos no presentan esta clase de reacción cuando se adiciona ácidos diluidos, cabe destacar la relativa estabilidad de estos compuestos en dichos ácidos.
4. HIDRÓLISIS DE LA SACAROSA:
Al tratar la sacarosa con ácido sulfúrico se rompe el enlace glucosídico obteniéndose la glucosa y la fructosa. Para comprobar la realización de la hidrólisis, se hace la prueba de fehling la cual da positiva por el carácter reductor del grupo aldehído de la glucosa y del grupo cetónico de la fructosa, los cuales se oxidan a ácido
carboxílico y por ende reducen el Cu2+ a Cu+1, dando un color amarillo opaco.
También se realizó la prueba de seliwanoff, en la cual se hacen reaccionar cristales de resorcinol con el producto de la hidrólisis, con esta prueba se busca detectar presencia de cetosas, en este caso fructosa, así que se observa el color rojo cristalino por el complejo que resorcinol-fructosa que se forma.
5. REACCIÓN CUALITATIVA DE LA SACAROSA
El sulfato de cobre en solución se disocia en sus iones Co2+ y SO4=, en solución, se tiene sacarosa la cual tiene grupos OH- que pueden aportar pares de electrones libres para coordinar al metal solución, formando un complejo coloreado, en el cual el contraion es el sulfato. Inmediatamente se adicionó hidróxido de sodio, la solución cambio de color, esto se debió a que el contraion sulfato es cambiado por el grupo –OH- el cual hace que el complejo cambie ligeramente de color.
El complejo formado por la reacción de la sacarosa y el sulfato de cobalto se muestra a continuación:
Complejo Sacarosa-Cobalto.
En los oxígenos que participan en la coordinación del cobalto, son aquellos que se encuentran menos impedidos, es decir, esta aproximación se realiza, porque la sacarosa tiene muchos grupos OH- en la molécula y no se sabe por cuál de ellos se lleva a cabo la unión, se intuye que la unión que devenga menor gasto energético es la explicada.
6. REACCIÓN CUALITATIVA CON EL ALMIDÓN
Para las reacciones cualitativas del almidón, se preparo una suspensión la cual se calentó para formar una solución casi transparente la cual se sometió a 4 experimentos, el almidón está constituido en su gran mayoría de amilopectina y amilosa, estructuras que se muestran a continuación:
Estructura de la amilopectina.
Estructura de la amilosa
En la primera reacción cualitativa del almidón, se estudió el comportamiento frente a la adición de solución de Ioduro en Ioduro de Potasio, se produjo una solución azul oscura, por lo cual se dice que hubo un cambio, este cambio se debe a la formación de un complejo entre la amilosa y el iodo gracias al plegamiento helicoidal de la amilosa que permite una interacción física entre el iodo y la amilosa en los intersticios del polisacárido.
Reactivo de fehling: la formación de precipitado evidencia el carácter reductor del almidón, efectuado por las ramificaciones de amilopectina que poseen la unidad de glucosa libre.
La reacción con hidróxido de bario no se pudo realizar por cuestiones de tiempo pero lo que se pudo investigar la reacción si debería dejar en evidencia la presencia de grupos OH- en el polisacárido. Cuando se adiciona el
hidróxido, se tenía que formar un sólido en suspensión de color blanco, este sólido corresponde a una especie de complejo formado entre el bario el almidón. A lo largo del polisacárido, cationes bario se acomodan cerca a los oxígenos con δ-, mediante interacción electrostática para formar el sólido blanco observado.
La reacción del almidón con la saliva, produce la hidrólisis del almidón gracias a la enzima ptialina que es responsable de dividir las uniones α-1,4 formando el disacárido, maltosa, dextrina y maltotriosa. Ninguno de los productos de la hidrólisis da positiva la prueba con iodo, pues lo que permite que de positiva esta prueba es la interacción entre el polisacárido y el iydo.
CONCLUSIONES
En la prueba de Molish el cambio de coloración violeta demuestra positivo para monosacáridos en donde la unión con el α-naftol es donde realmente se da el cambio de coloración al reaccionar con el derivado furfurilico producido por la acción del ácido sulfúrico el cual deshidrata al monosacárido.
La prueba de Fehling, es positiva para carbohidratos de tipo aldosa, ya que el buen carácter reductor del grupo carbonilo es quien permite la reducción del ion cobre (II).
La prueba de seliwanoff fue posible para carbohidratos de tipo
cetosa, ya que al ser tratados con ácido se formó el furfural que se condensa con anillos, como el resorcinol.
En general las pruebas cualitativas sirven para la determinación del tipo de carbohidrato mediante el estudio de cada reacción y su comportamiento frente a diferentes reactivos, teniendo en cuenta los grupos funcionales presentes en el carbohidrato.
Los polisacáridos, se caracterizan por enlaces glucosidicos, los cuales para ser caracterizados, se necesitó la hidrólisis ácida para estudiar el comportamiento del monosacáridos que lo componen.
El almidón el cual está constituido mayoritariamente por amilosa y amilopectina, se caracterizó por prueba con iodo, la cual formó un complejo que permitió comprobar la existencia de los polisacáridos.
SOLUCIÓN AL CUESTIONARIO.
1. Dibuje las estructuras simplificadas de cadena abierta para todas las aldosas y cetosas posibles hasta de 4 átomos de carbono, y dé los nombre IUPAC y los triviales para cada uno.
2. Defina brevemente los términos “mutarrotación” y “epimerización”.
Mutarrotación.
La representación de la glucosa en proyecciones lineales como la de Fischer no explica todas las características químicas de la glucosa. En primer lugar, la glucosa no da todas las reacciones propias de los aldehídos, y en segundo lugar, las disoluciones de D-glucosa presentan el fenómeno llamado mutarrotación.
La mutarrotación consiste en la variación del ángulo de la desviación de la luz polarizada de los carbohidratos en soluciones acuosas, hasta alcanzar el valor del equilibrio.
Al disolver cristales de D-(+)-glucosa ordinaria, de p.f. 146º en agua,
disminuye gradualmente su rotación específica de +112º iniciales hasta +52.7º. Por otra parte, al disolver cristales de D-(+)-glucosa de p.f. 150º (obtenida por cristalización a temperaturas superiores a 98ºC) en agua, aumenta gradualmente la rotación específica de +19º iniciales hasta +52.7º. La rotación específica más positiva se llama α-D-(+)-glucosa, y la de rotación inferior, β-D-(+)-glucosa.
Epimerización.
La enolización de una aldosa modifica la estereoquímica en el C-2. Este proceso se denomina epimerización. Los diasteroisómeros que difieren en la estereoquímica e uno solo de sus centros estereogénicos se denominan epímeros.
D-Glucosa y D-Manosa, por ejemplo son epímeros.
Este equilibrio puede ser catalizado por hidróxido
3. Escriba los nombres y estructuras de los productos obtenidos mediante la
reacción de: a) D-fructosa y b) D-manosa con los siguientes reactivos:
Fenilhidracina
HNO3, NaNO2 a 0ºC
HCN
El HCN es un ácido débil, por lo tanto su reacción se debe realizar a un pH moderadamente ácido, en un pH de 9 no hay reacción.
Br2, H2O
HIO4
CH3COCH3 (H2SO4)
4. Describa una experiencia para determinar el almidón en la papa y en el trigo.
Una técnica muy sencilla que nos permite detectar el almidón en distintos tipos de alimentos, consiste en
el aprovechamiento de la propiedad que tiene el almidón de reaccionar con el yodo tomando un color azul oscuro o violeta. Normalmente, para esta reacción se utiliza un reactivo de laboratorio que recibe el nombre de lugol (disolución de yodo, al 5 %, y yoduro de potasio, al 10%, en agua).
Pero también podemos desarrollar esta técnica en casa a partir de los productos farmacéuticos yodados que se utilizan habitualmente para tratar las heridas. Tradicionalmente se ha utilizado la tintura de yodo.
En primer lugar hay que preparar el reactivo que vamos a utilizar y para ello es necesario diluir la tintura de yodo en agua, se mezcla 1 gota de la tintura con 10 gotas de agua.
En un plato se ponen pequeñas cantidades de los alimentos: el trigo y la papa y se añade una gota del reactivo a cada muestra. Se observa cómo poco a poco aparece el color azul oscuro característico de la reacción del yodo con el almidón.
5. ¿Cuáles carbohidratos dan positiva la prueba del espejo de plata?
La prueba del espejo de plata o prueba de Tollens consiste en la reacción en medio básico de un aldehído y una solución que contenga el ión diaminaplata Ag(NH3)2
+. La oxidación del aldehído se acompaña por reducción del ión plata a plata elemetal
(en forma de espejo), la reacción que se presenta se muestra en el esquema.
RCHO+Ag (NH 3 )2+→RCOO−+Ag
Los carbohidratos que reducen el reactivo de Tollens se conocen como azúcares reductores. Todos los monosacárido, sean aldosas (como la glucosa o la manosa) o cetosas (como la fructosa), son azúcares reductores como lo son también la mayoría de los disacáridos, siendo una excepción importante la sacarosa, que no es reductora.
6. Escriba las fórmulas cíclicas de la glucosa, la fructuosa, la sacarosa y la lactosa.
BIBLIOGRAFÍA:
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