Получение слизевой кислоты

Материалы и оборудование: лактоза, дистиллированная вода, концентрированная азотная кислота, стаканы, пипетки, резиновые груши, фарфоровые чашки, спиртовки, пробиркодержатели, водяные бани, колба Бюхнера, водоструйный насос, бумажные фильтры.

ХОД ОПЫТА

При работе с кристаллической лактозой растворяют 0,5 г в 4 мл воды. К раствору добавляют 3 мл концентрированной азотной кислоты. Смесь выпаривают в чашке в вытяжном шкафу, нагревая сначала пламенем спиртовки, до небольшого объема, затем на водяной банепочти досуха. Охладив чашку, отделяют кристаллы слизевой кислоты.

Слизевая кислота выделяется в виде белого мелкокристалли­ческого осадка на дне чашки; его отсасывают на воронке со стеклянным вкладышем, промывают холодной водой и сушат.

Лактозу можно заменить галактозой; в этом случае выход слизевой кислоты удваивается.

Для очистки слизевую кислоту растворяют в небольшом объеме разбавленного раствора щелочи и снова осаждают, под­кисляя раствор разбавленной серной кислотой.

ОБЪЯСНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Молоко содержит около 4 - 5% молочного сахара - лактозы С₁₂Н₂₂О₁₁, кото­рая представляет собой биозу, состоящую из остатков галактозы и глюкозы.

Лактоза имеет свободный глюкозидный гидроксил и поэтому восстанавливает со­ли двухвалентной меди в щелочном растворе.

При подкислении молока уксусной кислотой большая часть белков выпадает в осадок; последующее добавление азотной кислоты и нагревание приводят к полному выделению белков. При дальнейшем нагревании сильнокислой жидкости лактоза гидролизуется, образуя два моносахарида - глюкозу и галактозу. В ре­зультате выпаривания воды концентрация азотной кислоты в смеси повышается и начинается окисление моносахаридов азотной кислотой сначала до однооснов­ных кислот СН₂ОН(СНОН)₄СООН — глюконовой и галактоновой, а затем до двухосновных кислот НООС(СНОН)₄СООН - соответственно сахарной и слизевой.

В отличие от других продуктов окисления сахаров слизевая кислота мало­растворима в воде (0,3 вес. ч. в 100 объемах холодной воды и 1,7 вес. ч. в 100 объемах горячей воды). Поэтому образование легко выделяемой слизевой кислоты указывает на наличие в окисляемой смеси именно галактозы, а следова­тельно, и лактозы. Этим путем можно обнаружить присутствие в растворе галак­тозы даже при содержании ее в воде 1: 1000.

При медленном охлаждении разбавленных растворов слизевой кислоты она выделяется в виде красивых игольчатых кристаллов.

Симметрия пространственной структуры слизевой кислоты обусловливает от­сутствие оптической деятельности в результате внутренней компенсации.

РЕАКЦИИ КРАХМАЛА

Материалы и оборудование: крахмал, дистиллированная вода, 2,5% спиртовой раствор йода, 96% этиловый спирт, 0,1н раствор NaOH, 4% раствор сульфата меди, стаканы, электроплитки, технические весы, пипетки, резиновые груши, спиртовки, пробиркодержатели, водяные бани.

ХОД ОПЫТА

Около 1 г сухого крахмала взбалтывают с 6 мл воды, дают смеси отстояться 2 мин, сливают воду и повторяют промыва­ние крахмала еще 2 раза новыми порциями воды. Добавив последнюю порцию воды и хорошо взболтав смесь, выливают суспензию крахмала в 50 мл воды, нагретой до кипения в стака­не. Образуется почти прозрачный, слегка опалесцирующий крахмальный клейстер.

Охлаждают раствор и проводят с ним следующие реакции.

А. К 1 - 2 мл раствора крахмала добавляют каплю раствора йода. Полученную темно-синюю жидкость нагревают. Окраска исчезает, но при охлаждении снова появляется.

Б. Другую пробу раствора крахмала (1 мл) смешивают с 1 мл спирта и добавляют йод. Появляется лишь слабое буро­ватое окрашивание.

В. К 1 мл крахмального клейстера добавляю15-20 капель 0,1н раствора NaOH нагревают смесь до кипения; жидкость не обнаруживает изменений или лишь слегка желтеет.

Г. К 1 мл клейстера добавляют 15-20 капель 0,1н раствора NaOH, 4 капли раствора сульфата меди и нагревают смесь на кипящей воде 3 мин. Раствор остается почти бесцветным; голубые хлопья нерастворившейся гидроокиси меди при нагревании чернеют, красного или желтого осадка не образуется.

ОБЪЯСНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Обычный растительный крахмал содержит два полисахарида - амилозу и амилопектин, молекулы которых построены из остатков дисахарида мальтозы. Вамилозе остатки мальтозы соединены в виде цепочки, а в амилопектине они расположены более сложно. Часть гидроксильных групп в молекуле амилопектина этерифицирована фосфорной кислотой.

В крахмале большинства растений амилопектина значительно больше, чем амилозы. Амилопектин имеет молекулярную массу свыше 1 000 000, а амилоза - не выше 200 000. В холодной воде крахмал практически нерастворим, в горячей воде образует коллоидный раствор - клейстер. При хранении крахмальный клейстер портится из-за размножения в нем микроорганизмов; порчу клейстера легко предотвратить, добавляя к нему следы соли ртути или серебра.

При действии йода амилоза окрашивается в чисто-синий цвет, а амилопектин - в сине-фиолетовый. Причиной появления окраски следует считать образование молекулярных соединений йода с амилозой и амилопектином. В амилозе цепь циклических остатков глюкозы расположена в пространстве спирально и молекулы йода размещаются в полости цилиндра в соотношении: одна молекула йода на один остаток глюкозы. Образовавшееся соединение включения («клатрат») имеет общий состав С₆Н₁₀О₅∙I₂. Одновременно амилопектин адсорбирует йод. Обесцвечивание комплекса при нагревании и в присутствии спирта во многих случаях затрудняет применение крахмала в качестве индикатора при иодометрическом титровании. Реакция с йодом (Готье,1814 г.) позволяет обнаружить уже 0,01—0,05 мг крахмала в 1 мл раствора. Бром дает с крахмалом лишь слабо-желтое окрашивание. В очень длинных цепеобразных молекулах амилозы и амилопектина свободные глюкозидные гидроксильные группы расположены лишь на концах цепи, т. е. число их в молекуле очень мало, поэтому крахмал не дает достаточно четких реакций ни со щелочью, ни с солями меди. Технический крахмал часто содержит растворимые примеси, осмоляемые щелочами и восстанавливающие двухвалентную медь. Поэтому для большей четкости опытов В и Г крахмал до приготовления клейстера освобождают от примесей, промывая его водой.