Моносахариды

Наиболее важными в физиологическом отношении из простых сахаров - моносахаридов – являются гексозы. Среди них глюкоза (виноградный сахар, декстроза) и фруктоза (плодовый сахар, левулоза); из пентоз – рибоза и дезоксирибоза.

Свойства углеводов зависят от их строения, т.е. общие свойства моносахаридов связаны с наличием в их молекуле спиртовых и альдегидных групп. Как спирты они образуют алкоголяты. Как альдегиды они способны к окислительно-восстановительным реакциям.

Лабораторная работа № 1

Методы количественного определения сахаров

1. Метод Фелинга

Метод основан на принципе пробы Троммера. Благодаря добавлению сегнетовой соли обеспечивается удержание в растворе гидроокиси меди в виде комплексного соединения. Вследствие этого раствор делается более удобным для количественного определения.

Оборудование и реактивы. Фарфоровая чашка. Пипетка на 10 мл. Цилиндр на 50 мл. Железный штатив с кольцом и бюреткой. Реактив Фелинга. Раствор сахара, концентрация от 0,5 до 1%.

Ход работы

В небольшую фарфоровую чашку пипеткой отмеряют 10 мл реактива Фелинга и цилиндром — 40 мл дистиллированной воды. Чашку ставят на кольцо, укрепленное на железном штативе. Снизу помещают горелку и нагревают жидкость до кипения. Над чашкой укрепляется бюретка. Как только жидкость в чашке начнет кипеть, из бюретки каплями приливают раствор сахара (или другой жидкости, исследуемой на сахар), все время помешивая. При титровании необходимо, чтобы кипение жидкости не прекращалось. Титрование продолжают до тех пор, пока жидкость над образовавшимся красным осадком Cu₂О станет бесцветной (но не желтой). Содержание сахара в исследуемом растворе должно быть приблизительно 0,5% и не больше 1%.

Затраченное для достижения этого момента количество испытуемого раствора содержит 0,05 г глюкозы. Этот метод является быстрым в выполнении, но не очень точным. Так как один миллиметр раствора Фелинга восстанавливает 0,005 г глюкозы, то на восстановление 10 мл раствора необходимо 0,05 г глюкозы. Значит это количество глюкозы будет заключаться в истраченном количестве кубических сантиметров испытуемой жидкости.

Пример расчета

На восстановление 10 мл раствора Фелинга истрачено 6,5 мл испытуемой жидкости. Это значит, что 6,5 мл этой жидкости содержат 0,05 г глюкозы. Отсюда вычисляют процент глюкозы в исследуемом растворе:

0,05* 100/6,5=0,77 %

2. Количественное определение сахара при помощи красной кровяной соли

(йодометрический метод)

При определении количества сахара в растворе с помощью красной кровяной соли следует помнить, что калий железосинеродистый - окислитель. Используемые растворы - сульфат цинка, 9% раствор уксусной кислоты, раствор KJ, который на свету выделяет свободный йод, ядовиты, поэтому обращаться с ними строго по инструкции.

Общие понятия.

Метод основан на окислении сахаров в щелочной среде железосинеродистым калием (красная кровяная соль). Раствор железосинеродистого калия готовят в воде с добавлением углекис­лого натрия и тем самым создается щелочная среда.

Реакция протекает по схеме:

продукты

K₃[Fe(CN)₆] + сахар —K₄[Fe(CN)₆] + окисления + К₃[Fe(CN)₆]

с избытком сахара остаток

красная желтая кровяная

кровь соль соль

Железосинеродистый калий восстанавливается до железистосинеродистого калия (желтой кровяной соли), сахар окисляет­ся. В щелочной среде сахара претерпевают ряд химических прев­ращений, получаются многочисленные продукты превращения cаха­ров и их продукты окисления, среди которых находятся гексоновые, пептоновые, тетроновые кислоты и ряд других продуктов окисления. Красная кровяная соль берется с избытком. Часть красной кровяной соли, вступившая в окислительно-восстанови­тельный процесс с сахаром, восстановится до желтой кровяной соли. Остаток красной кровяной соли, не вступившей в реакцию с сахаром, окисляет йодистый водород по схеме:

2 K₃[Fe(CN)₆] +2 КJ → 2 K₄[Fe(CN)₆] + J₂

Количество вытесненного йода эквивалентно красной кро­вяной соли. Чтобы сделать реакцию необратимой, необходимо вывести из реакции вновь образующийся железистосинеродистый калий (желтую кровяную соль).

Для этого прибавляется соль цинка, которая образует с желтой кровяной солью осадок:

2 K₄[Fe(CN)₆] + 3 ZnSO₄ = ↓K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂ + 3K₄SO₄

Затем выделившийся йод можно количественно определить, используя метод йодометрического титрования, при котором йод определя­ется титрованием 0,1N раствором серноватистокислого натрия (тиосульфита, гипосульфита) в присутствии крахмала - индикатора.

2 Na₂S₂O₃ + J₂→2 NaJ + Na₂S₄O₆

_{тетратионат натрия}

Таким образом, количество красной кровяной соли, пошедшей на окисление углевода, определяют по разнице между добавленной с избытком K₃[Fe(CN)₆] и остатком этой соли, определенной титрованием.

Оборудование и реактивы. Колбы конические на 100мл, пипетки, бюретки, 0,1N раствор K₃[Fe(CN)₆], ZnSO₄+NaCl, 25% водный р-р КJ, 9% СН₃СООН, 1% раствор крахмала, гипосульфит натрия 0,1N р-р.

Ход работы

1 или 2 мл (в зависимости от индивидуального задания) пробы, содержащей сахар, помещается в коническую колбу на 100 мл, добавляется 19 или 18 мл дистиллированной воды и 5 мл 0,1N раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆]. Параллельно ставится контрольный опыт (холостая проба), для этого во вторую коническую колбу на 100 мл помещают 20 мл дистиллированной воды, в нее добавляют все реактивы в тех же количествах и в той же последовательности, что и в рабочую пробу. Рабочая и контрольная пробы помещаются в кипящую водяную баню на 20 минут для проведения окисления. По окончании нагревания обе колбы охлаждаются на воздухе. Затем в каждую колбу добавляют по 4 мл раствора соли цинка (ZnSO₄+NaCl), 1 мл 25% раствора йодистого калия КJ, 5 мл 9% уксусной кислоты СН₃СООН и 1 мл 1% раствора крахмала. Через 1-2 минуты производится титрование выде­лившегося йода в обеих колбах гипосульфитом до исчезновения фиолетовой окраски.

Пример расчета.

Если на контрольный опыт пошло А мл гипосульфита, а на исследуемый (рабочая проба) - В мл, то остаток (избыток) красной кровяной соли, не вошедший в реакцию с сахаром, определяется из соотношения:

= , где

5 – количество мл красной кровяной соли, взятой с избытком на реакцию с сахаром;

А - количество мл гипосульфита, пошедшее на титрование контрольной (холостой) пробы;

В - количество мл гипосульфита, пошедшего на титрование рабочей (исследуемой) пробы;

К - поправочный коэффициент точности приготовления 0,1N раствора гипосульфита;

X - избыток красной кровяной соли, не вошедшей в реакцию с сахаром.

На реакцию с сахаром расходуется (5-X)=Y мл красной кровяной соли. По таблице определяют, какое количество сахара в мг соответствует Y - мл красной кровяной соли, затем производим пересчет в %.

Пример расчета:

А=4,8мл

В=3,2мл

По таблице 1 находим: по вертикали единицу (целое число), а по горизонтали семь (десятые). Количество сахара 4,50 мг или 0,00459 грамм.

Составляем пропорцию:

0,00459 г сахара – 2 г раствора,

Z г (или %) – 100 г раствора

сахара в исследуемом объекте

Определение содержания сахара при помощи красной кровяной соли (число мл 0,1N раствора красной кровяной соли и соответствующее им количество инвертного сахара).

ТАБЛИЦА № 1

число мл 0,1N K3[Fe(CN)6]	десятые доли мл и соответствующие им мг сахара
	-	-	-	-	-	1,35	1,62	1,89	2,16	2,43
	2,70	2,97	3,24	3,51	3,78	4,05	4,32	4,59	4,86	5,13
	5,40	5,67	5,94	6,21	6,48	6,75	7,02	7,29	7,56	7,83
	8,10	8,37	8,64	8,91	9,18	9,45	9,72	9,99	10,26	10,53
	10,80	11,07	11,34	11,61	11,88	12,16	12,44	12,72	13,00	13,28
	13,56	13,84	14,12	14,40	14,68	14,96	15,24	15,52	15,80	16,08
	16,36	16,64	16,92	17,20	17,48	17,76	18,04	18,32	18,60	18,88
	19,16	19,44	19,72	20,00	20,28	20,56	20,84	21,12	21,40	21,68
	21,95	22,24	22,52	22,18	23,08	23,36	23,64	23,92	24,20	24,48
	24,76	25,04	25,32	25,60	25,88	26,16	26,44	26,72	27,00	27,28
	27,56	27,84	28,12	28,40	28,68	28,95	29,24	29,52	29,80	30,08
	30,36	30,64	30,92	31,20	31,48	31,76	32,04	32,32	32,60	32,88
	33,16	33,44	33,72	34,00	34,28	34,56	34,84	35,12	35,40	35,60
	35,95	36,24	36,52	36,80	37,08	37,36	37,54	37,82	38,20	38,48
	38,76	39,04	39,32	39,60	39,88	40,16	40,44	40,72	41,20	41,28
	41,57	41,86	42,15	42,44	42,73	43,02	43,31	43,60	43,89	44,18
	44,47	44,76	45,05	45,34	45,63	45,92	46,21	46,50	46,79	47,08
	47,37	47,66	47,95	48,24	48,53	48,82	49,11	49,40	49,69	49,98
	50,27	50,56	50,85	51,14	51,43	51,72	52,01	52,30	52,59	52,88
	53,17	53,46	53,75	54,04	54,33	54,62	54,91	55,20	55,49	55,78
	56,06	56,36	56,65	56,94	56,23	57,52	57,81	58,10	58,39	58,68

II ЛИПИДЫ

К группе липидов относят многочисленные природные соединения разнообразного химического строения. Хотя в строении липидов и можно усмотреть ту общую особенность, что многие из них являются сложными эфирами многоатомных алкоголей и жирных кислот или фосфорной кислоты, однако, в целом их химический характер слишком различен, чтобы можно было дать строгое структурно-химическое определение этой группе веществ.

Поэтому для характеристики липидов особое значение имеет их растворимость. Все липиды, будучи нерастворимыми в воде, растворимы более или менее легко в эфире, петролейном эфире, бензоле, хлороформе, дихлорэтане, трихлорэтилене, четыреххлористом углероде, сероуглероде и некоторых других индифферентных органических растворителях. Кроме того, многие липиды растворимы в спирте и ацетоне. По своей растворимости липиды, таким образом, резко отличаются от углеводов и белков. Такая своеобразная растворимость липидов является свойством практически важным, поскольку она позволяет отделить их от других соединений, находящихся в составе различных тканей и органов.

К липидам относятся следующие соединения: 1) жиры (триглицериды), 2) воска (цериды), 3) каротиноиды и родственные им углеводороды, 4) стероиды, 5) фосфатиды, 6) ацетальфосфатиды, 7) сфингомиэлины 8) цереброзиды и др.

Характерная и общая для всех липидов растворимость не исключает, однако, некоторых, довольно заметных, различий в растворимости у различных представителей этой группы веществ. Так, например, нейтральные жиры представляют собою вещества с резко гидрофобным характером, легко растворимы в эфире и значительно труднее в спирте, в то время, как фосфатиды, хотя и нерастворимы в воде, но набухают в ней, образуя эмульсии, и легче растворимы в спирте, чем жиры.

Свойства жира зависят, прежде всего, от того, какие из жирных кислот входят в состав образующих его триглицеридов. Такой состав может быть как качественно, так и количественно очень различным.

Кроме триглицеридов в состав жира, выделяемого из тканей и органов путем экстрагирования жирорастворителями или каким-либо иным путем, входит ряд веществ липоидного характера, составляющих так называемую фракцию неомыляемых жиров. В эту фракцию входят углеводороды, каротиноиды, стероиды, витамины, пигменты. Хотя количество этих веществ обычно не велико, однако, присутствие их в жире сильно влияет на некоторые его свойства и пищевую ценность. Таким образом, естественный жир представляет собой сложную смесь различных триглицеридов и веществ, составляющих фракцию неомыляемых, причем, все эти отдельно взятые составные части естественного жира при большом разнообразии в своем строении не обладают тем резким различием в свойствах, которое открывало бы простой путь к их разделению. Поэтому при изучении как самого жира, так и изменений, с ним происходящих, химическому и физико-химическому исследованию подвергают обычно жир как целое.

Нейтральные жиры.

Жиры, или глицериды, представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина (СН₂ОН–СНОН–СН₂ОН) и различных высших жирных кислот. Чаще всего входят кислоты предельного ряда — пальмитиновая (С₁₅Н₃₁СООН) и стеариновая (С₁₇Н₅₅СООН), а из непредельных — олеиновая (Q₁₇H₃₃CQQH), линолевая (C₁₇H₃₁COOH) линоленовая (C₁₇H₂₉COOH) и др.

Число жирных кислот, входящих в состав естественных жиров, довольно значительно, причем, среди них встречаются как низкомолекулярные, так и высшие предельные и непредельные жирные кислоты. За исключением таких кислот, как изовалериановая, найденная в жире дельфина, или таких, как хаульмугровая, гидрокарповая и горлевая, входящих в состав некоторых растительных масел, все жирные кислоты естественных жиров имеют открытую цепь нормального строения, содержащую четное число углеродных атомов.

Наряду с простыми глицеридами, содержащими в своей молекуле три одинаковые кислоты, существуют еще смешанные глицериды, т.е. такие, в состав которых входят разные жирные кислоты. Природные жиры (нейтральные) являются по преимуществу смешанными триглицеридами.

Некоторое указание в отношении их химического состава дает консистенция, при комнатной температуре жидкие или полужидкие жиры обычно имеют высокое содержание ненасыщенных кислот. Температура плавления жиров также зависит от относительного содержания в них твердых и жидких триглицеридов.

Под влиянием кислот, щелочей, перегретых водяных паров и жирорасщепляющих ферментов (липаз) жиры омыляются, т.е. распадаются на глицерин и жирные кислоты. Если омыление происходит под влиянием щелочей, то образуются соли жирных кислот или мыла. При омылении же ферментами, парами воды или кислотами получаются свободные жирные кислоты.

При взбалтывании с водой жиры образуют нестойкую эмульсию. Стойкую эмульсию жиры дают легко в щелочной среде, особенно в присутствии растворимых мыл или белков. Белки и мыла сильно уменьшают поверхностное натяжение воды. При стоянии на воздухе и на свету жиры прогоркают — окисляются и расщепляются на летучие жирные кислоты, кетоны и альдегиды, обладающие неприятным запахом и вкусом.

Жиры, богатые непредельными кислотами, как и сами непредельные кислоты, способны присоединять галогены, водород (гидрогенизироваться) и кислород. На указанных свойствах жиров и жирных кислот основаны и соответствующие им реакции, а также способы выделения и определения.