Качественные реакции углеводов
Качественные реакции позволяют обнаружить углеводы по характерным изменениям: появлению синего окрашивания с йодом, кирпично-красного осадка при нагревании или серебряного налёта на стенках пробирки. Для решения лабораторных задач важно знать не только наблюдение, но и вещество, которое его вызывает.
Что называют качественной реакцией
Качественная реакция — это химическая реакция, по внешнему признаку которой обнаруживают определённое вещество или функциональную группу. Такими признаками могут быть изменение цвета раствора, образование осадка, выделение газа или появление зеркального налёта.
Качественная реакция углевода — реакция, которая позволяет распознать углевод или его особенность: наличие альдегидной группы, способность восстанавливать ионы металлов или строение полисахарида.
В школьных лабораторных задачах чаще всего нужно различать глюкозу, крахмал, сахарозу и другие углеводы. Перед опытом полезно определить, является ли вещество моносахаридом, дисахаридом или полисахаридом: классификация приведена на странице «Углеводы».
Реакции глюкозы
Глюкоза содержит несколько гидроксильных групп и альдегидную группу в открытой форме. Поэтому она проявляет свойства многоатомного спирта и альдегида. В задачах особенно важны две реакции: с гидроксидом меди(II) и с аммиачным раствором оксида серебра.
Взаимодействие с гидроксидом меди(II)
При комнатной температуре свежеполученный голубой осадок гидроксида меди(II) растворяется в растворе глюкозы. Образуется ярко-синий раствор комплексного соединения меди(II). Эта реакция связана с несколькими гидроксильными группами, расположенными рядом в молекуле.
При нагревании реакция идёт иначе: глюкоза восстанавливает \(\mathrm{Cu^{2+}}\) до \(\mathrm{Cu_2O}\). Голубой осадок превращается сначала в жёлтый, затем в кирпично-красный осадок оксида меди(I). Одновременно глюкоза окисляется до глюконовой кислоты.
Глюкоза + \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) при нагревании → кирпично-красный \(\mathrm{Cu_2O}\). Это качественная реакция на восстанавливающие свойства глюкозы.
Реакция серебряного зеркала
Аммиачный раствор оксида серебра содержит комплексный ион диамминсеребра(I). Альдегидная группа глюкозы восстанавливает ионы серебра до металлического серебра. Если стенки пробирки чистые, серебро оседает ровным блестящим слоем — появляется серебряное зеркало.
Серебряное зеркало дают альдегиды и другие восстановители. Глюкоза даёт эту реакцию, хотя в растворе находится главным образом в циклической форме: существует равновесие с открытой альдегидной формой.
Какой признак подтверждает наличие глюкозы при нагревании с гидроксидом меди(II)?
Реакция крахмала с йодом
Крахмал — полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Его строение включает амилозу и амилопектин; подробнее оно рассматривается на странице «Строение крахмала». При добавлении раствора йода или раствора Люголя крахмал окрашивается в интенсивный синий, часто сине-фиолетовый цвет.
Окрашивание возникает не из-за обычной реакции присоединения йода к глюкозе, а из-за образования окрашенного комплекса йода с участками спиральных цепей крахмала, прежде всего амилозы.
Раствор йода в присутствии крахмала становится синим или сине-фиолетовым. При нагревании окраска исчезает, а при охлаждении обычно возвращается.
Эта реакция не доказывает наличие глюкозы: свободная глюкоза с йодом характерного синего окрашивания не даёт. Поэтому крахмал и глюкозу различают так: к одной пробе добавляют йод, к другой — проводят реакцию с гидроксидом меди(II) при нагревании.
| Вещество | Реактив и условия | Наблюдение | Вывод |
|---|---|---|---|
| Глюкоза | \(\mathrm{Cu(OH)_2}\), нагревание | Кирпично-красный осадок | Есть восстанавливающий сахар |
| Глюкоза | Аммиачный \(\mathrm{Ag_2O}\), нагревание | Серебряное зеркало | Есть альдегидная группа или другой восстановитель |
| Крахмал | Раствор йода | Синее окрашивание | Обнаружен крахмал |
| Сахароза | Раствор йода | Изменения нет | Крахмал не обнаружен |
| Целлюлоза | Раствор йода | Характерного синего цвета нет | Крахмал не подтверждён |
Другие углеводы и восстановительные свойства
К восстанавливающим сахарам относят глюкозу, фруктозу, лактозу, мальтозу и некоторые другие углеводы. Фруктоза формально является кетозой, но в щелочной среде может превращаться в альдозы, поэтому также даёт реакции восстановления ионов серебра и меди(II). Особенности лактозы рассматриваются отдельно.
Сахароза обычно не даёт реакции серебряного зеркала и реакции с гидроксидом меди(II) при нагревании, поскольку её гликозидная связь блокирует восстановительные центры обеих моносахаридных частей. При гидролизе сахарозы образуются глюкоза и фруктоза, и гидролизат уже даёт реакции восстанавливающих сахаров.
Гликоген также способен давать окрашивание с йодом, но обычно оно красно-бурое или коричневатое, а не интенсивно синее, как у крахмала. Поэтому при строгом различении веществ одного йодного теста может быть недостаточно: учитывают происхождение образца и дополнительные реакции.
Разобранный пример лабораторной задачи
В трёх пробирках находятся растворы глюкозы, крахмала и сахарозы. Как определить содержимое каждой пробирки, используя раствор йода и свежеполученный \(\mathrm{Cu(OH)_2}\)?
Показать решение Решение
Сначала проводят наиболее быструю пробу — добавляют раствор йода к каждой пробе.
Итак, пробирка с синей окраской содержит крахмал, пробирка с кирпично-красным осадком — глюкозу, а оставшаяся пробирка — сахарозу.
1. Путают синее окрашивание с реакцией глюкозы: синий цвет с йодом показывает крахмал. 2. Не указывают нагревание в реакции глюкозы с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) и серебряным реактивом. 3. Называют жёлтый осадок конечным результатом: при дальнейшем нагревании образуется кирпично-красный \(\mathrm{Cu_2O}\). 4. Считают, что отсутствие реакции с йодом доказывает отсутствие любого углевода. 5. Забывают, что сахароза после гидролиза становится восстанавливающей.
Сначала выпишите наблюдение, затем вещество и только после этого — уравнение. Например: «синеет с йодом → крахмал»; «кирпично-красный осадок при нагревании с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) → глюкоза или другой восстанавливающий сахар».
Порядок действий в лабораторной задаче
- Определите, какие вещества нужно различить и какие реактивы разрешены.
- Проведите пробу с йодом: синее окрашивание указывает на крахмал.
- Для оставшихся растворов используйте реакцию с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) при нагревании или реакцию серебряного зеркала.
- Запишите наблюдение: цвет раствора, осадок или налёт.
- Сделайте вывод и, если требуется, составьте уравнение реакции.
Быстрая проверка
Главное
- Йод окрашивает крахмал в синий или сине-фиолетовый цвет.
- Глюкоза при нагревании с \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) образует кирпично-красный осадок \(\mathrm{Cu_2O}\).
- Глюкоза даёт реакцию серебряного зеркала, восстанавливая соединения серебра до металлического серебра.
- Сахароза до гидролиза не является восстанавливающим сахаром, но после гидролиза образуются глюкоза и фруктоза.
- В лабораторной задаче всегда связывайте наблюдение, реактив, условие и химический вывод.