Úvod
Sacharidy, známé také jako uhlohydráty, jsou základní organické sloučeniny nezbytné pro život. Hrají klíčovou roli jako zdroj energie, stavební materiál buněčných struktur a v mnoha dalších biologických procesech. K identifikaci a detekci sacharidů se používají různé důkazové reakce, které umožňují odlišit je od ostatních přírodních látek, jako jsou lipidy a proteiny. Tento článek se zaměří na principy a postupy těchto reakcí, s důrazem na Molischovu zkoušku a Fehlingovu reakci.
Molischova zkouška
Princip Molischovy zkoušky
Molischova zkouška je obecná reakce pro detekci sacharidů. Umožňuje odlišení sacharidů od ostatních přírodních látek, jako jsou lipidy a proteiny. Pozitivní výsledek poskytují monosacharidy, disacharidy, oligosacharidy i polysacharidy.
Tato zkouška je založena na dehydrataci monosacharidů silnou minerální kyselinou, nejčastěji koncentrovanou kyselinou sírovou (H2SO4). Při této dehydrataci vzniká z pentóz furfural a z hexóz hydroxymethylfurfural. Tyto furanové deriváty následně reagují s fenolovými sloučeninami, jako je α-naftol (1-naftol), za vzniku barevných kondenzačních produktů.
Reagencie
- Roztok sacharidu (např. glukózy, fruktózy, sacharózy, škrobu)
- Molischovo činidlo: 10% roztok 1-naftolu (α-naftolu) v 96% ethanolu
- Koncentrovaná kyselina sírová (H2SO4)
Postup
- K malému objemu roztoku sacharidu se přidají 2 kapky Molischova činidla.
- Směs se opatrně vrství po stěně zkumavky s koncentrovanou kyselinou sírovou tak, aby se obě vrstvy nemísily.
Interpretace výsledků
Pozitivní výsledek Molischovy zkoušky je indikován fialovým prstencem, který se vytvoří na rozhraní koncentrované kyseliny sírové a roztoku sacharidu s Molischovým činidlem. Tento prstenec vzniká kondenzací furfuralu (nebo jeho derivátů) s 1-naftolem.
Mechanismus reakce
V kyselém prostředí (koncentrovaná H2SO4) dochází k dehydrataci sacharidů. Di-, oligo- a polysacharidy mohou podléhat hydrolýze na monosacharidy vlivem silné minerální kyseliny. Při tomto testu tedy reagují monosacharidy - samotné, nebo vzniklé hydrolýzou sacharidů. Monosacharidy (např. glukóza, fruktóza) ztrácejí tři molekuly vody za vzniku furfuralu (z pentóz) nebo hydroxymethylfurfuralu (z hexóz). Tyto látky poté kondenzují s 2 molekulami 1-naftolu (α-naftolu) za vzniku barevného - fialového kondenzačního produktu.
Čtěte také: Princip Fehlingovy reakce
Obdobné reakce
Molischova zkouška je obdobou thymolové reakce. Obě reakce dokazují obecně sacharidy a jsou založeny na tvorbě furfuralu nebo jeho derivátů, které vznikají účinkem minerálních kyselin na monosacharidy - probíhá dehydratace. Furfural nebo jeho deriváty následně podléhají kondenzaci s fenoly (1-naftolem v případě Molischovy zkoušky či thymolem u thymolové reakce) za vzniku barevných produktů.
Fehlingova reakce
Princip Fehlingovy reakce
Fehlingova reakce se používá k detekci redukujících cukrů. Redukující cukry jsou ty, které mají volnou aldehydovou nebo ketonovou skupinu, která může být oxidována. Tato reakce je založena na redukci měďnatých iontů (Cu2+) na měďné ionty (Cu+) v alkalickém prostředí.
Reagencie
- Fehlingovo činidlo I: Roztok síranu měďnatého (CuSO4)
- Fehlingovo činidlo II: Roztok vinanu sodno-draselného (Seignettova sůl) a hydroxidu sodného (NaOH)
- Roztok vzorku (např. glukózy, sacharózy, šťávy z pomeranče)
Příprava Fehlingova činidla
Nejprve si připravte roztok Fehlingova činidla slitím 5 ml Fehlingova činidla I a 5 ml Fehlingova činidla II. Při vzniku Fehlingova činidla dochází nejprve k reakci mezi CuSO4∙5H2O a NaOH, kdy vzniká světle modrá sraženina hydroxidu měďnatého, která je v nadbytku rozpustná za vzniku komplexu Cu2+ s vinanem.
Postup
- K roztoku vzorku se přidá stejný objem Fehlingova činidla.
- Směs se zahřívá ve vodní lázni nebo přímo nad plamenem.
Interpretace výsledků
Pozitivní výsledek Fehlingovy reakce se projeví změnou barvy roztoku a tvorbou červené sraženiny oxidu měďného (Cu2O). Změna barvy postupuje od modré přes zelenou a žlutou až k oranžové nebo červenohnědé.
Mechanismus reakce
V alkalickém prostředí Fehlingova činidla dochází k oxidaci aldehydické nebo ketonické skupiny redukujícího cukru na karboxylovou skupinu. Současně dochází k redukci měďnatých iontů (Cu2+) na měďné ionty (Cu+), které se srážejí jako červený oxid měďný (Cu2O).
Čtěte také: Průvodce těhotenskou cukrovkou
Například, glukóza je redukující cukr, který obsahuje aldehydovou skupinu - a tudíž dochází k oxidaci aldehydové skupiny na karboxylovou skupinu. V případě glukosy dojde k oxidaci na kyselinu glukonovou.
Příklad s glukózou a sacharózou
Glukóza je redukující cukr, a proto s Fehlingovým činidlem reaguje pozitivně. Sacharóza je disacharid, který je tvořen glukosou a fruktosou, které jsou spojeny α(1→2) glykosidickou vazbou. Aldehydické skupiny (přesněji poloacetalové hydroxyly), které by se mohly redukovat, jsou zapojeny do glykosidické vazby, a proto patří sacharosa mezi neredukující cukry, a tudíž s Fehlingovým činidlem nereaguje.
Monosacharidy
Monosacharidy obsahují ve svých molekulách 3 až 7 atomů uhlíku. Jsou to bílé krystalické látky, sladké chuti, rozpustné ve vodě a etanolu. Zahříváním tají, při vyšší teplotě hnědnou (karamelizují). Z chemického hlediska jsou to polyhydroxyaldehydy a polyhydroxyketony. Takovéto látky obsahují nejméně jeden asymetrický-chirální uhlík.
Monosacharidy snadno vytvářejí pětičlenné nebo šestičlenné cyklické kruhy (anomery). Při cyklizaci se na 1. uhlíku vytváří další asymetrické centrum. K cyklizaci dochází díky poloacetalové nebo poloketalové reakci.
Monosacharidy obsahují na C1 aldehydovou neboli poloacetalovou skupinu, díky níž mají redukční vlastnosti. Tedy jsou schopné se oxidovat (aldehydová skupina se oxiduje na karboxylovou kyselinu).
Čtěte také: Zdravější život bez sacharidů
D-glyceraldehyd a dihydroxyaceton jsou nejjednodušší monosacharidy, jsou součástí metabolismu glukózy. D-glukóza (dextróza, hroznový cukr) je nejběžnější monosacharid. Je to bílá sladká látka, dobře rozpustná ve vodě. Vyskytuje se v ovoci, medu a rostlinných šťávách. Představuje ideální živinu pro organismus, protože ji dokáží metabolizovat všechny tkáně včetně mozkové.
Kvašení cukrů: kvašení monosacharidů se účastní kvasinky rodu Saccharomyces cerevisiae.