Sara Hestehave Side 1 08-05-2007 Øvelse 29 Forsøget er lavet d. 6/4-2006 Forsøget er udført i samarbejde med; Jacob Haurum Rapporten er skrevet af Sara Hestehave Kristensen 2.x
Sara Hestehave Side 2 08-05-2007 Øvelse 29. Saccharider Formål: Formålet med denne øvelse er at undersøge hvilke saccharider der reducerer kobber(ii)ioner til kobber(i)ioner i Fehlings væske. Apparatur: - Bægerglas, 250mL - Koge/varme - plade - Reagensglas - Spatel - Måleglas, 10mL - Morter med pistil - Tragt + filtreringspapir - Mærkater Kemikalier: - Glucose - Fructose - Maltose - Saccharose - Stivelse - Et stykke æble - Fehling I - Fehling II - 0,5 M HCl - 2 M NaOH Teori: - Fehling væske. Blanding farveskift. Hvorfor først blandes lige inden brug? - Rødfarvning er tegn på at væsken reduceres. hvorfor..? Vi skal undersøge reduceringen af Fehlings væske med forskellige saccharider. Der findes forskellige typer af saccharider. Disse vil jeg herunder gøre rede for; Monosaccharider: Disse består af ret små molekyler med 3-7 carbonatomer. For hvert molekyle er der en enkelt oxogruppe, - altså et dobbeltbundet oxygen-atom, og på resten af carbonatomerne sidder der en hydroxygruppe, - altså en OH-gruppe pr carbonatom. De monosaccharider der har størst betydning er dem med 6 carbonatomer. Disse har molekyleformlen C 6 H 12 O 6 og kaldes hexoser. Disse kan så derudover være aldo- eller ketohexose, alt afhængig af hvor oxo-gruppen er placeret, - og altså om vi har at gøre med aldehyd eller keton. I dette forsøg beskæftiger vi os med monosacchariderne; Glucose og Fructose, som begge er vist herunder (På næste side??????????????????????).
Sara Hestehave Side 3 08-05-2007 Glucose og fructose har samme molekylformel (C 6 H 12 O 6 ), men forskellig struktur-formel. Forskellen er at oxogruppen i glucose sidder på øverste (første) carbonatom, mens oxogruppen i fructose sidder på det andet carbonatom. Herudfra kan vi altså se at glucose er en aldohexose, altså et aldehyd, mens fructose må være en ketohexose, altså keton. Glucose er også kendt som druesukker, som findes i blodet og spiller en vigtig rolle i menneskers stofskifte. Vi kan optage det gennem f.eks. honning og frugter. Fructose kaldes også frugtsukker, og findes ligeledes i honning og frugter. Disaccharider: dannes ved en fortætning(kondensation) af to molekyler monosaccharider f.eks. to glucose-molekyler bliver til et disaccharid (maltose) og vand; C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 C 12 H 22 O 11 + H 2 O
Sara Hestehave Side 4 08-05-2007 Dette reaktionsskema er kun rent formelt da kondensationen af disse to molekyler monosaccharid kun kan gøres ad omveje. Bindingen mellem to monosaccharid-enheder kalder man en glycosidbinding, og i maltose er denne en α-1,4-glycosidbinding (der kan være tale om både α- og β-form). Dette ser vi, da bindingen dannes ved vandfraspaltning mellem en hydroxy-gruppe i α- stilling på carbonatom nr. 1 i det ene glucose-molekyle, og hydroxy-gruppen på det 4. carbonatom i det andet glucose-molekyle. Den højre ring kan åbne til aldehydformen, mens venstre ring er fastlåst i α-formen. I maltose-opløsningen indstiller der sig en ligevægt mellem α-form, aldehydformen og β-form. De disaccharider som vi arbejder med i forsøget er: maltose og saccharose. Jeg har ovenover vist hvordan maltose dannes ved kondensationsreaktion mellem to glucose-molekyler. Saccharose derimod dannes af et glucose-molekyle og et fructose-molekyle. Denne reaktion er vist herunder; C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 C 12 H 22 O 11 + H 2 O Hvis vi kun ser på molekylformlerne ser det ud til at dannelsen af maltose og dannelsen af saccharose er fuldstændig identiske, men når vi ser på strukturformlerne kan vi se forskellen. Her ser vi også at glycosidbindingen går fra carbonatom nr. 1 i glucoseringen til carbonatom nr. 2 i fructoseringen. Som tidligere fortalt er det netop på første carbonatom i glucose og andet carbonatom i fructose, at oxogruppen sidder, og da bindingen sker her, bliver begge ringe låst, og derfor kan ingen af ringene åbne sig og blive til aldehyd. Disaccharider kan hydrolyseres monosaccharider, og derfor vil maltose f.eks. naturligvis igen blive til to glucose-molekyler. Dette sker med syre som katalysator. Polysaccharider: Polysaccharider er mange monosaccharid-enheder bundet sammen af glycosidbindinger. Hvis vi binder flere β-d-maltose-molekyler sammen kan det f.eks. se ud som følgende, som er cellulose; Stivelse er en af de vigtigste polysaccharider, og det kan bl.a. findes som oplagsnæring i planter. Stivelse findes som næring i det vi spiser, f.eks. er der meget næringsrig stivelse i Ris, majs, korn
Sara Hestehave Side 5 08-05-2007 og kartofler. Ved en hydrolyse af stivelse får vi dannet D-glucose, - altså består stivelse af sammenbundne D-glucose-enheder. Stivelsen kan være opbygget på to forskellige former; amylose og amylopectin. I amylose er glucose-enhederne bundet sammen i lange uforgrenede kæder, og det er α-d-glucose-enheder. Dette kan vi se på tegningen herunder, hvis vi ser på den nederste lange kæde, og tænker os at forgreningen ikke er der. Her har vi α-1,4-glucosidbindinger, som angivet på tegningen. Amylopectin er egentlig opbygget lidt på samme måde, men har bare forgreninger, som tegningen viser, hvis vi altså ikke længere ignorerer forgreningen (hehe). En væsentlig forskel er at vi ved forgreningspunkterne har α-1,6-glucosidbindinger i stedet for α-1,4- glucosidbindingerne som før. Dette sker da bindingen i det ene glucose-molekyle sidder på 6. carbonatom. Forgreningerne kan selvfølgelig fortsætte, og det vi ser på illustrationen nedenunder er blot et udsnit. Amylopectin indeholder godt 1000 glucose-enheder og amylose indeholder ca. 200. Når vi ser på figuren, og tænker lidt over opbygningen, kan vi tydeligt se at der kun er en enkelt glocose-ring som kan åbne sig til aldehydformen pr. stivelses-molekyle. Fehlings væske er en basisk væskeopløsning der indeholder kobber(ii)ioner komplekst til tartrationer. Ved opvarmning af en opløsning med aldehyd og Fehlings væske, vil kobber(ii)ionerne reduceres af aldehydet til Cu 2 O, og derved altså kobber(i). Dette ses ved at der dannes rødt bundfald af Cu 2 O; R CHO + 2Cu 2+ + 4OH - R COOH + Cu 2 O + 2H 2 O Fehlings væske anvendes til at undersøge om diverse saccharider virker reducerende. Fehlings væske skal laves lige inden brug ved and blande Fehling I og Fehling II. Fehling I er en CuSO 4 - opløsning, mens Fehling II er NaOH og kaliumnatriumtartrat(knac 4 H 4 O 6 )
Sara Hestehave Side 6 08-05-2007 Udfra vores viden om redoxreaktioner, ved vi at der både vil ske en reduktion og en oxidation. Dette betyder altså at der også vil ske en oxidation når Fehlings væsken reduceres. Altså bør aldehyd blive oxideret til carboxylsyre. Udførelse: - Inden forsøget starter vi med at sætte et lille vandkar over kogepladen, da vi i øvelsen skal bruge et vandbad med kogende vand. Vi fylder et 250mL bægerglas ca. 2/3 med vand, sætter det på kogepladen, og tilsætter endvidere pimpsten for at undgå stødkogning. - Vi finder 10 reagensglas frem, og giver hver af disse mærkater med numrene fra 1 til 10. - I de første fem reagensglas starter vi med at blande de to Fehling væsker, - vi tager altså ca. 2mL Fehling I og blander med ca. 2 ml Fehling II i reagensglassene. Det er vigtigt at de to Fehling væsker ikke kommer til at stå sammenblandet i for lang tid inden brug. - Nu tilsætter vi til hvert reagensglas, med den blandede Fehling-væske, en spatelfuld af saccharidet, - disse er vist i skemaet under resultater. Reagensglassene sættes herefter i vandbadet med det kogende vand, og vi venter et par minutter. - Når vi tydelig ser reaktioner i glassene, tager vi disse op og noterer iagttagelserne. - I 6. forsøg maser vi grundigt et æble i en morter, tilsætter godt 10mL vand og rører rundt. Vi tager herefter en tragt med filterpapir, og hælder vores æblemos op i tragten. Herved får vi filtreret æblestykker og mos fra, og får kun noget æbleudtræk. - På dette æbleudtræk vil vi nu lave Fehlings prøve. Vi blander igen ca. 2mL af hver væske, tilsætter godt 1mL af æbleudtrækket og sætter også dette reagensglas i varmebadet. Iagttagelserne noterer vi igen ligesom vi gjorde ved de fem første forsøg. - I de sidste fire forsøg anvender vi en spatelfuld saccharid (Saccharose eller stivelse), som vi blander med 5mL vand og i nogle af dem også med 0,5mL HCl. Dette er også vist i skemaet udfor de forskellige forsøgs-numre (7 10). Vi stiller nu de fire reagenslas i det kogende vandbad i godt 10 min. - Herefter tager vi reagensglassene op neutraliserer syren i forsøg 8 og 10 ved at tilsætte 5mL NaOH. For at der skal være lige vilkår i alle opløsningerne tilsætter vi endvidere 5mL vand i til nr. 7 og 9. - Nu laver vi så Feklings prøven på de fire opløsninger. Igen blander vi lige inden to ml af hver af de to fehling-væsker og herefter tilsætter vi ca. 1mL opløsning fra det opvarmede reagensglas. Igen opvarmes væskerne og vi noterer iagttagelserne som tidligere. Resultater: Prøve nr. Saccharid Fehlings prøve 1 Glucose Brunlig farve m. bundfald 2 Fructose Brunlig farve m. bundfald 3 Maltose Mere rødlig end de to andre mørkt bundfald 4 Saccharose Ingen reaktion intet farveskift (bolz blue) 5 Stivelse Blå-fast plamage 6 Æbleudtræk Farven ligner tomatsuppe. Tabel: Observerede resultater under udførslen. Prøve nr. Opvarmes i vandbad i 10 minutter* Opvarmning i vandbadet 7 Saccharose + 5mL vand Klar farve med svagt gult 8 Saccharose + 5mL 0,5 M HCl + 1mL 2 Brunt bundfald med gul væske M NaOH 9 Stivelse + 5 ml vand Slim/klister-agtig-konsistens farven er hvid eller forholdsvis gennemsigtig. 10 Stivelse + 5mL 0,5 M HCl + 1mL 2 M Klar hvid.
Sara Hestehave Side 7 08-05-2007 NaOH Prøve nr. Opvarmes i vandbad i 10 minutter* Fehlings prøve 7 Saccharose + 5mL vand Ingen reaktion intet farveskift (bolz blue) 8 Saccharose + 5mL 0,5 M NaOH Meget Brunlig farve m. bundfald 9 Stivelse + 5mL vand Ingen reaktion intet farveskift (bolz blue) 10 Stivelse + 5mL 0,5 M NaOH Brunlig farve m. bundfald Tabel: Observerede resultater under udførslen. *Cirka tidspunkt. Det er ikke 100 % sikkert. Den grønne farve: Da vi skulle rengøre reagensglasset kunne vi ikke få slimet ud. Dette voldte nogle besværligheder for personen, som skulle stå for rengøringen af forsøgsapparaturet. Efterbehandling: 1. Hvilke af sacchariderne i de første fem forsøg kan reducere fehlings væske? Betragt saccharidernes formel og redegør i hvert tilfælde for, hvad det er i stoffets opbygning, som bestemmer, at saccharidet reducerer/ ikke reducerer fehlings væske 1. Glucose: Udfra vores kendskab til glucose, og vores viden om at det er en aldohexose, må vi formode at denne reducerer Fehlingsvæske, da dette også er kendetegnende for aldehyd, - der skulle dannes bundfald fordi at fehlings væske oxiderer aldehyder, men ikke ketoner pga. der er ikke plads til et ekstra oxygen da der er 4 bindinger så der er ikke mulighed for et ekstra oxygen. 2. Fructose: Eftersom at det teoretisk set kun er aldehyd, som kan reducere Fehlings væske, må vi formode at Fehlings væske kun reduceres af glucose, og ikke af fructose. Men mod forventning ser vi at også fructose reducerer Fehlings væske. Dette er sandsynligvis fordi der kan ske en omdannelse fra keton til aldehyd i den stærkt basiske opløsning, - da Fehlings væske er basisk. 3. Maltose: Ved Fehlings prøve på maltose sker der klart en reduktion. Dette sker, da den ene (højre) ring kan åbne til aldehydformen. 4. Saccharose: Som beskrevet i teori-afsnittet kan ringene i saccharose ikke åbne sig, så vi kan ikke få nogen aldehyd-form. Dette resulterer i at saccharose ikke bør kunne reducere Fehlings væske, hvilket vi heldigvis også kan observere rent eksperimentelt, da der ikke sker noget farveskift, og opløsningen forbliver blå. der sker altså ingen reduktion. 5. Stivelse: Udfra hvad vi har erfaret fra teorien, er der meget få glucose-ringe, som kan åbne sig til aldehydformen, i forhold til antallet af lukkede ringe. Derfor vil der praktisk talt ikke ske nogen reduktion af Fehlings væske, hvilket vi jo også ser her. 6. Æbleudtræk: Ved Fehlings prøven sker der en reduktion, - der dannes bundfald. Dette skyldes jo at der er fructose i æbleudtrækket og, som vi har fortalt før, kan en keton omdannes til aldehyd i en basisk opløsning, som vi får ved tilsættelsen af Fehlingsvæske.
Sara Hestehave Side 8 08-05-2007 De sidste forsøg Forsøg 7 og 9 viser egentlig bare at der ikke sker nogen reaktion ved blanding med vand inden opvarmning og sådan. Forsøg 8 og 10 reducerer begge Fehlings væske. Det der sker, når vi tilsætter syre og sætter opløsningen i det kogende vandbad, er at syren går ind og bryder bindingerne mellem de glucose-molekyler, som vi jo ved at både disaccharider og polysaccharider er dannet af. Dette bevirker at vi f.eks. ender med to glucose-molekyler efter en blanding af en disaccharid og den tilsatte syre. Dette kalder vi også en hydrolyse, og syren fungerer her som katalysator, som skrevet i teorien. Grunden til at vi neutraliserer syren før Fehlings prøve, er at der ikke vil ske en reaktion i sur opløsning, så for at vi kan få en reaktion og se reduktionen af Fehlings væske, må vi så neutralisere syren. I forsøg 9 får vi noget genstridigt gennemsigtigt/hvidt klister stads. Grunden til at vi får det umådeligt irriterende klister-stads ud af vores forsøg, er at der vil blive dannet netop dette ved opvarmning af en opløsning af stivelse og vand. Dette sker da stivelseskornene vil optage vand og svulme op. Fortolkning: Forsøget har virket godt og efter hensigten. Forsøget gav en meget godt forståelse for teorien. Vi fik de teoretiske forventede resultater, og kunne nemmere se hvad der gjorde sig gældende for sacchariderne, og reduktion af Fehlings væske. Forsøget gav en god sammenhæng mellem teori og praksis. Fejlkilder/usikkerhed: Det kan være en fejlkilde hvis de to fehling væsker er blevet blandet og derefter står i for lang tid inden brug. I dette forsøg har der ikke været de store fejlkilder. Det kan f.eks. ikke være tale om fejl i henhold til måleusikkerheder eller lignende, da de fleste afmålinger er ca. mål, og dette derfor ikke kan være medvirkende til forkerte resultater. Konklusion: Forsøget har været ganske vellykket, - vi fandt endda en forklaring på hvorfor vi fik det genstridige hvide slim (hehe). Ganske grundlæggende har vi fået eftervist hvilke saccharider der reducerer Fehlings væske, og dertil har vi fået forklaret teorien for at netop dette sker. Det viste sig at det ikke var så simpelt, som man ellers kunne antage, med at det kun var aldehyd, som reducerer væsken. Alt dette er vi dog blevet meget klogere på nu.