Уравнение окисление глюкозы реактивом фелинга

Уравнение окисление глюкозы реактивом фелинга

Реактив Фелинга (медно-тартратный реактив, фелингова жидкость) — состоит из равных объемов раствора сложной соли тартрата натрия-калия (сегнетова соль, натрий-калий виннокислый) в 10%-ном р-ре NaOH и раствора сульфата меди.

Приготавливается непосредственно перед анализом путем смешения двух растворов.

Применяется для качественного и количественного определения альдегидов жирного ряда и в особенности моносахаридов. Действие реактива Фелинга основано на восстановлении иона двухвалентной меди до одновалентной за счёт окисления альдегидных групп исследуемых соединений.

При этом на холоде выпадает оранжево-жёлтый осадок гидроксида меди (I) СuОН, а при нагревании – красный осадок оксида меди (I) Сu₂O.

Впервые был предложен в 1850 году немецким химиком Г. Фелингом.

Реакция на моносахариды

Глюкоза окисляется свежеосажденным гидроксидом меди (II) в щелочной среде до глюконовой кислоты, восстанавливая ионы Cu +2 до Cu +1 . Углеводы подобного типа называют восстанавливающими.Или

Эта реакция применяется для количественного определения сахаров в пищевых продуктах.

Реакция на альдегиды

Альдегиды жирного ряда восстанавливают двухвалентную медь в одновалентную.

Ароматические альдегиды эту реакцию не дают.

Образование реактива Фелинга

Реактив Фелинга используется как качественная реакция для определения альдегидной группы.

Углеводы. Фармацевтический анализ углеводов

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

УГЛЕВОДЫ

Углеводы составляют обширную группу природных веществ, выполняющих в растительных и животных организмах разнообраз­ные функции. Углеводы получают главным образом из раститель­ных источников. Это связано с тем, что углеводы являются первич­ными продуктами фотосинтеза, осуществляемого растениями из оксида углерода и воды. Углеводы представляют своеобразный мост между неорганическими и органическими соединениями.

Название – «углеводы» возникло потому, что многие представите­ли этого класса имеют общую формулу С_n(Н₂О)_m, и формально мо­гут быть отнесены к «гидратам углерода».

Наиболее значимым ЛС данной группы является глюкоза. К груп­пе углеводов относятся также сахароза, лактоза, галактоза и крах­мал (табл. 11).

Требования НД к качеству глюкозы как лекарственному сред­ству соответствуют требованиям к химически чистым веществам. Характерными физическими свойствами глюкозы являются следующие: – определённая форма крупных или мелких кристаллов, опти­ческая активность с сильно выраженным вращением плоскости поляризации (удельное вращение 10% раствора глюкозы +52,3°), Т_пл безводной глюкозы.

Для глюкозы, которую получают в виде моногидрата, количе­ство кристаллизационной воды является показателем качества ЛС. Содержание кристаллизационной воды должно составлять 10% от массы глюкозы моногидрата.

Определение удельного вращения глюкозы имеет свои особен­ности. В свежеприготовленных растворах глюкозы происходит мутаротация (изменение во времени величины угла вращения; через определенный временной интервал эта величина становится по­стоянной).

Мутаротацию можно ускорить путем прибавления к раствору глюкозы раствора аммиака (не более 0,1%). Если определять угол вращения глюкозы сразу после ее растворения и без прибавления к раствору аммиака, то этот показатель составит +109,16° и конечно­го значения +52,3° достигнет только через несколько часов.

Явление мутаротации объясняется тем, что при растворении глю­козы, которая в кристаллическом состоянии находится в какой-либо одной циклической форме, образуется ее альдегидная форма, через которую получаются аномерные циклические формы глюкозы: α и β – формы, различающиеся расположением полуацетального гидро­ксила относительно 1-го углеродного атома. Для α -D-глюкозы вели­чина угла вращения составляет +109,6°, а для β-D-глюкозы +20,5°. Конечное значение угла вращения соответствует состоянию равно­весия между α- и β – формами, которые через альдегидную форму в растворе превращаются друг в друга:

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Глюкоза и галактоза относятся к моносахаридам, сахароза и лактоза — к олигосахаридам, крахмал — к полисахаридам. Моноса­хариды, являясь веществами с двойственными функциями, вступа­ют во многие реакции, характерные для спиртов и карбонильных соединений (альдегидов). Олигосахариды и полисахариды подвер­гаются гидролизу (ферментативному или кислотному) с образова­нием соответствующих моносахаридов.

Реакции на спиртовые гидроксилы

Как многоатомные спирты глюкоза, галактоза, сахароза и лак­тоза (подобно этиленгликолю и глицерину) способны взаимодей­ствовать с меди (II) гидроксидом с образованием комплексных со­единений синего цвета (химизм – см. с. 100).

Лекарственные вещества группы углеводов способны также к реакциям этерификации.

Реакции на альдегидную группу

Окисление, В зависимости от условий окисления моносахариды превращаются в различные продукты, В щелочной среде моносаха­риды окисляются под воздействием таких мягких окислителей, как реактивы Толленса и Фелинга (химизм – см. с, 107). С реактивом Толленса проходит реакция «серебряного зеркала», которая харак­терна для альдегидов. Следовательно, в эту реакцию моносахариды вступают в своей открытой (альдегидной) форме.

С реактивом Фелинга моносахариды образуют Сu₂О красно-оран­жевого цвета. И в этом случае моносахарид реагирует в открытой форме за счет альдегидной труппы. Обе реакции используются для обнаружения моносахаридов (например, глюкозы) в биологичес­ких жидкостях (кровь, моча).

Гликозиды и другие производные углеводов, не содержащие по- луацет:шьного гидроксила., не могут переходить в альдегидную форму и поэтому не обладают восстанавливающей способностью и не дают реакций с указанными реактивами.

В нейтральной среде окислению подвергается только альдегид­ная группа. При этом образуются альдоновые кислоты, которые в кислой среде, отщепляя воду, превращаются в лактоны.

Образование озазонов. При нагревании моносахаридов с фенил- гидразином сахара превращаются в кристаллические соединения, плохо растворимые в воде, — озазоны. На 1-й стадии образуется фенилгидразон, который перегруппировывается в ходе внутримо­лекулярной окислительно-восстановительной реакции в моноимин 1,2-дикарбонильного соединения. Из последнего образуется озазон:

Озазоны — кристаллические вещества желтого цвета с четкой Т_пл Реакция образования озазонов широко используется для установле­ния подлинности сахаров, а также для выделения их из смесей.

АНАЛИЗ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

Глюкоза (декстроза)

Подлинность. ФС в качестве испытания подлинности приводит ре­акцию окисления глюкозы реактивом Фелинга (химизм — см. с. 107).

Известны и другие чувствительные и специфические реакции на глюкозу, не включенные в НД. Так, преобразование глюкозы в ме- тилфурфурол является чувствительной реакцией, которая основана на получении фурфурола из глюкозы при действии концентриро­ванных серной или хлороводородной кислот с одновременным вза­имодействием фурфурола с каким-либо фенолом (резорцином, ти­молом, а-нафтолом) или ароматическим амином:

С меди (II) сульфатом глюкоза при подщелачивании (без нагре­вания!) образует растворимый фиолетово-синий комплекс; при сто­янии раствора происходит окислительно- восстановительная реак­ция с выделением Сu₂О. Таким образом, одновременно доказывается наличие и альдегидной, и спиртовых функциональных групп.

Регламентируется также определение удельного вращения. Из­мерение угла вращения проводят после прибавления к испытуемо­му раствору 2 капель раствора аммиака для предотвращения мутаротации.

Чистота, Статья ГФ на глюкозу включает стандартные испыта­ния: прозрачность и цветность раствора, кислотность, присутствие хлоридов, сульфатов, кальция, бария, декстрина, мышьяка. Раство­ры для инъекций дополнительно проверяют на пирогенность.

Количественное определение. ГФ не регламентирует количествен­ное определение субстанции. В препаратах глюкозы, в частности в растворах для инъекций, глюкозу определяют поляриметрически.

Сахароза

Сахароза является невосстанавливающим дисахаридом (олиго­сахаридом), так как образование гликозидной связи произошло за счет полуацетальных гидроксилов глюкозы и фруктозы. Поэтому сахароза не окисляется (в обычных условиях) реактивами Толленса и Фелинга. Сахароза — самый распространенный дисахарид, глав­ный источник углеводов в пище человека. В фармации сахарозу применяют в виде сиропа — средство для улучшения вкуса.

Подлинность. Как многоатомный спирт сахароза образует с ра­створом кобальта (И) нитрата в присутствии эквивалентного коли­чества натрия гидроксида комплекс фиолетового цвета.

Британская фармакопея (2001) регламентирует регистрацию ИК- спектра, а также ТСХ с использованием в качестве свидетелей стан­дартного образца сахарозы и других дисахаридов.

Чистота. Определение проводят так же, как у глюкозы.

Количественное определение не проводят.

Лактоза

Подлинность. У лактозы гликозидная связь образована между полуацетальным и спиртовым (С₄) гидроксилами, поэтому подлин­ность лекарственного вещества доказывают прибавлением при на­гревании реактива Фелинга. В результате выпадает кирпично-крас­ный осадок меди (I) оксида (химизм — см. с. 107).

Чистота, Определение проводят так же, как у глюкозы.

Окисление моносахаридов

Окисление до гликаровых кислот. В простых сахарах содержится большое число функциональных групп, которые могут быть окислены разнообразными агентами. Азотная кислота окисляет альдозы и кетозы до дикарбоновых кислот — гликаровых (или сахарных) кислот.

Так, из D-глюкозы образуется при этом D-глюкаровая кислота,

В результате подобной реакции происходит окисление первичных гидроксильных групп и альдегидных групп моносахарида.

Окисление до гликоновых кислот. Если взять более мягкий, чем азотная кислота, окисляющий реагент, окисление функциональных групп будет происходить избирательно. Бромная вода (Br₂/H₂O), например, окисляет только альдегидные группы альдоз до карбоксильных групп. Возникающие монокарбоновые кислоты называются гликоновыми или альдоновыми. Не редко реакцию проводят в присутствии небольших количеств оснований.

Под действием бромной воды D-глюкоза окисляется до D-глюконовой кислоты, выход которой может превышать более 75 %.

На самом деле при окислении образуется не сама гликоновая кислота, а соответствующий ей лактон. Следовательно, окислению подвергается не карбонильное, а полуацетальное соединение. Роль основания сводится к образованию алкоксид-аниона, атакующего бром. Затем происходит отщепление бромистого водорода по механизму Е₂. Ниже приведен пример подобных реакций.

α-D-Глюкопираноза окисляется медленнее β-аномера из-за неблагоприятных аксиальных взаимодействий в том конформере α-аномера, который необходим для протекания транс-элиминирования. В конформере β-аномера, который требуется для того, чтобы шла эта реакция, подобные взаимодействия не наблюдаются. Следовательно, β-аномер нуждается в меньшей энергии активации для транс-элиминирования, чем α-аномер.

Реактивы Бенедикта, Фелинга (фелингова жидкость) и Толленса окисляют альдозы до гликоновых кислот. Каждый из этих реактивов содержит катион металла, который восстанавливается альдозами (отсюда и название этих сахаров — восстанавливающие сахара).

Реактив Толленса готовят, смешивая растворы едкого натра и нитрата серебра, в результате чего выпадает осадок оксида серебра.

При осторожном добавлении водного раствора аммиака осадок растворяется и образуется ион Ag(NH₃)₂ + (в осадок не выпадает). Этот раствор и есть реактив Толленса.

Добавление альдозы к реактиву Толленса осаждает металлическое серебро, нередко в виде зеркального покрытия на стенках пробирки (откуда и название — реакция «серебряного зеркала»).

Фруктоза тоже дает положительную реакцию с реактивом Толленса_г хотя в ней нет альдегидной группы. Дело в том, что между глюкозой, маннозой ифруктозой существует равновесие, катализируемое основаниями. Это равновесие включает ендиол в качестве промежуточного продукта и известно под названием перегруппировки Лобри де Брюйна — ван Экенштейна.

Таким образом, с реактивом Толленса на самом деле реагирует не фруктоза, а образовавшиеся из нее под действием щелочи манноза и глюкоза.

Реактив Фелингаготовят, смешивая слабокислый раствор сульфата меди со щелочным раствором виннокислого калия-натрия (соль Рошеля). При нагревании раствора в присутствии альдегида (например, альдозы) выпадает красный осадок Сu₂О.

Такой же осадок выпадает в присутствии альдозы при использовании реактива Бенедикта,принцип действия которого, как и реактива Фелинга, основан на восстановлении двухвалентной меди до одновалентной и осаждении Сu₂О. Единственное различие между этими реактивами заключается в том, что в растворе Бенедикта двухвалентная медь стабилизирована в щелочном растворе цитрат-ионом.

Сахара в форме гликозидов не содержат свободной альдегидной группы и, следовательно, не реагируют с мягкими окисляющими агентами.

Окисление до гликуроновых кислот. Гликуроновые (уроновые) кислоты— это соединения, в которых концевая первичная гидроксильная группа моносахарида окислена до карбоксильной, в то время как карбонильная группа не претерпела никаких изменений. Их довольно трудно синтезировать в лаборатории, хотя они распространены в природных условиях, особенно D-глюкуроновая кислота.

Окислительная деградация сахаров. Окисление диолов проводится периодат. Эта реакция, которая часто используется при анализе углеводов, приведена ниже [5].