Metodica n° 12: saggi di riconoscimento carboidrati – saggio di Fehling, di Tollens e di Seliwanoff

Richiami teorici

I carboidrati, dal punto di vista chimico, possono essere definiti come poliidrossialdeidi e poliidrossichetoni.

Si classificano in base alla loro struttura in monosaccaridi (semplici), disaccaridi (costituiti da due monosaccaridi uniti da un legame glicosidico) e polisaccaridi (costituiti da numerosi monosaccaridi uniti da legami glicosidici).

Esempi di monosaccaridi:

Glucosio e fruttosio sono due esosi poiché costituiti da 6 atomi di carbonio: il glucosio è un aldoso e il fruttosio è un chetoso.

In una soluzione acquosa i monosaccaridi sono generalmente in equilibrio con la forma ciclica emiacetalica che si forma per reazione di addizione nucleofila intramolecolare di un gruppo ossidrile con il gruppo carbonile.

La formazione di un disaccaride prevede l’unione di due monosaccaridi mediante legame glicosidico. Di seguito è possibile osservare due importanti disaccaridi: lattosio (galattosio e glucosio) e saccarosio (glucosio e fruttosio).

SAGGI DI TOLLENS E FEHLING: ZUCCHERI RIDUCENTI

L’ossidazione blanda degli zuccheri aldosi ossida l’aldeide ad acido carbossilico formando gli acidi aldonici.

I saggi degli zuccheri riducenti sono ossidazioni in ambiente basico (alcalino) che permettono di individuare in una soluzione la presenza di zuccheri ossidabili e che agiscono quindi da riducenti. I reattivi da noi usati per questo scopo sono i reattivi di Tollens e Fehling, che denominano i rispettivi saggi.

Per quanto riguarda i monosaccaridi teoricamente solo gli aldosi dovrebbero risultare positivi a questi test in quanto il gruppo chetonico non è ulteriormente ossidabile, ma in ambiente basico e a caldo gli idrossimetilchetoni, come il fruttosio, formano aldeidi per isomerizzazione alcalina: il fruttosio viene prima isomerizzato a glucosio e mannosio e poi, sotto questa forma, viene ossidato ad acido gluconico e mannonico.

Pertanto, anche i monosaccaridi chetosi risultano positivi ai test degli zuccheri riducenti.

Per quanto riguarda i disaccaridi la positività ai test dipende dalla presenza di una funzione emiacetalica nello zucchero stesso: in soluzione acquosa l’emiacetale si apre ricostituendo il gruppo aldeidico e la funzione può così essere ossidata (come nel caso del lattosio).

Se la funzione emiacetalica non è presente nel disaccaride (come nel caso del saccarosio) tale apertura non è possibile e pertanto non può avvenire nessuna ossidazione (test di Fehling e Tollens negativi).

SAGGIO DI TOLLENS

Consente di riconoscere gli zuccheri riducenti, poiché ossidati da ossidanti blandi come Ag+ che si riduce ad Ag; (tutti i monosaccaridi e i disaccaridi ad eccezione del saccarosio); reagiscono le aldeidi, aldosi e chetosi, ma non i chetoni.

Gli ioni argento ossidano il gruppo carbonilico delle aldeidi e degli zuccheri riducenti a ione carbossilato e, contemporaneamente, si riducono ad argento metallico, dando origine alla precipitazione di un solido scuro accompagnata, se la provetta è sufficientemente pulita e sgrassata e se la reazione è sufficientemente lenta, dalla formazione di uno specchio d’argento.

SAGGIO DI FEHLING

Consente di riconoscere gli zuccheri riducenti, poiché ossidati da ossidanti blandi come Cu2+ che si riduce a Cu2O; (tutti i monosaccaridi e i disaccaridi ad eccezione del saccarosio); reagiscono le aldeidi, aldosi e chetosi, ma non i chetoni.

Il reattivo, formato da due reagenti (Fehling A: soluzione acquosa di solfato rameico; Fehling B: soluzione acquosa di tartrato di sodio e potassio e idrossido di sodio), presenta un’intensa colorazione blu; a contatto con zuccheri riducenti a caldo questi ultimi ossidano Cu2+ a Cu2O solido di colore rosso mattone.

SAGGIO DI SELIWANOFF: ALDOSI/CHETOSI

Il principio su cui si basa il saggio è la differente reattività della funzione aldeidica (caratteristica degli zuccheri aldosi) rispetto alla funzione chetonica (caratteristica degli zuccheri chetosi) con il reattivo di Seliwanoff (soluzione acquosa di resorcina in H2O + HCl concentrato).

L’ambiente acido, fornito dall’acido cloridrico concentrato, assieme al calore promuove la deidratazione dello zucchero a furfurale (per i chetopentosi) o ad idrossimetilfurfurale (per i chetoesosi), reazione che non avviene per gli aldosi, o comunque impiega molto più tempo per avvenire. Il gruppo aldeidico del furfurale reagisce col resorcinolo dando un intermedio che, a sua volta, si ossida ciclizzandosi in modo da ottenere la molecola finale, che dà il colore caratteristico alla soluzione con esito positivo.

Metodica di laboratorio

  • Scopo dell’esperienza:

    • Riconoscimento zuccheri riducenti: saggio di Fehling, saggio di Tollens (svolto dall’insegnante).
    • Riconoscimento zuccheri aldosi/chetosi: saggio di Seliwanoff.
  • Materiale occorrente:

    • Reattivo di Fehling. Il reattivo è composto da due soluzioni A e B da mescolare al momento dell’uso. La soluzione A contiene CuSO4, la soluzione B contiene tartrato di sodio e NaOH.
    • Reattivo di Tollens. Il reattivo è composto da una soluzione ammoniacale di AgNO3 che contiene il complesso Ag(NH3)2+.
    • Reattivo di Seliwanoff. Il reattivo è composto da una soluzione acquosa di resorcina in H2O + HCl concentrato.
    • provette e portaprovette
    • pipette
    • bagnomaria e piastra per riscaldamento
  • Liquidi da testare: soluzioni all’1% di glucosio – fruttosio – saccarosio – lattosio.
  • Valutazione dei rischi: i reattivi di Fehling e Seliwanoff sono irritanti e nocivi se ingeriti, possono provocare irritazione cutanea e oculare; indossare camice, guanti e occhiali di protezione; lo smaltimento dei rifiuti deve essere fatto dall’insegnante; non effettuare l’esperienza o passaggi di quest’ultima in assenza dell’insegnante.
  • Procedimento:

    Saggio di Fehling:

    Porre in una provetta 3 mL di soluzione della soluzione del carboidrato all’1%, aggiungere 1 mL di reattivo di Fehling A e 1 mL di Fehling B scaldare a bagnomaria a 60-70°C.

    Il tartrato ha la funzione di complessare il Cu2+ che altrimenti precipiterebbe come idrossido prima di reagire. La specie ossidante è il Cu2+, che si riduce a Cu+ precipitando come ossido di rame Cu2O rosso. La formazione di un precipitato rosso indica la presenza di zuccheri ossidabili (quindi riducenti) nella soluzione.

    Saggio di Tollens (solo insegnante):

    Porre in una provetta 2 mL di soluzione di glucosio al 1%, aggiungere 2-3 mL di reattivo di Tollens facendolo correre sulle pareti della provetta.

    Il reattivo di Tollens si prepara al momento mescolando volumi uguali di soluzione al 5% m/m di AgNO3 e di soluzione 2M di NaOH per formare una sospensione marrone di Ag2O in acqua, a cui si aggiunge goccia a goccia, agitando dopo ogni aggiunta, una soluzione di NH3 al 10% fino allo scioglimento della sospensione.

    La specie ossidante è lo ione Ag+ che si riduce ad Ag metallico e precipita sotto forma di specchio sulla superficie interna della provetta in caso di saggio positivo.

    Saggio di Seliwanoff:

    Porre in una provetta 1 mL di soluzione del carboidrato all’1%, aggiungere 2 mL di reattivo di Seliwanoff e scaldare a bagnomaria a 60-70°C.

    Dopo almeno 5 minuti la comparsa di un rosso ciliegia indica la presenza in soluzione di uno zucchero chetoso (esito positivo). In caso di assenza di tale tipologia di zucchero la soluzione resta incolore e l’esito è pertanto negativo.

    Il saccarosio nelle condizioni sperimentali (ambiente acido e riscaldamento) subisce l’idrolisi del legame glicosidico scindendosi nei due monosaccaridi di cui è formato, glucosio e fruttosio, dando risultato positivo al saggio.

  • Dati e tabelle:

Saggio di Fehling Saggio di Tollens Saggio di Seliwanoff
Glucosio
Fruttosio
Saccarosio
Lattosio
  • Osservazioni: