Качественные реакции на органические вещества

Лабораторный практикум по теме «Химический состав клетки»
1
Объекты и оборудование: пробирки, яичный белок, молоко,
концентрированная азотная кислота, раствор едкого натра и нашатырный
спирт, раствор медного купороса.
Качественные реакции на белки.
При изучении белков можно провести две цветные реакции –
биуретовую и ксантопротеиновую.
Биуретовую реакцию дают все белки, так как в результате образуется
комплекс меди с пептидной связью в молекуле белка. С помощью этой
реакции идентифицируются белки.
Проведение опыта. К 2 мл исследуемого белка приливают столько же
20%-го раствора щелочи и по каплям – медный купорос. После каждой капли
пробирка тщательно встряхивается. Появление фиолетового окрашивания
говорит о присутствии белка. Биуретовую реакцию можно провести с
молоком, яичным белком в сравнении. Во всех случаях результат будет
одинаков, что говорит о сходстве в строении белковых молекул.
Ксантопротеиновая реакция – это еще одна из цветных реакций на
белки, но в отличии от биуретовой реакции, ее дают не все белки, а лишь те,
которые содержат ароматические аминокислоты, часть которых является
незаменимыми для человека.
Цель этого опыта показать различие в аминокислотном составе белков
и определить степень их полноценности для питания. Опыт проводится на
тех же белках, что и биуретовая реакция.
Постановка и проведение опыта. К раствору яичного белка добавить
концентрированной азотной кислоты. Жидкость в пробирке нагреть – осадок
окрашивается в желтый цвет и растворяется. После охлаждения осторожно
добавить раствор аммиака или едкого натра – окраска становится оранжевой.
Реакция обусловлена образованием нитросоединений из ароматических
кислот. Такую же пробу проводят с молоком. На основании опыта можно
сделать вывод о различной полноценности белков по аминокислотному
составу. Биуретовую и ксантопротеиновую можно провести с белками
полученными из растительных тканей.
Реакции осаждения белков.
Белки в растворе и соответственно в организме сохраняются в
нативном состоянии за счет факторов устойчивости, к которым
относятся заряд белковой молекулы и гидратная оболочка вокруг нее.
Удаление этих факторов приводит к склеиванию молекул белков и
выпадению их в осадок. Осаждение белков может быть обратимым и
необратимым в зависимости от реактивов и условий реакции. В
клинической лабораторной практике реакции осаждения используют
для выделения альбуминовой и глобулиновой фракций белков плазмы
крови, количественной характеристики их устойчивости в плазме,
обнаружения белков в биологических жидкостях и освобождения от них
с целью получения без белкового раствора.
Необратимое осаждение белков.
Необратимое осаждение белков связано с глубокими нарушениями
структуры белков (вторичной и третичной) и потерей ими нативных
свойств. Такие изменения белков можно вызвать кипячением,
действием концентрированных растворов минеральных и органических
кислот, солями тяжелых металлов.
Осаждение при кипячении.
Белки являются термолабильными соединениями и при
нагревании свыше 50-60 градусов С денатурируются. Сущность
тепловой денатурации заключается в разрушении гидратной оболочки,
разрыве стабилизирующих белковую глобулу связей и развертывании
белковой молекулы. Наиболее полное и быстрое осаждение происходит
в изоэлектрической точке (когда заряд молекулы равен нулю),
поскольку частицы белка при этом наименее устойчивы. Белки,
обладающие кислыми свойствами, осаждаются в слабокислой среде, а
белки с основными свойствами - в слабощелочной. В сильнокислых или
сильнощелочных растворах денатурированный при нагревании белок в
осадок не выпадает, т.к. его частицы перезаряжаются и несут в первом
случае положительный, а во втором - отрицательный заряд, что
повышает их устойчивость в растворе.
Проведение опыта. В пробирки приливают по 10 капель раствора
яичного белка. Затем 1-ю пробирку нагревают до кипячения, при этом
раствор мутнеет, но т.к. частицы денатурированного белка несут заряд,
они в осадок не выпадают. Это связано с тем, что яичный белок имеет
кислые свойства (его изоэлектрическая точка 4,8) и в нейтральной среде
заряжен отрицательно; во вторую пробирку добавляют 1 каплю 1%
раствора уксусной кислоты и нагревают до кипячения. Белок выпадает в
осадок, т.к. его раствор приближается к изоэлектрической точке и белок
теряет заряд (один из факторов устойчивости белка в растворе); в 3-ю
пробирку добавляют 1 каплю 10% раствора уксусной кислоты и
нагревают до кипения. Осадка не образуется, т.к. в сильнокислой среде
частицы белка приобретают положительный заряд (сохраняется один из
факторов устойчивости белка в растворе); в 4-ю пробирку наливают 1
каплю раствора NaOH, нагревают до кипения. Осадок не образуется,
поскольку в щелочной среде отрицательный заряд белка увеличивается.
Осаждение белка солями тяжелых металлов.
Белки при взаимодействии с солями свинца, меди, ртути, серебра
и других тяжелых металлов денатурируются и выпадают в осадок.
Однако при избытке некоторых солей наблюдается растворение
первоначально образовавшегося осадка. Это связано с накоплением
ионов металла на поверхности денатурированного белка и появлением
положительного заряда на белковой молекуле.
Проведение опыта. В три пробирки вносят по 5 капель белка. В
первую добавляют 1 каплю медного купороса. В пробирке выпадает
осадок. Затем в пробирку добавляют 10 капель медногокупороса.
2
Объекты и оборудование: крахмальный клейстер, иод, фруктовый сок,
раствор едкого натра, раствор медного купороса.
Качественные реакции на углеводы.
Одно из свойств крахмала – это способность давать синюю
окраску при взаимодействии с йодом. Эту окраску легко наблюдать,
если поместить каплю раствора йода на срез картофеля или ломтик
белого хлеба. С помощью йода можно открыть самые незначительные
количества крахмала.
йод
+
I2
+
(желт.)
крахмал
=>
соединение темно-синего цвета
(C6H10O5)n => I2*(C6H10O5)n
(прозр.)
(синий)
К разбавленному раствору крахмала добавляем немного раствора йода.
Появляется синее окрашивание. Нагреваем синий раствор. Окраска
постепенно исчезает, так как образующееся соединение неустойчиво.
При охлаждении раствора окраска вновь появляется. Данная реакция
иллюстрирует обратимость химических процессов и их зависимость от
температуры.
Если более подробно, то...
Крахмал представляет собой природный полимер. Причем
крахмал не индивидуальное вещество, а смесь двух полимеров состава
(С6Н10О5)n –амилозы (10–20 %) и амилопектина (80–90 %), состоящих
из остатков a-D-глюкозы. В целом крахмал – это белое твердое
вещество без запаха и вкуса, малорастворимое в холодной воде.
При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение
включения (клатрат). Клатрат – это комплексное соединение, в
котором частицы одного вещества («молекулы-гости») внедряются в
кристаллическую структуру «молекул-хозяев». В роли «молекулхозяев» выступают молекулы амилозы, а «гостями» являются молекулы
йода. Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние
со стороны своего окружения (ОН-групп), в результате чего
увеличивается длина связи до 0,306 нм (в молекуле йода длина связи
0,267 нм). Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски
йода на сине-фиолетовую (lмакс 620–680 нм).
Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II).
Глюкоза содержит в своем составе пять гидроксильных групп и одну
альдегидную группу. Поэтому она относиться к альдегидоспиртам. Ее
химические свойства похожи на свойства многоатомных спиртов и
альдегидов. Реакция с гидроксидом меди (II) демонстрирует
восстановительные свойства глюкозы. Прильем к раствору глюкозы
несколько капель раствора сульфата меди (II) и раствор щелочи. Осадка
гидроксида меди не образуется. Раствор окрашивается в ярко-синий цвет. В
данном случае глюкоза растворяет гидроксид меди (II) и ведет себя как
многоатомный спирт. Нагреем раствор. Цвет раствора начинает изменяться.
Сначала образуется желтый осадок CuOН, который с течением времени
образует более крупные кристаллы Cu2O красного цвета. Глюкоза при этом
окисляется до глюконовой кислоты.
СН2ОН – (СНОН)4 – СОН + 2Сu(ОН)2 = СН2ОН – (СНОН)4 – СООН +
Сu2О↓+ 2Н2О
Вопросы по практической работе:
1. Как обнаружить белок, глюкозу и крахмал в разных продуктах?
2. Назовите, какие белки содержат молоко, яйца, мясо.
3. С помощью какой реакции можно подтвердить а) сходство белков; б) их
различия?
4. Почему происходит осаждение белковых молекул?
5. Объясните переход окраски осадков при проведении качественной реакции
на глюкозу.