Laboratorio 2 Glucidos

 

Cátedras Química II - Bioingeniería –  Depto.  Depto. de Electrónica y Automática Fac. de Ingeniería –  UNSJ  UNSJ 

Departamento de Electrónica y Automática  Facultad de Ingeniería  Universidad Nacional de San Juan  

QUÍMICA II GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS Laboratorio Nº2 

Glúcidos 

Bioingeniería 

Año 2017

 

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Trabajos Prácticos de laboratorio Glúcidos 

Los glúcidos son las biomoléculas más abundantes de la tierra. Ciertos glúcidos son fundamentales en la dieta humana en la mayor parte del mundo, y la oxidación de ellos es la principal ruta de obtención de de energía en la mayoría de las células no fotosintéticas. Los polímeros insolubles de los glúcidos, los glucanos, actúan como elementos estructurales y de protección en las paredes celulares de las bacterias y las plantas y en los tejidos conjuntivos de los animales. Otros polímeros de glúcidos lubrican las articulaciones oseas y participan en el reconocimiento y adhesión celular. Los polímeros complejos de glúcidos unidos covalentemente a proteínas o lípidos, actúan de señal de localización intracelular o de destino metabólico de estas moléculas hibridas denominadas glucoconjugados. Los glúcidos son polihidroxi aldehídos o cetonas. c etonas. Existen tres clases principales de glúcidos según su tamaño: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Monosacaridos

Los monosacáridos son azucares simples consisten de polihidroxialdehídos (aldosas) o polihidroxicetona (cetosas).

en

una

sola

unidad

Los monosacáridos son sólidos, incoloros y cristalinos, solubles en agua e insolubles en disolventes no polares. La mayoría tiene sabor dulce. Los monosacáridos mas sencillos son las dos triosas de tres carbonos: el gliceraldehido, una aldotriosa, y la dihidroxicetona, una cetosa. Los monosacáridos que tienen cuatro cinco, seis y siete atomos de carbono se denominan tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas. La aldohexosa D-glucosa y la cetohexosa D-fructosa son los monosacáridos mas comunes en la naturaleza. Las aldopentosas D-ribosa y 2-desoxi-D-ribosa son componentes de los nucleótidos y acidos aci dos nucleicos. Las aldotetrosas y todos los monosacáridos con cinco o más átomos de carbonos suelen encontrarse en disolución acuosa en forma de estructuras cíclicas. La formación de estas estructuras cíclicas es el resutado de una reacción entre los alcoholes y los aldehídos o las cetonas para formar los hemiacetales o hemicetales, que contiene un átomo asimétrico adicional y pueden, existir en dos formas estereoisoméricas. Por ejemplo, la D-glucosa en disolución se presenta ccomo omo u hemiacetal intramolecular en el que el grupo OH libre de C-5 ha reaccionado con C-1 aldehídico, que se convierte en asimétrico y da lugar a los estereoisómeros desinados α y β o también llamados anómeros. Estos compuestos cíclicos de seis atomos de carbono se denominan piranosas y los de cinco átomos se llaman l laman furanosas. Los organismos tienen numerosos derivados de llas as hexosas. Las hexosas simples como la glucosa, la galactosa y la manosa, existen en una serie de derivados de azucares en los que el grupo OH del compuesto original fue reemplazado por otro sustituyente o bien uno de los átomos del carbono se encuentra oxidado en forma de grupo carboxílico. En la glucosamina, galactosamina y manosamina, el grupo OHesta del C-2 del compuesto se halla tal reemplazad reemplazado o por unengrupo amino. El grupo aminoEstos casi siempre condensado con original ácido acético, como sucede la N-acetilglucosamina.

 

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compuestos forman parte de muchos polímeros estructurales, sobre todo de la pared celular de las bacterias. Los monosacáridos son agentes reductores, por lo tanto pueden ser oxidados por agentes oxidantes relativamente suaves tales como el ion cúprico (Cu2+) Disacáridos

disacáridosque están por dos covalentemente un enlace Los O-glucosídico, se formados forma cuando un monosacáridos grupo -OH de unidos un azúcar reacciona conmediante el carbono anomerico de otro. Esta reacción da lugar a la formación de un acetal a partir de un hemiacetal y un alcohol. El compuesto resultante se llama glucósido, como por ejemplo maltosa, sacarosa, lactosa. Los enlaces glucósidos se hidrolizan hidrolizan con facilidad po porr acción de ácidos pero son resistentes la hidrólisis básica. Cuando el carbono anomerico participa en un enlace glucosidico, el residuo de azúcar que lo contiene se convierte en un azúcar no reductor. El disacárido maltosa se forma industrialmente por la acción de la amilasa sobre el  almidón.  almidón.   Algunas de las características de la maltosa es ser soluble en agua, difícilmente soluble en el alcohol. La maltosa está formada por dos residuos D-glucosa unidos mediante un enlace glucosídico entre el C1 y el C4 de otro. La maltosa es reductor porque tiene un carbono anomerico libre. El disacárido lactosa, que da lugar a D-galactosa y D-glucosa por hidrólisis, se encuentra en la leche. El carbono anomerico del residuo de glucosa puede ser oxidado, por ende es un azúcar reductor. Su nombre abreviado seria Gal(β14)Glu, donde el grupo OH del C4 de la glucosa se condensa con el hemiacetal intramolecular de la galactosa, eliminando agua. La sacarosa es un disacárido de glucosa y fructosa. Se sintetiza en plantas y se extrae principalmente de la caña y remolacha. Al contrario de la maltosa y la galactosa, la sacarosa no tiene ningún carbonos anoméricos libre, los dos carbonos anomericos se encuentran formando el enlace glucosídico. Por lo tanto la sacarosa es un azúcar no reductor. Su forma abreviada seria Glc(α1β2)Fru o Fru(β2α1)Glc es indistinto de la forma que se la nombre ya que en el enlace participan los dos carbonos anoméricos de las dos moléculas.

α-D-galactopiranosil-(1 4)-D-glucopiranosa

β-D-galactopiranosil-(1 4)4)-β β-D-glucopiranosa

 

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β-D-D-fructofuranosil fructofuranosil α-D-glucopiranósido α-D-glucopiranósido

Polisacáridos

Los polisacáridos también denominados glucanos, difieren entre sí en la naturaleza de sus unidades monoméricas repetitivas, en la longitud de la cadena, en los tipos de enlace que se forman entre las unidades y en su grado de ramificación. Los homopolisácaridos contienen único tipo de monómero, y los heteropolisácaridos contienen dos o más tipos diferentes.

1.- Homopolisacaridos Algunos homopolisácaridos son formas de almacenamiento de monosacáridos que se usa como combustible biológico; el almidón y el glucógeno son homopolisacaridos de glucosa. Los polisacáridos de reserva más importantes de la naturaleza son el almidón de las células vegetales y el glucógeno de las células animales. Ambos polisacáridos se encuentran en el interior de la célula formando agregados o gránulos de gran tamaño. El almidón contiene dos tipos de de polímeros de glucosa, la amilosa y la amilopectina. El primero consiste en cadenas largas sin ramificar de residuos de D-glucosa conectados por enlaces α14. Por otro lado la amilopectina está altamente ramificada. Los enlaces glucosídicos que unen los residuos sucesivos de glucosa en la cadena de amilopectina son del tipo α14; los puntos de ramificación (presentes cada 24 a 30 residuos) son enlaces α16. El glucógeno es el polisacárido de reserva más importante de las células animales. Está formado por subunidades de glucosa unidas por enlaces α14 y ramificaciones α1 6 (cada ocho a doce residuos), pero el glucógeno mas ramificado. Es especialmente abundante en hígado y también se encuentra en el musculo esquelético.

 

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a)  Algunos homoplisacaridos tienen función estructural. La celulosa, una sustancia fibrosa, resistente e insoluble en agua, se encuentra en las paredes celulares de las plantas en particular en cañas, tallos, troncos y en todos los tejidos vegetales leñosos. Al igual que la amilosa. Pero los residuos de glucosa de la celulosa tienen configuración β (β1   4). Esta diferencia en el enlace hace que la estructura y las propiedades físicas de la celulosa y la amilosa sean tan diferentes. El glucógeno y almidón que se ingieren con la dieta son hidrolizados por la α-amilasa y glucosidasas, enzimas contenidas en la saliva e intestino.

1.- Heteropolisacaridos Heteropolisacaridos Los componentes rígidos de las paredes bacterianas es un heteropolímero de unidades de Nacetilglucosamina y acido N-acetilmuramico alternadas unidas por enlaces β1 4. Los espacios celulares de los tejidos de animales multicelulares está ocupado por un material gelatinoso, la matriz extracelular, también llamada sustancia basal, que mantiene unidas la células y forma un medio poroso para la difusión de nutrientes y oxigeno hacia las células individuales. La matriz extracelular que rodea a los fibroblastos y otras células del tejido conectivo está compuesta por una compleja red de moléculas de heteropolisacáridos interconectadas y de proteínas fibrosas. Estos heteropolisacaridos, los glucosaminoglucanos, son una familia de polímeros lineales compuestos por unidades repetitivas de disacáridos. Uno de los monosacáridos es siempre la N-acetilglucosamina o la N-acetilgalactosamina; el otro acido glucuronico o L-iduronico. Algunos glucosaminoglucanos tienen grupos sulfatados esterificados. El glucosaminglucano hialuronano contiene unidades alternadas de acido D-glucuronico y Nacetilglucosamina. Con hasta 50.000 repeticiones de la unidad disacáridos básicas forma disoluciones transparentes y muy viscosas que sirven como lubricante en el líquido sinovial de las articulaciones y confieren consistencia gelatinosa al humor vítreo del ojo de los vertebrados. El hialuronano es componente esencial de la matriz extracelular de cartílagos y tendones, a los que dota de resistencia a la tensión y elasticidad. Otros glucosaminglucanos se diferencian de los hialuronanos en tres aspectos: generalmente son polímeros mucho más cortos, están unidos covalentemente a proteínas específicas y una de las dos unidades monoméricas son diferentes. El sulfato de condroítina contribuye a la resistencia a la tensión de los cartílagos, tendones, ligamentos y paredes de la aorta. El sulfato de dermatán contribuye a la flexibilidad de la piel y también está presente en los vasos sanguíneos y en las válvulas cardiacas. Los sulfatos de queratán están presentes en la cornea, los cartílagos, los huesos y en diversas estructuras corneas formadas por células muertas: cuernos pelos, pezuñas, uñas y garras. El sulfato de heparán es producido por todas las células animales y contiene ordenamientos variables de azucares sulfatados y no sulfatados.

OBJETIVO Mediante técnicas sencillas de laboratorio determinar qué tipo de glúcidos o azucares están presentes en determinados alimentos de consumo humano.

 

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A. REACCION DE FELING El reactivo de Fehling, también conocido como Licor de Fehling, es una disolución descubierta por el químico alemán Hermann von Fehling y que se utiliza como reactivo para la determinación de azúcares reductores. El licor de Fehling consiste en dos soluciones acuosas:    

Sulfato de cobre cristalizado, 35 g y agua destilad hasta 1.000 mL. Sal de Seignette o Tartrato mixto de potasio y sodio 150 g, solución de hidróxido de sodio al 40 %, 3 g y agua hasta 1.000 mL.

Ambas se guardan separadas hasta el momento de su uso, para evitar la precipitación del hidróxido de cobre. El ensayo con el licor de Fehling se ffundamenta undamenta en el poder reductor del grupo carbonilo de los l os aldehídos. Éste se oxida a ácido y reduce la sal de cobre en medio alcalino a óxido de cobre, formando un precipitado de color rojo. Por lo que la solución de un color azul intenso (CuSO4) se torna roja y precipita. La sacarosa es un disacárido que no posee carbonos anoméricos libres por lo que carece de poder reductor y la reacción con la solución de Fehling es negativa. Cupritartatro de sodio + CH2OH(CHOH) nCHO + H2O  CH2OH(CHOH)nCOONa + 4COONa(CHOH)nCOONa + Cu2O + 3NaOH

B. Reactivo de Tollens: El complejo diamina-plata(I) es un agente oxidante, reduciéndose a plata metálico, que en un tubo de ensayo limpio, forma un "espejo de plata". Éste es usado para verificar la presencia de aldehídos, que son oxidados a ácidos carboxílicos. El reactivo de Tollens puede ser usado para discernir si el compuesto es una cetona una cetona o un un aldehído.  aldehído. Si  Si el reactivo es un aldehído, el test de Tollens resulta en un espejo de plata. 2AgNO3 + 2NH4OH Ag2O + 2NH4 NO3 + H2O Ag2O + 4NH4OH 2Ag(NH3)2OH + 3 H2O

 

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C. Prueba del azul de metileno Esta experiencia se basa en el comportamiento oxido-reduccion (redox) de una molécula ampliamente utilizada como colorante en la actualidad y antiguamente usada como antiséptico: el azul de metileno. Este compuesto presenta en su forma oxidada un color azul muy intenso, mientras que en su forma reducida es incoloro. En la práctica se emplea también glucosa como reductor (el grupo hemiacetálico de la β-D-Glucopiranosa en agua puede abrirse y dar lugar a un grupo aldehído con caracter reductor). En una solución de glucosa y azul de metileno se produce la decoloración paulatina de la mezcla según tiene lugar una reacción redox del tipo:

azul de metileno (ox) + glucosa (red) ----> azul de leucometileno (red) + ácido glucurónico (ox) Sin embargo, cuando este equilibrio se rompe por la agitación de la mezcla (entra oxígeno en el medio) se produce la reoxidación del azul de leucometileno, volviendo al color azul inicial. Cuando cesa la agitación y la incorporación de oxígeno a la mezcla, la reacción de reducción del azul de metileno vuelve a darse (siempre y cuando haya exceso de glucosa) y la disolución vuelve a perder el color.

D. Prueba del yodo (Lugol)  (Lugol) 

Vista esquemática de una hélice de amilosa, con iones I3−  embebidos.

Es una reacción una químicacon usada paraproduciendo determinar la o alteración de almidón. de  almidón.   Una Una solución  solución de yodo (I reacción  almidón unpresencia color color púrpura  púrpura profundo. 2+KI) - reacciona con almidón Esta reacción es el resultado de la formación de cadenas de poliyoduro a partir de la  reacción del almidón con el yodo el yodo presente en la la solución  solución de un un reactivo  reactivo llamado llamado Lugol.  Lugol.   La La amilosa,  amilosa,   el componente del almidón de cadena lineal, forma hélices donde se juntan las moléculas de yodo, formando un color azul oscuro a negro. La amilopectina, La amilopectina,ll componente del del almidón  almidón de cadena ramificada, forma hélices mucho más cortas, y las moléculas de yodo son incapaces de juntarse, obteniéndose un color entre naranja y amarillo. Al romperse o hidrolizarse o hidrolizarse el almidón en unidades más pequeñas de carbohidrato, el color azul-negro desaparece. En consecuencia, esta prueba puede determinar el final de una hidrólisis, cuando ya no hay cambio de color constituyendo una evidencia experimental ampliamente utilizada. La solución de yodo también reacciona con el glucógeno, el glucógeno, aunque  aunque el color producido es más castaño y mucho menos intenso. 

 

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Propiedades de los monosacáridos: GLUCOSA Material: tubos de ensayo, gradilla, pipeta, pinza de madera, mechero, varilla de vidrio Sustancias: glucosa, reactivos de Fehling, solución diluida de azul de metileno, solución de NAOH, H2O destilada. Procedimiento:   Observar el estado de agregación y el color de glucosa. Colocar una pequeña porción en la lengua para percibir el sabor.   Colocar en un tubo de ensayo glucosa hasta 1 cm de altura. Tomar el tubo con la pinza de madera y llevar a la llama del mechero. Observar las transformaciones que ocurren. ¿Se pueden identificar algunas de las sustancias que se forman?

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  Colocar en un tubo de ensayo 10 ml de agua y agregar dos puntas de espátula de glucosa. Agitar con la varilla de vidrio. ¿Qué se puede decir de su solubilidad? Guardar esta solución para los siguientes ensayos

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a)  a)  Reacción de azul de metileno   En un tubo de ensayo colocar la mitad de la solución de glucosa obtenida   Agregar 2 ml de solución de NAOH y tres a cuatros gotas de azul de metileno   Calentar suavemente y solo hasta que la coloración azul desaparezca   Dejar enfriar bajo el agua fría del surtidor   Agitar el tubo y observar el cambio producido   ¿Qué causa la decoloración del colorante? 

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b)  b)  Reacción de Fehling   Colocar mismode tubo de ensayo 2 ml de solución de Fehling A y 2 ml de Fehling B. Agregar el resto deen la el solución glucosa y calentar   Observar los cambios producidos   ¿Qué grupo funcional orgánico causa esta transformación? 

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  ¿Qué compuesto química es el producto solido formado?

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c) c)   test de Tollens   Preparación del reactivo de Tollens: T ollens: añadir  añadir 2 gotas de una disolución de NaOH al 5% a 1 ml de disolución acuosa de AgNO3 al 5%. Agitar el tubo y añadir gota a gota y con agitación NH4OH 2N, hasta que se consiga disolver el precipitado de AgOH, que previamente se había formado  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..  

Nota: Este reactivo debe almacenarse en un recipiente opaco, ya que puede alterarse por la   Nota: Este acción de la luz. Además, hay que tener mucha precaución con él, ya que las soluciones de óxido de plata, si se dejan dej an secar, forman unos cristales negros que son altamente explosivos (plata fulminante).

Procedimiento: En tres tubos de ensayo poner, respectivamente 1 ml del reactivo de Tollens y a   Procedimiento: En continuación añádele a cada uno 1 ml de cada una de las sustancias que aparecen en la tabla. Se calientan todos los tubos de ensayo al "baño María" sin agitar durante unos 20 minutos. Es importante que no agites los tubos de ensayo para facilitar la formación de un precipitado de espejo de plata.

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Compuesto Acetona Glucosa Sacarosa

Observaciones

Propiedades de los disacáridos: SACAROSA Materiales: gradilla con tubos de ensayo, vaso de precipitados, pinza de madera, varilla de vidrio, pipeta, trípode con tela metálica Sustancias: reactivos de Fehling, acido HCl concentrado, sacarosa Procedimiento: l a sacarosa: color, aspecto, sabor   Observar los caracteres físicos de la   Calentar una pequeña porción de la muestra en un tubo de ensayo. Observar el resultado. Acercar la base del tubo a la llama ¿Qué fenómeno acurre? ¿Qué residuo a quedado en el fondo?

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  En un tubo de ensayo colocar 5 ml de agua y agregar dos puntas de espátula de sacarosa. Agitar con la varilla de vidrio. Observar la solubilidad.   Con la solución obtenida en el ensayo anterior, realizar la reacción de Fehling con la técnica indicada para la glucosa ¿Qué observa? ¿Qué conclusión se obtiene?

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Hidrólisis o inversión de la sacarosa

 

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En un vaso de precipitado colocar 10 ml de agua y 2 puntas de espátula de sacarosa Agregar 3 o 4 gotas de HCl concentrado, usando una pipeta o frasco gotero Colocar el vaso sobre un trípode con tela metálica Calentar muy suavemente de modo que hierva durante cinco minutos, pero evitando la evaporación exagerada de agua   Dejar enfriar y practicar nuevamente la reacción de Fehling   ¿Qué resultados se obtuvo ahora? ¿A qué se debe?

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  Escribir una ecuación que interprete el hecho producido

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Propiedades de los polisacáridos: ALMIDÓN Materiales: tubos de ensayo y gradilla, varilla de vidrio, vaso de precipitados mediano y grande, cuchillo, rallador, tela para filtrar (lienzo) Sustancias: HCl concentrado, reactivo de Lugol (I 2 iodo sólido + IK) una capa Procedimiento: a)  a)  Extracción de Almidón   Lavar y pelar la papa. Rallarla y colocar el líquido y la papilla que se forma en un vaso de precipitados.   Agregar 100 ml de agua removiendo con una varilla   Tamizar a través de la tela, recogiendo el filtrado en otro vaso de precipitados.   Dejar este último en reposo para que sedimenten las partículas de almidón.   Inclinar con cuidado el vaso para que decante el líquido sobrenadante, que se desecha. El resto es almidón

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b)  b)  Propiedades de Engrudo de Almidón   En un vaso de precipitados colocar 50 ml de agua y calentar a ebullición   Mientras tanto, agregar 10 ml de agua fría al almidón y agitar con la varilla para formar una suspensión.   Agregar esa suspensión al agua en ebullición.   Agitar con cuidado hasta que aparezca una solución opalescente, que es el engrudo de almidón.

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c) c)   Caracterización del Almidón        

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Colocar en un tubo de ensayo 3 ml de engrudo de almidón Agregar unas gotas de solución Lugol Lugol   Observar la coloración Calentar a la llama y observar

  Enfriar el tubo bajo un chorro de agua fría. Observar d)  d)  Hidrólisis ácida seriada

 

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En un vaso de precipitados grande colocar agua a calentar, que servirá como baño maría En 6 tubos de ensayo colocar 5 ml de engrudo de almidón con 3 gotas de HCl concentrado. Colocar en el baño, con el agua hirviendo Los tubos se retiran del baño a los: 5, 10, 15, 20, 25 y 30 minutos, respectivamente Al retirar cada tubo, enfriar y agregar 3 gotas del reactivo de Lugol Lugol   ¿A qué se deben las diferencias que presentan cada tubo?

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COMPLETAR:   En un cuadro los resultados obtenidos considerando: color, estado, sabor, COMPLETAR: comportamiento en el calor, solubilidad en agua, poder reductor.   Características Color Olor Sabor Aspecto/Estado Solubilidad en agua Comportamiento con el calor Poder reductor Reacción con azul de metileno Reacción de Fehling Reacción de Lugol Reacción de Tollens

GLUCOSAS

SACAROSA

ALMIDON