Carbohidratos

1.- Objetivos

- Conocer algunas de las propiedades químicas de los carbohidratos.- Determinar las diferencias entre monosacáridos y polisacáridos.- Determinar las diferencias entre aldosas y cetosas.- Determinar las diferencias entre hexosas y pentosas.

2.- Resumen

Se utilizaron diferentes carbohidratos (glucosa, fructosa, arabinosa, galactosa, maltosa, sacarosa, lactosa, almidón y goma arábiga) para someterlos a pruebas de identificación de carbohidratos como: Molish, Antrona, Benedict, Nylander, Barfoed, Saliwanoff, Bial, hidrólisis y prueba de ácido múcico, con el fin de determinar las diferencias de reactividad química entre los diferentes tipos de carbohidratos. Se encontró que las pruebas de diferenciación son del tipo colorimétricas y permiten diferenciar entre aldosas y cetosas como la prueba de Saliwanoff; entre hexosas y pentosas como la reacción de Bial; entre azucares reductores y no reductores como las pruebas de Benedict y Nylander.

3.- Introducción

CarbohidratosSon polihidroxialdehidos o polihidroxicetosas, o compuestos que por hidrólisis se transforman en estas. Los carbohidratos que no puede hidrolizase en compuestos más simples se denominan monosacáridos. Los monosacáridos poseen  fórmula empírica (C H 2O)n donde 3 ≤ n ≤ 6. Se nombran haciendo referencia al número de carbonos con terminación -osa. Los monosacáridos son azúcares reductores, ya que dan positivo a la reacción con reactivo de Fehling, a la reacción con reactivo de Tollens, a la Reacción de Maillard y la Reacción de Benedict. Los monosacáridos se pueden clasificar de acuerdo a la posición del grupo carbonilo, por lo tanto pueden ser aldosas o cetosas. De acuerdo al número de carbono pueden ser triosas, tetrosas, pentosas y hexosas [1].

Los carbohidratos que por hidrólisis producen dos moléculas de monosacáridos se conocen como polisacáridos. Los polisacáridos cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales. Tienen un peso molecular muy elevado y variable, que depende del número de unidades de monosacáridos que participen en su estructura, este número es casi siempre indeterminado.

4.- Parte Experimental

Materiales y equipo:- Placa de calentamiento.- Soporte universal- Pinza para buretas

- Bureta de 50 mL- Vasos de precipitación de 400

mL

- Tubos de ensayo de 13 mm - Tubos de ensayo de 18 mm

Reactivos:- Reactivo de Molish - Reactivo de Antrona - Reactivo de Benedict - Reactivo de Nylander - Reactivo de Barfoed- Reactivo de Saliwanoff - Reactivo de Bial - Agua destilada - Ácido sulfúrico concentrado- Hidróxido de bario- Ácido sulfúrico 2N- Hidróxido de sodio 2N

- Ácido nítrico concentrado - Arabinosa- Glucosa- Galactosa - Fructosa- Maltosa- Sacarosa - Lactosa- Almidón - Goma arábiga- Muestra D

4.- ProcedimientoPRUEBAS DE IDENTIFICACIÓN

Prueba de MolishColocar en tubos de ensayo aproximadamente 2 mL de las muestras y gotas del reactivo de Molish. Añadir 1 mL de ácido sulfúrico concentrado. Apreciar el anillo púrpura que se forma en la zona de contacto.

Prueba de Antrona Repetir el ensayo anterior pero esta vez colocar el reactivo de antrona. Agitar y observar la aparición de una coloración verde-azulosa.

PRUEBAS DE CARACTERIZACIÓN

Reacción de azúcares reductores

Reactivo de Benedict Colocar de 2 mL del reactivo de Benedict en un tubo de ensayo. Añadir 1 mL de las muestras, mezclar y llevar a baño maría. Anotar el tiempo de reacción hasta la aparición de un precipitado rojo.

Reactivo de NylanderRepetir el ensayo anterior, esta vez con 2 mL del reactivo de Nylander. Verifique la reacción en frío y luego a baño maría. La formación de un precipitado negro de se reportará como positiva.

Diferenciación entre monosacáridos y disacáridos

Prueba de Barfoed

Colocar en los tubos que contienen las muestra y el blanco, 2 mL del reactivo de Barfoed, mezclar y llevar a baño maría. Tomar el tiempo de reacción para la formación de un precipitado rojo

Diferencia entre cetosas y aldosas

Prueba de SaliwanoffColocar 2 mL del reactivo de Saliwanoff en los tubos para las muestras y el blanco. Añadir las muestras, agitar y llevar a baño maría. Observar el cambio de coloración de las cetosas

Conversión de aldosas a cetosas y viceversa en solución alcalina débil

A 0.5 ml. de una solución de hidróxido de bario añadir 0.5 ml. de una solución de fructosa 0.01M

A 0.5 ml. de agua destilada añadir 0.5 ml. de solución de fructosa 0.01M A0.5 ml. de una solución de hidróxido de bario añadir 0.5 ml. de una

solución de glucosa 0.01M A 0.5 ml. de agua destilada añadir 0.5 ml. de solución de glucosa 0.01M A 0.5 ml. de una solución de hidróxido de bario añadir 0.5 ml. de una

solución de lactosa 0.01M A 0.5 ml. de agua destilada añadir 0.5 ml. de solución de lactosa 0.01M

Agitar y a cada tubo añadir 1 mL de tolueno, tapar con papel de parafina y dejar en reposo hasta por una semana. Hacer ensayos con el reactivo de Saliwanoff con las soluciones de cada tubo..

Prueba para pentosas y polisacáridos de pentosas

Prueba de BialColocar 2 mL del reactivo de Bial en los tubos, añadir las muestras, mezclar y colocarlas a baño maría hirviente por 2 minutos. Retirar los tubos y dejar enfriar a temperatura ambiente. Observar y anotar los resultados.

Hidrólisis ácida de un polisacárido

Tomar dos tubos de ensayo de 18 cm. y añadir a cada uno 5 ml de una solución de almidón al 1% y añadir al primer tubo 5ml. de ácido sulfúrico 2N desde una bureta. Colocar los dos tubos en baño maría por 30 minutos. Enfriar los tubos y añadir al primero 5 ml. de NaOH 2N desde una bureta. Realizar la prueba de Benedict con las soluciones de los dos tubos.

Prueba del ácido múcico

Colocar respectivamente en tres tubos de ensayo 1 mL de soluciones de galactosa, lactosa y maltosa al 10%. Añadir a cada tubo 1 mL de ácido nítrico concentrado. Calentar los tres tubos a baño maría hirviente por 90

minutos Añadir 5 ml. de agua destilada a cada tubo y dejar en reposo por una semana. Observar los cristales en forma de agujas donde se haya formado ácido múcico.

5.- Resultados

Pruebas de caracterizaciónLa Tabla 1 contiene los resultados de las pruebas de caracterización de los carbohidratos estudiados indicando (+) para pruebas positivas y (-) para pruebas negativas.

Tabla 1. Pruebas de caracterización de carbohidratosCarbohidrato Prueba

Molish Antrona Benedict Nylander Barfoed Saliwanoff BialArabinosa + + + 4,59 [min] + + +Fructosa + + + 3,52 [min] + + +Galactosa + + + 7,49 [min] + + -Glucosa + + + 3,30 [min] + + -Maltosa + + + 7,19 [min] + -Sacarosa + + - - - +Lactosa + + + 7,34 [min] + -Goma arábiga + + - - -Almidon + + - - -Agua - - - - - - -Muestra problema D

+ + 9,00 [min] - - -

La Tabla 2 contiene las características físicas que presentan los diferentes carbohidratos frente a las diferentes pruebas de caracterización.

Tabla 2. Características de las pruebas de caracterización

Carbohidrato

PruebaMolish Antrona Benedict Nylander Barfoed Saliwanoff Bial

Arabinosa

Anillo violeta en

la interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Precipitado rojizo Solución

amarillaPrecipitado rojo

-----Coloración azul

Fructosa Anillo violeta en

la interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Precipitado rojizo

Solución amarilla

Precipitado rojo

Coloración rosada - salmón -----

Galactosa

Anillo violeta en

la interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Precipitado rojizo

Solución amarilla Precipita

do rojo-----

Tomate- Amarillo

GlucosaAnillo

violeta en la

interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Precipitado rojizo

Solución amarilla

Precipitado rojo

Transparente

-----

MaltosaAnillo

violeta en la

interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Precipitado rojizo

Solución amarilla

Coloración azul

----- -----

Sacarosa Anillo

violeta en la

interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Coloración azul

Transparente-

Incoloro Coloración azul

Coloración rosada - salmón -----

Lactosa Anillo violeta en

la interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Precipitado rojizo Solución

amarillaColoració

n azul----- -----

Goma arábiga

Anillo violeta en

la interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Coloración azul

Transparente-

IncoloroColoració

n azul---- -----

Almidón Anillo violeta en

la interfase

Anillo azul-

verdoso en la

interfase

Coloración azul

Transparente-

Incoloro

Coloración azul ----- -----

Agua Solución transpare

nte

Solución lechosa

Coloración azul

Transparente-

Incoloro

Coloración azul

Transparente

Tomate- Amarillo

Conversión de aldosas a cetosasLa Tabla 3 contiene los resultados de las reacciones de conversión de aldosas a cetosas y viceversa.

Tabla 3.Conversión de aldosas a cetosasNúmero de tubo Mezcla Prueba de Saliwanoff

1 Fructosa + hidróxido de bario +2 Fructosa + agua destilada +3 Glucosa + hidróxido de bario -4 Glucosa + agua destilada -5 Lactosa + hidróxido de bario -6 Lactosa + agua destilada -

Hidrólisis ácida de polisacáridosLa Tabla 4 contiene los resultados de la reacción de hidrólisis de polisacáridos.

Tabla 4. Hidrólisis ácida de polisacáridosReactivos Prueba de Benedict Hidrólisis

Almidón + ácido sulfúrico + +Almidón + +

Prueba de ácido múcicoLa Tabla 5 contiene los resultados para la prueba de acido múcico.

Tabla n.5: prueba del ácido múcico.Reactivos Observación Reacción

Galactosa + HNO3 Formación de cristales blancos +Lactosa +HNO3 Formación de cristales blancos +Maltosa + HNO3 Solución transparente -

6.- Discusión de Resultados

Prueba de MolishLa prueba de Molish es utilizada para la identificación de carbohidratos en general. Se basa en el hecho en que los azucares al reaccionar con el ácido sulfúrico forman furfural e hidroximetilfurfural dependiendo si son pentosas o hexosas respectivamente; estos compuestos una vez formados reaccionan con el α-naftol para formar el complejo coloreado violeta que se aprecia en la interfase. Debido a que el almidón y la goma arábiga son polisacáridos y poseen estructuras más complejas y deben hidrolizarse primero para formar monosacáridos y posteriormente el furfural su tiempo de reacción es mayor respecto al de los monosacáridos, los cuales forman el anillo violeta inmediatamente.

Prueba de AntronaAl igual que la prueba con el reactivo de Molish, la prueba de antrona requiere deshidratar la azúcar para formar el furfural, el cual reaccionará con la antrona para formar el complejo coloreado, el cual en este caso es de color azul verdoso.

Reacción de BenedictLa reacción de Benedict se utiliza para identificar azucares reductores. El reactivo de Benedict consta de una solución de citrato de sodio con sulfato cúprico y medio básico, resultando en citrato cúprico sódico; el cual al reaccionar con aldehídos los se reduce pasando el cobre de su estado de oxidación +2 a oxido de cobre I. Si la reacción continua el oxido de cobre puede seguirse reduciendo a cobre elemental. La prueba es positiva debido a la observación del sólido formado de oxido de cobre o cobre elemental.

De las muestras utilizadas dieron positivas todas con excepción de los polisacáridos y la sacarosa, los cuales no reaccionan debido a que el carbón anomérico se encuentra bloqueado formando los enlaces glucosídicos.

En el caso de la fructosa también da una prueba positiva debido a que el medio básico en el que se encuentra la tautomeriza formando glucosa, la cual al ser una aldohexosa puede reaccionar sin ningún problema.

Prueba de NylanderLa prueba de Nylander tiene el mismo principio de la reacción de Benedict, con la excepción que en lugar de cobre el catión a ser reducido es bismuto el cual pasa de su estado de oxidación Bi+3 a Bi0 formando un precipitado de color negro.

Prueba de BarfoedLa prueba de Barfoed se utiliza para diferenciar monosacáridos de disacáridos, por ende dio positivo solo para las muestras de arabinosa, fructosa, galactosa y glucosa. Una prueba positiva indicará la reducción del Cu2+ a Cu1+ o Cu0 formando un precipitado de color rojizo.

Prueba de SaliwanoffLa prueba de Saliwanoff permite diferenciar aldosas de cetosas, ambas al deshidratarse en medio ácido forman el hidroximetilfurfural, el cual al reaccionar con el resorcinol (reactivo de Saliwanoff) forman una molecula coloreada de color rojo/salmón, con la diferencia de que las cetonas reaccionan de manera mucho más rápida, siendo esta la forma de diferenciarlas [2].

Este ensayo se realizó con las muestras de fructosa, glucosa y sacarosa, siendo positiva solo para la fructosa y sacarosa debido a que la fructosa es una cetosa y la sacarosa posee fructosa en su composición.

Cambio de aldosas a cetosas y viceversaTanto mono como polisacáridos no toleran el medio básico, haciendo que su estructura cambie de aldosa a cetosa y viceversa dependiendo del tiempo de reacción.Como se puede observar en la Tabla 3. Solo las muestras 1 y 2 dieron resultados positivos, a pesar de que en teoría deberían dar positivo las muestras 2, 3 y 5. Esto se debe a que el tiempo en que se dejaron las reacciones permitió no solo el cambio a cetosas, sino también una tautomerización de nuevo a la forma de aldosas, dando de esta forma resultados negativos.

Prueba de BialLa prueba de Bial permite diferenciar pentosas de hexosas, ya que el orcinol solo forma el compuesto coloreado de color tomate con furfural mas no con hidroxi metil furfural, por lo tanto de las dos muestras estudiadas como se ve en la Tabla 1 solo la arabinosa dio un resultado positivo

Hidrólisis de un polisacáridoLos polisacáridos como el almidón al tener el carbón anomérico bloqueado no reaccioan con el reactivo de Benedict, por lo que para detectar su presencia se realiza la hidrólisis y posteriormente se lo hace reaccionar con Benedict. Como se observa en la Tabla 4. La hidrólisis fue exitosa sin la necesidad del ácido, ya que el calor proporcionado durante el tiempo de reacción fue suficiente para romper los enlaces glucosídicos. Sin embargo el ácido demsotró ser un catalizador ya que el ensayo con Benedict de la muestra 1 fue más rápido en comparación con la muestra que solo recibió calor.

Prueba del ácido múcicoLa prueba de ácido múcico se la realiza para la detección de galactosa en cualquiera de sus formas. De las muestras utilizadas, como se observa en la Tabla 5, solo la galactosa y la lactosa dieron resultados positivos ya que la maltosa no posee galactosa en su estructura.

Muestra ProblemaLa muestra problema D fue sometida a las diferentes pruebas de caracterización de carbohidratos. Con el reactivo de Molish se combrobó en efecto que se trataba de un carbohidrato debido a la formación del anillo violeta en la interfase, con el reactivo de Benedict dio resultado positivo indicando que se trataba de un azucar reductor. Al realizar la prueba de Barfoed dio resultado negativo, indicando que se trataba de un disacárido o un polisacárido, pero debido a que se trataba de un azúcar reductor solo podía tratarse de un disacárido reductor, que podía ser maltosa o lactosa, por lo que se realizó la prueba de ácido múcico. Como la prueba de ácido múcico requiere de largo tiempo para la formación de cristales, en el plazo de un día no se pudo apreciar ningún cristal, por lo que se concluye que simplemente la muestra problema D se trataba de un disacárido reductor.

7. - Conclusiones

Las reacciones de identificación general de los carbohidratos es la reacción de Molish y de antrona.

Los azúcares reductores se los identifica con el reactivo de Benedict o con Nylander.

Los tiempos de reacción para las reacciones de Benedict, Nylander y Barfoed permiten diferenciar los monosacáridos de los disacáridos, ya que para poder reaccionar los disacáridos primero necesitan hidrolizarse.

El tiempo de reacción también permite diferenciar cetosas de aldosas en el caso de la reacción de Saliwanoff

Se determinó que la muestra problema D era un disacárido reductor, probablemente maltosa o lactosa, y no se pudo determinar exactamente cuál era debido a que no se contó con el tiempo necesario para comprobar la presencia de galactosa.

7. - Bibliografía

[1] Morrison, R.T. y Boyd. R.N. (1990). Química Orgánica, 5ª edición, Addison Wesley Iberoamericana S.A., México. Páginas: 1258, 1259.

[2] Guernizo, A., (S/A), Experimentos de Química Orgánica con enfoque en ciencias de la vida, Ediciones Elizcom, Colombia. Páginas: 138, 139.