Qualitative und quantitative Analyse von Nährstoffen

Qualitative und quantitative Analyse von Nährstoffen
I)
Kohlenhydrate:
Nachweis der Formyl-/Aldehydgruppe (CHO) in reduzierenden Zuckern –
Die Fehling’sche Probe:
„Fehling I“ ist eine verdünnte Kupfer(II)-sulfat-Lösung. „Fehling II“ ist eine Lösung des
Kalium-/Natriumsalzes der Weinsäure welche durch Zugabe von Natronlauge stark alkalisch
ist.
Das Kaliumnatriumtartrat reagiert mit dem Cu2+-Ion und es entsteht ein Di-tartratocuprat(II)-Komplex, der das Cu2+-Ion in Lösung hält.
Cu2+ + 2 C4H4O6 + 2 OH-
Cu [(C4H3O6)2]4- (blau) + 2 H2O
Der gelöste Kupferkomplex vermag nun im basischen Milieu
reduzierende Zucker zu oxidieren, wobei das Cu2+-Ion selbst zu Cu1+ reduziert wird. Die
Aldehydgruppe des Zuckers wird zur Carbonsäure oxidiert.
Bei Glucose und Fructose (Aldehydgruppe wird in Lösung „intermediär“ gebildet) ist der
Nachweis positiv, bei der Saccharose hingegen negativ. Saccharose ist ein Disaccharid
welches so verknüpft ist, dass es keine freie Aldehydgruppe intermediär bilden kann.
Selektiver Nachweis von Glucose – Der Glucose-Oxidase-Test (GOD):
Er dient vor allem in der Medizin um Diabetes nachzuweisen, da bei der dieser Erkrankung
ein ungewöhnlicher hoher Glucosegehalt im Harn vorhanden ist.
Glucose-Oxidase ist ein Enzym, welches die Oxidation der β- Glucose mit Luftsauerstoff zum
Gluconolacton katalysiert. Bei dieser Reaktion wird Wasserstoffperoxid gebildet.
O2 +
+ H2O2
Um den Nachweis nun sichtbar zu machen, bedient man sich einer gekoppelten Reaktion
mittels des Redox-Indikators o-Tolidin. Das Wasserstoffperoxid (wird selbst zu Wasser
reduziert) oxidiert dabei das farblose o-Tolidin zum Tolidinblau.
Nachweis der Stärke – Die Lugol-Probe (Iod-Kaliumiodidlösung):
Die Lugol-Lösung besteht aus Iod (I2) in Kaliumiodid (KI) gelöst. Dabei entstehen
Polyiodidionen, wie I3-, I5-…Diese lagern sich in die Helix des Stärkemoleküls ein und bilden
einen blauen, blauvioletten…Komplex.
Schülerausarbeitung 8A/B 2008
korrigiert von A. Schrafl & E. Klemm
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II)
Proteine:
Nachweis der Peptidgruppe (NHCO) in Proteinen – Die Biuretreaktion:
Die Biuretreaktion (Name kommt von Urea=Harnstoff, wobei zwei (=bi) Harnstoffmoleküle
unter Ammoniakabspaltung kondensieren) beruht auf der Komplexbildung von Kupfer(II)sulfat mit den Peptidgruppen des Proteins. Der Komplex wird nur im basischen Milieu
gebildet, weshalb man Kali- oder Natronlauge zur Kupfer(II)-sulfatlösung hinzugeben muss.
Das Kupferion fungiert als Zentralatom und insgesamt vier Peptidgruppen dienen als
Liganden. Dabei stammen je zwei Peptidgruppen vom selben Protein.
Durch Zugabe der Lauge wird je eine
Peptidgruppe pro komplexbildenden Protein
deprotoniert (siehe Formel)
Nachweis der Proteine / Aminosäuren – Die Ninhydrinreaktion:
Ein Ninhydrinmolekül reagiert im ersten Schritt in einer Additionsreaktion mit der Aminosäure
unter der Abspaltung von CO2. Dabei wird die Aminogruppe der Aminosäure auf das
Ninhydrinmolekül übertragen und die Aminosäure zum Aldehyd umgewandelt. Das so
gebildete Molekül reagiert mit einem weiteren freien Ninhydrinmolekül in einer
„Kopplungsreaktion“ zum violetten Farbstoff, auch „Ruhemanns Violett“ genannt.
Ausfällung von Proteinen mittels Trichloressigsäure (TCA):
Durch die Veränderung des pH-Wertes und durch die Eigenschaft der TCA, hygroskopisch
(wasseranziehend) zu sein, flocken die Proteine aus. Die Proteine sind zunächst kolloidal
gelöst. Dies ist nur möglich, da das Protein „kugelförmig“ ist und so leichter durch das
Wasser hydratisiert werden kann. Durch die TCA wird einerseits die Hydrathülle entzogen
und andererseits die „Kugelstruktur“ (so genannte Tertiärstruktur), welche durch
Wasserstoffbrücken, van-der-Waals-Kräfte und Disulfid-Brücken (Bindungen zwischen
Schwefelatomen) hervorgerufen wird, zerstört. Das Protein entfaltet sich mehr und mehr, die
angesprochenen Anziehungen und Bindungen werden gelöst und die Proteine werden
unlöslich, flocken aus. Die Peptidkette wird nicht zerstört!!!
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korrigiert von A. Schrafl & E. Klemm
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Andere Methoden der Ausfällung sind Aussalzen, Dialyse von Proteinen, isoelektrische
Fällung und Ausfällung mit organischen Lösungsmitteln.
„Denaturierung“ beschreibt die Veränderung der natürlichen Struktur von Proteinen, welche
meist irreversibel ist und mittels Lösungsmitteln, Salzen, Säuren und extremen Temperaturen
erfolgt.
III)
Fette und Fettsäuren:
Nachweis der Kohlenstoff-Doppelbindung/en in ungesättigten Fettsäuren und Fetten
mit ungesättigten Fettsäuren:
Bei der Bromaddition wird die C=C Doppelbindung von Fetten nachgewiesen. An der
Kohlenstoffdoppelbindung wird durch die Zugabe von Bromwasser (gelöstes Br2) das Brom
„addiert“, man spricht von „elektrophiler Addition“. Durch die Addition des Broms an das
Fettsäure-/Fettmolekül wird das Brom, welches das Bromwasser braun färbt, aus der
wässrigen Lösung entfernt. Dadurch tritt die Entfärbung der wässrigen Phase ein.
IV)
Vitamine:
Nachweis von Vitamin C - Tillmann’s Reagenz (2,6-Dichlorphenolindophenol / DCPIP):
Diese Entfärbung beruht darauf, dass sich von den Ascorbinsäuremolekülen jeweils zwei
Wasserstoffatome abspalten (Oxidation) welche dann von den DCPIP-Molekülen
aufgenommen werden (Reduktion). DCPIP ist ein so genannter Redoxindikator. Dies
funktioniert jedoch nur solange, bis alle Ascorbinsäuremoleküle oxidiert sind, weshalb ein
quantitativer Nachweis ebenso möglich ist.
Ascorbinsäure(Vitamin C)
V)
2,6-Dichlorphenolindophenol
Mineral- & Spurenstoffe:
Zweiwertiges Calcium und Magnesium - Komplexometrische Titration:
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Diese Titration ist ein quantitativer Nachweis von Magnesium und
Calcium Ionen in einer wässrigen Lösung. Wichtig dabei ist, dass es
kein Nachweis von dem Verhältnis der beiden Atome ist, sondern
eine gemeinsame Anzahl der Ionen. Durch Zugabe von
Eriochromschwarz T zu der Versuchsprobe kommt es zu einer
Rotfärbung.
Nun
wird
mit
der
EDTA-Lösung
(Ethylendiamintetraessigsäure) titriert. Da die EDTA ein stärkerer
Komplexbildner ist als das Eriochromschwarz T werden nun dem
Eriochromschwarz T-Komplex die Metallionen Mg2+ und Ca2+
entzogen. Da das nicht komplexierte Eriochromschwarz T selbst
grün ist, und der EDTA-Komplex farblos ist, kann der Farbumschlag
von Rot nach Grün beobachtet werden.
Dreiwertiges Eisen:
Thiocyanate, oder auch Rhodanide, sind die anorganische Salze der Thiocyansäure (HSCN).
Der Name „Rhodanid“ leitet sich vom griechischen "rhodos" für "rot" ab, da das Salz
Eisen(III)-thiocyanat eine tiefrote Farbe besitzt.
Die Nachweiswirkung beruht auf einer Reaktion, in der Fe3+-Ionen von Thiocyanat-Ionen und
Wassermolekülen komplexiert werden. Die Stöchiometrie des Komplexes ist dabei nicht
eindeutig, jedoch ist das Eisen(III)-Ion immer oktaedrisch komplexiert (6 Liganden). Alle
diese Komplexe zeigen die typisch rote Färbung, je mehr SCN- koordinieren, desto dunkler
ist der Komplex. Eine Beispielrektion:
Sind alle Koordinationsstellen mit SCNHexathiocyanidoferrat(III)-Ion [Fe(SCN)6]3-.
besetzt,
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kommt
man
zum
blutroten
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