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Trabajo Práctico de Laboratorio 3
Tema: Hidratos de Carbono
Parte 1: Reacciones sobre monosacáridos
Reacciones de Oxidación
Objetivo: Obtener ácidos aldáricos por oxidación de monosacáridos con HNO3 (d) y realizar
reacciones de oxidación de mono y disacáridos con agentes que oxidan glicoles.
1. Oxidación con ácido nítrico- Preparación de ácidos aldáricos Preparación de ácidos aldáricos
CHO OH H H HO OH H OH H CH2OH HNO3 dil 55-60 ºC COOH OH H H HO OH H OH H COOH
D-glucosa ácido D-glucárico
Técnica: En un vaso de precipitación de 30 ml, disolver 1,0 g de galactosa (ó 2,0 g de lactosa) en 10 ml de ácido nítrico (sp.gr.1,15; 25% p/v); calentar suavemente bajo campana hasta reducir el volumen a aproximadamente 2 ml. Dejar enfriar a temperatura ambiente y diluir con 3 ml de agua helada. Separar el precipitado por filtración o centrifugación. Purificar el ácido múcico obtenido disolviéndolo en el mínimo volumen de solución de hidróxido de sodio 10 % y reprecipitarlo con ácido clorhídrico diluido. Separar el sólido, procediendo de la misma manera que en la etapa anterior, secar entre papeles de filtro y determinar su punto de fusión (212-213 °C). Formular las reacciones correspondientes.
2. Oxidación con ácido periódico: Reacción de Malaprade. Ruptura oxidativa de dioles vecinales.
En esta reacción el agente oxidante es el anión metaperiodato que se forma al hidratarse y protonarse el anión del ácido periódico:
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H
5IO
6 H3IO4 OH OH H H R R' + HC O R HC O R' + + H + 2OIO
4- + H4IO6 -H5IO6 +H H3IO6= + H+ + -H+ 2 H2OLa reacción transcurre sobre dioles vecinal, α-hidroxialdehídos y α-hidroxicetonas.
El mecanismo de reacción propuesto transcurre a través de la formación de un intermedio cíclico. + H5IO6 OH OH H H R R + O O H H R R I OH OH OH O 2 H2O H3IO4 HC O R HC O R +
Para aplicar la reacción para determinar estructuras de monosacáridos es necesario formar los acetales por medio de la síntesis de Fisher, de esta forma tanto el consumo de determinada cantidad de moles de oxidante por mol de metilglicósido, como los productos de la reacción dan indicios del tipo de estructuras cíclicas (furanósicas o piranósicas) y del número de carbonos del monosacárido en estudio.
H
5IO
6 H3IO4 OH O H R R' + HC O R C O R' + + + HO H2OH
5IO
6 H3IO4 OH O H R H + HC O R C O H + + + HO H2O55 O OH H HO OH OH HO MeOH/ H+ O H O HO OH OH HO CH3 O H O O OH O CH3 + C O H HO 2IO4 -MeOH/ H+ O OH HO OH OH OH O OH HO OH OH OCH3 + C O H H O O O O OCH3 2IO4
-Técnica: Coloque 2 ml del reactivo de ácido periódico en un pequeño tubo de ensayo, agregue 1 gota (no más) de ácido nítrico concentrado y agite vigorosamente. Luego, añada 1 gota o un cristal del compuesto que se va a ensayar. Agite la mezcla durante 10-15 segundos y añada 1-2 gotas de solución acuosa de nitrato de plata 5%. La formación instantánea de un precipitado blanco de iodato de plata indica que el compuesto orgánico ha sido oxidado por el periodato, el cual por consiguiente, se reduce a iodato. Esta reacción constituye una prueba POSITIVA. Cuando no hay formación de precipitado o aparece un precipitado color café que se redisuelve al agitar, se considera que la prueba es NEGATIVA. Es importante usar cantidades exactas de reactivo y ácido nítrico.
Fundamento de la prueba: El iodato de plata es muy poco soluble en ácido nítrico diluido, mientras que el periodato es muy soluble. Sin embargo, si hay presente demasiado ácido nítrico el iodato de plata no precipitará. En estas condiciones, las olefinas, los alcoholes secundarios, los 1,3-glicoles, las cetonas y los aldehídos no se ven afectados por el ácido periódico.
Aplique la prueba a las sustancias siguientes:
a) alcohol isopropílico d) glicerina g) sacarosa b) acetona e) glucosa
c) etilenglicol f) ácido láctico
Anotar las observaciones y formular las reacciones correspondientes.
Preparación del reactivo de Malaprade: El reactivo de ácido periódico se prepara disolviendo 0,5 g de ácido periódico (H5IO6) en 100 ml de agua destilada.
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Otras reacciones de oxidación Preparación de ácidos aldónicos. Reacción de Fehling
CHO OH H H HO OH H OH H CH2OH COOH OH H H HO OH H OH H CH2OH Cu++ HO-, H 2O + Cu2O
Obtención de ácidos aldónicos. Oxidación con agua de bromo Reacción general CHO H HO H HO OH H OH H CH2OH COOH H HO H HO OH H OH H CH2OH D-manosa D-manónico 75% Br2, H2O CaCO3 pH 5-6
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Interpretación mecanística Propuesta 1:
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Parte 2: Obtención de osazonas
Objetivo: Determinar la presencia del carbono anomérico libre, mediante la obtención de osazonas.
La reacción de osazonas: condensación de carbonilos con derivados de aminas. Reacción general sobre un azúcar
HC N H HO OH H OH H CH2OH D-Glucosa N NH NH Ph Ph CHO H HO H HO OH H OH H CH2OH HN H2N AcONa 3 H2N NH3 Propuesta mecanística:
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La reacción se detiene al llegar al C2 ya que se forma una estructura que se estabiliza por la formación de un puente de hidrógeno que involucra al hidroxilo de C3
La evidencia experimental de que esta propuesta es coherente es el resultado de la condensación con α-metilfenilhidracina en lugar de con fenilhidracina. CHO OH H H HO OH H OH H CH2OH N Ph CH3 H2N + metilfenilhidrazina HC N N N N HC N Ph CH3 N N Ph CH3 N N N N N Ph Ph CH3 Ph CH3 Ph CH3 CH3 N C1 C2 N H N C3 O H H Ph Ph H R H H
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Es posible obtener el mismo derivado de osazonas partiendo de diversos azúcares por ejemplo:
CHO OH H H HO OH H OH H CH2OH CHO H HO H HO OH H OH H CH2OH CH2OH O H HO OH H OH H CH2OH D-Glucosa D-Fructosa D-Manosa HC N H HO OH H OH H CH2OH N NH NH Ph Ph
Técnica: Disolver en un tubo de ensayo 0,4 g de un hidrato de carbono en 5 ml de agua que contienen 0,6 g de acetato de sodio anhidro. Agregar 3 ml de una solución que contiene 0,4 g de fenilidrazina, como clorhidrato, y 0,15g de acetato de sodio anhidro. Agitar unos minutos. Calentar el tubo de agua a ebullición, anotar el tiempo que transcurre hasta la formación de un precipitado. Enfriar a temperatura ambiente, dejar reposar unos minutos y filtrar. Lavar con agua fría varias veces el precipitado.
Otras reacciones sobre monosacáridos Formación de ésteres - Acetilación: O OH HO HO OH OH O OCOCH3 H3COCO H3COCO OCOCH3 OCOCH3 O O O CH3 H3C Py 1,2,3,4,6-penta-O-acetil-D-glucopiranosa 88 %
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-Permetilación:
Agente de metilación: sulfato de metilo en medio básico
Agente de metilación: ioduro de metilo en medio básico/Ag2O (Síntesis de Williamson) o
Ioduro de metilo/N,N-DMF
62 -Formación de trimetilsililéteres O OH HO HO OH OH O OSi(CH3)3 (H3C)3SiO (H3C)3SiO OSi(CH3)3 OSi(CH3)3 TMCS/HMDS/py 20ºC, 5 min
-Formación de tritiléteres. Reacción para proteger selectivamente alcoholes primarios
En condiciones suaves se puede lograr tritilación selectiva de alcoholes primarios. Los tritiléteres son estables a las bases pero sensibles a los ácidos su remoción se realiza en ácido acético a 56ºC por 7h.
C Cl N C Cl
Catión tritilo
Un ión carbonio buen agente alquilante
Selectivo por su tamaño
C HO C H O R R O OH HO HO OH OH Ph3CCl/ DMAPy/DMF 25ºC, 12h. O CH2OC(PH)3 HO HO OH OH
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Formación de acetales cíclicos
La formación de acetales cíclicos isopropilidénicos con acetona en medio ácido es una reacción muy utilizada para determinar estereoquímica ya que solo transcurre sobre dioles vecinales cis.
C O R R' H+ C O R R' H C C O O H H C OH R R' C C O O H H C R R' C C O O H +H2O -H2O C R R' C C O O H H+ C R R' C C O O Por ejemplo Desprotección: 1N HCl/THF (1:1) 10ºC
-Formación de acetales cíclicos con benzaldehído
Muy utilizada para realizar la protección selectiva de C6 y C5
C O H3C CH3 O OCH3 O O OH OH O OCH3 HO OH OH OH O OH OH HO HO OH ZnCl2 C H O O O O OH OH HO H 4,6-O-benziliden-D-glucopiranosa
Esta reacción requiere una unidad 1,3-diol en el azúcar teniendo el -CH2OH libre rotación de modo que puede dar una conformación silla
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Parte 3: Polisacáridos - Almidón
Objetivo: a. Comprobar las propiedades de almidón en solución. b. Hidrolizar almidón por métodos químicos.
c. Comprobar el poder reductor de almidón y su producto de hidrólisis. El almidón es un homopolisacárido de glucosa constituido por dos fracciones principales, una lineal denominada amilosa y la otra ramificada llamada amilopectina. Las uniones glicosídicas son todas alfa con conexión 1→4 en amilosa y combinadas con conexión
1→6 en los puntos de ramificación de la fracción amilopectina.
Amilosa
Amilopectina
La amilosa es insoluble en agua fría porque en esta condición forma una estructura helicoidal dónde sus hidroxilos están comprometidos formando puentes de hidrógeno intracatenarios y no interaccionan con el solvente. Al calentarlo se solubiliza. Además, en frío, forma un complejo con el ión I3- (solución de lugol) que se introduce en el centro de la
estructura helicoidal generando una característica coloración azul.
La siguiente es una representación de amilopectina en estructura de Haworth dónde se pueden distinguir los extremos no reductores, los residuos intermedios y los puntos de ramificación. La única diferencia de esta estructura con la del glucógeno, el polisacárido de reserva animal, es la longitud de sus cadenas, para amilopectina n≈ 25, mientras que para
glucógeno n≈ 10. O OHO O OH HO O HO O OH HO O HO O OH OH
(1 4)
(1 4)
O O HO O OH OH O HO O OH OH O HO O OH OH O OHO O OH HO O HO O OH O HO O OH OH
(1 6)
(1 4) (1 4) (1 4) (1 4)65
Los siguientes ensayos muestran algunas de las propiedades del almidón. 1. Ensayo de iodo para almidón:
Se prepara una solución de almidón mezclando íntimamente 2 g de almidón con 10 ml de agua y volcando esta mezcla en 200 ml de agua a ebullición.
Coloque 5 ml de la solución de almidón en un tubo de ensayo y agregue una gota de una solución muy diluida de iodo en solución acuosa de ioduro de potasio (solución lugol).
Observe el color de la mezcla. Luego caliente a ebullición y observe el efecto. También observe lo que ocurre al enfriar la solución.
2. Hidrólisis del almidón:
En un erlenmeyer de 100 ml provisto de refrigerante de aire, coloque 25 ml de solución de almidón y adicione 1 ml de ácido clorhídrico concentrado. La solución se calienta a ebullición suave y, a intervalos pequeños, se toma 1 ml de la mezcla reaccionante, se enfría y se realiza el ensayo de iodo. Anotar el color de los ensayos en cada intervalo. Cuando la solución ya no da positiva la reacción con iodo, se neutraliza y se ensaya una pequeña porción con reactivo de Fehling. Repita este ensayo con la solución de almidón sin hidrolizar y compare los resultados.
Formule los productos finales de la hidrólisis del almidón (un disacárido y un monosacárido), y plantee el mecanismo general de hidrólisis ácida de un glicósido.
3. Almidón y reactivo de Fehling:
Con 3 ml de la solución de almidón se ensaya la acción reductora del reactivo de Fehling y se anota el resultado.
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Reactivo de Fehling:
El reactivo de Fehling es básicamente sulfato cúprico en medio básico. Está compuesto por dos soluciones:
- La solución A contiene sulfato cúprico disuelto en agua.
- La solución B contiene tartrato doble de sodio y potasio disuelto en medio alcalino de hidróxido de sodio.