PRAKTICKÁ VÝUKA PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ NA SŠ CZ.1.07/1.1.30/02.0024 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Oborový workshop pro SŠ CHEMIE
Téma: ACIDOBAZICKÉ REAKCE JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN
ACIDOBAZICKÉ REAKCE
TÉMA: ACIDOBAZICKÉ REAKCE AUTOR: ing. JAN HRDLIČKA, ph.D. CÍL: Vyzkoušet si praktické využití acidobazických reakcí v různých aplikacích ÚVOD Acidobazické reakce jsou typické tím, že reaguje kyselina se zásadou. S těmito pojmy souvisí i pH a jeho určování. Jedním z nejstarších způsobů určování pH je využití látek, které výrazně mění svoji barvu se změnou pH. V tomto workshopu si některé aplikace s využitím indikátorů vyzkoušíte.
ÚLOHY: 1
URČENÍ MOLÁRNÍ HMOTNOSTI DVOUSYTNÉ ORGANICKÉ KYSELINY
1.1 Pomůcky vzorek kyseliny (pevná látka) roztok NaOH, c = 0,1 mol dm-3 roztok HCl, c = 0,1 mol dm-3 byreta 25 ml pipeta 25 ml roztok methyloranže titrační baňka střička váhy plastová lodička lžička 1.2 Princip Titrace je postup, kdy z koncentrace a objemu roztoku jsme schopni určit látkové množství látky vstupující do reakce. Pokud známe rovnici reakce, můžeme určit i látkové množství druhého z reaktantů a tím určit jeho koncentraci nebo hmotnost v testovaném roztoku. 1.3 Postup Navažte 0,100 g vzorku s přesností 0,005 g. Vzorek kvantitativně převeďte do titrační baňky a přidejte 25 ml roztoku NaOH. Pak přidejte několik kapek indikátoru a titrujte do první
2
ACIDOBAZICKÉ REAKCE trvalé změny barvy ze žluté na výraznou oranžovou pomocí odměrného roztoku HCl. Zjištěnou spotřebu zaznamenejte. Titraci ještě jednou zopakujte. 1.4 Otázky a úkoly Vypočtěte látkové množství kyseliny ve vzorku, pokud víte, že kyselinou je organická dvousytná kyselina. Vypočtěte molární hmotnost této kyseliny.
2
ZACHYCENÍ OXIDU UHLIČITÉHO VE VYDECHOVANÉM VZDUCHU
2.1 Pomůcky Nasycený roztok Ca(OH)2 skleněná trubička nebo brčko kádinka 2.2 Princip V některých případech se jako kyselina může chovat i plyn, který se rozpouští ve vodě. Pokud je ve vodném roztoku přítomna látka, která se chová jako zásada, může přitom docházet k neutralizaci. Při použití vhodné zásady se může vznikající sůl vylučovat jako sraženina. 2.3 Postup Nalijte do kádinky asi 25 ml roztoku Ca(OH)2, trubičkou tímto roztokem probublávejte vydechovaný vzduch po dobu 2 minut a pozorujte výsledek. 2.4 Otázky a úkoly Jaké změny pozorujete v roztoku.
Jaký plyn přítomný ve vydechovaném vzduchu se účastní reakce?
Zapište jeho reakci s hydroxidem vápenatým rovnicí a vyčíslete.
3
ACIDOBAZICKÉ REAKCE 3
VLIV KONCENTRACE NA pH ROZTOKU KYSELINY
3.1 Pomůcky 1% roztok kyseliny octové 0,1% roztok kyseliny octové 0,01% roztok kyseliny octové NaHCO3 pevný zkumavky ve stojánku kapátka roztok methyloranže střička lžička 3.2 Princip Veličina, která určuje kyselost roztoku, se nazývá pH. Indikátory jsou látky, které mohou měnit svoji barvu v závislosti na pH roztoku. Jedním z často používaných indikátorů je methyloranž, která je v roztoku o pH nižším než 4 červená a při pH vyšším než 5 žlutá. Hydrogenuhličitan sodný se velmi snadno rozkládá už přítomností malého množství vodíkových iontů. 3.3 Postup Do 3 zkumavek odlijte několik ml každého z roztoků kyseliny octové. Přidejte ke každému z roztoků kapku indikátoru a pozorujte zabarvení. Do dalších tří zkumavek opět odlijte po několika ml jednotlivých roztoků. Ke každému z roztoků přidejte polovinu malé lžičky NaHCO3. Pozorujte rychlost rozpouštění NaHCO3 a další změny ve zkumavkách. 3.4 Otázky a úkoly Tabulka 1
Výsledky pozorování
Hmotnostní obsah kyseliny octové v roztoka
1%
0,1 %
0,01 %
Zabarvení indikátoru
Popis intenzity reakce
4
ACIDOBAZICKÉ REAKCE
Na základě pozorování formulujte vlastními slovy vztah mezi koncentrací kyseliny a pH
Zapište chemickou rovnicí reakci probíhající ve zkumavce a vyčíslete.
4
POROVNÁNÍ pH ROZTOKŮ POMOCÍ ACIDOBAZICKÝCH INDIKÁTORŮ
4.1 Pomůcky roztok CH3COONa roztok NaCl roztok NH4Cl roztok Na2CO3 roztok NaHCO3 roztok NaOH roztok HCl roztok methylčerveně roztok bromthymolové modři roztok fenolftaleinu sada zkumavek ve stojánku střička kapátka k indikátorům. 4.2 Princip Roztoky různých solí mají odlišné pH díky rozdílné disociaci. Pokud je anion odvozen od tzv. slabé kyseliny, může v roztoku reagovat s molekulou vody a vzniká tak složitější systém, kdy se mění množství vodíkových iontů v roztoku. Pak mají tyto soli pH výrazně odlišné od neutrálního. Různé acidobazické indikátory mají různé oblasti barevného přechodu, tj. Takové pH, při kterém reagují změnou barvy. V tomto úkolu budete pracovat s methylčervení (pH 5 – 6), s bromthymolovou modří (pH 6 – 7) a fenolftaleinem (pH 9 – 10).
5
ACIDOBAZICKÉ REAKCE 4.3 Postup Z roztoku odlijte po několika ml do 3 zkumavek. Do první přidejte methylčerveň, do druhé bromthymolovou modř a do třetí fenolftalein. Pozorujte zabarvení roztoku ve zkumavce, pokud se vyloučí zákal, neberte jej na vědomí. Podle zabarvení jednotlivých indikátorů přiřaďte k danému roztoku vyjádření jeho acidobazického chování. Proveďte pro všechny roztoky a výsledky zaznamenejte do tabulky. 4.4 Otázky a úkoly Tabulka 2
Výsledky pozorování
Roztok soli Indikátor
CH3COONa
NaCl
NH4Cl
Na2CO3
NaHCO3
HCl
NaOH
Methylčerveň Bromthymolová modř Fenolftalein
Roztok soli Indikátor Methylčerveň Bromthymolová modř fenolftalein
Podle pH seřaďte roztoky od nejkyselejšího po nejzásaditější.
6
JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN
TÉMA: JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN AUTOR: Mgr. VLADIMÍR NÁPRAVNÍK, Ph.D. CÍL: Prakticky poznat jednoduché reakce vedoucí k důkazům jednotlivých skupin sacharidů (monosacharidy, disacharidy, redukující sacharidy, pentosy, polysacharidy) a bílkovin. ÚVOD Pro důkazy přítomnosti sacharidů a bílkovin ve vzorku existují jednoduché důkazové reakce. Pro sacharidy byly vybrány následující reakce: Molischova reakce jako obecná reakce sacharidů. K důkazu redukujících sacharidů jsou připraveny Fahlingova a Tollensova rekace. Na odlišení monosacharidů od disacharidů slouží reakce Barfoedova rekace. Reakce pentos zastupují reakce Tollensova a Wheelerova a reakce Bialova. K důkazu škrobu slouží známá reakce s jodem. Pro bílkoviny jsou typické tři reakce: biuretova, ninhydrinová a xantoproteinová. Kromě jednotlivých návodů k důkazovým reakcím jsou obsahem i otázky a úkoly, které se vztahují k teoretickým znalostem o sacharidech a bílkovinách.
ÚLOHY: 1 OVĚŘENÍ JEDNOTLIVÝCH DŮKAZOVÝCH REAKCÍ SACHARIDŮ A BÍLKOVIN 1.1 Pomůcky glukosa, arabinosa, sacharosa, škrob, kasein, hydroxid sodný (10%), síran měďnatý (0,1%), ninhydrin (0,1%), kyselina dusičná konc., hydroxid sodný (40%), α-naftol, kyselina sírová konc., ether, Fehling I, Fehling II, Tollensovo činidlo, octan měďnatý, kyselina chlorovodíková konc., fluoroglucinol, orcinol, vodný roztok jodu, destilovaná voda, kádinky, zkumavky, kapátka, filtrační papír, nůžky. 1.2 Princip Principy jednotlivých reakcí: REAKCE BIURETOVÁ Reagují látky alespoň se 2 skupinami – CO-NH- . Biuret vzniká zahřátím močoviny na 180 °C. Reakce založena na tvorbě měďnatého komplexu, jehož zabarvení závisí na druhu bílkoviny
7
JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN REAKCE NINHYDRINOVÁ Nninhydrin dehydrogenuje aminokyselinu na iminokyselinu, sám se redukuje na příslušný alkohol. Iminokyselina se rozkládá na CO2, NH3 a aldehyd. Kondenzace nadbytečného ninhydrinu se svojí redukovanou formou a NH3 za vzniku modré či fialové sloučeniny. REAKCE XANTOPROTEINOVÁ Vznik žlutě zbarvených produktů nitrace aromatických aminokyselin (fenylalanin nenitruje) MOLISCHOVA REAKCE Intenzivně fialového zbarvení – reakcí sacharidu s koncentrovanou kyselinou sírovopu a αnaftolem - je způsobeno vznikem di-α-naftohydroxyfurylmethanu, který se oxiduje na příslušné trifenylmethanové barvivo. FEHLINGOVA REAKCE Sacharidy s volným poloacetálovým OH redukují komplexně vázané soli Cu2+ na oxid měďný. TOLLENSOVA REAKCE Oxid stříbrný se v hydroxidu amonném redukuje na kovové stříbro. BARFOEDOVA REAKCE Octan měďnatý v prostředí kyseliny octové se redukuje na oxid měďný. Za podmínek reakce reagují přednostně redukující monosacharidy, disacharidy teprve po delším zahřívání. TOLLENSOVA A WHEELEROVA REAKCE BIALOVA REAKCE Reakce jsou založené na vzniku furalu a jeho derivátů, který se kondenzuje s fenoly nebo aromatickými aminy za vzniku barevných sloučenin. DŮKAZ ŠKROBU S vodným roztokem jodu reaguje za vzniku modrého zbarvení. 1.3 Postup Ověřte si následující reakce u jednotlivých skupin sacharidů. Použijte vždy vzorek ze stejné skupiny sacharidů, pro které je určena daná reakce. K dispozici budete mít: glukosu, arabinosu, sacharosu, škrob. Všechny vzorky jsou v pevném stavu. Pro reakce připravte vždy malé množství (cca 1 ml) roztoku vzorku ve zkumavce. BIURETOVA REAKCE Ke vzorku přilejte stejné množství hydroxidu sodného (10%) a kapku síranu měďnatého (0,1%). Vznikne růžovofialové nebo červenofialové zbarvení. Pokud nevznikne – po kapkách přidávejte činidlo dále; nadbytek reakci ruší vznik modrého hydroxidu meďnatého.
8
JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN NINHYDRINOVÁ REAKCE K neutrálnímu vzorku přilejte pár kapek ninhydrinu (0,1%), zahřejte k varu. Do 2 minut vznikne modré až fialové zbarvení (nejintenzivnější vzniká u aminokyselin, slabší u proteinů, nejslabší dávají bílkoviny – s ninhydrinem reaguje jen volná aminoskupina). XANTOPROTEINOVÁ REAKCE Ke vzorku přilejte opatrně koncentrovanou kyselinu dusičnou, přiveďte k varu (až se rozpustí vytvořená sraženina). Ochlaďte a přidejte hydroxid sodný (40%) až směs bude alakalická. Vzniká žluté zabarvení, po přidání hydroxidu přechází do oranžova. MOLISCHOVA REAKCE Ke vzorku přikápněte pár kapek α-naftolu, podvrstvěte koncentrovanou kyselinou sírovou. Na rozhraní vrstev vzniká ihned u jednoduchých sacharidů nebo za chvíli u polysacharidů červenofialový až modrofialový prstenec. Zamícháním vzniká tmavofialová kapalina, zředěním vodou modrofialová sraženina rozpustná v etheru žlutě. FEHLINGOVA REAKCE Připravte se roztok Fehlingova činidla smícháním roztoku Fehling I s roztokem Fehling II v poměru 1:1. Ke vzorku přilejte Fehlingovo činidlo, zahřejte k varu. Roztok se postupně kalí, odbarvuje, mění barvu přes žlutou, oranžovou až k červené vznikajícího oxidu měďného. TOLLENSOVA REAKCE Ke vzorku přikápněte pár kapek Tollensovo činidla (neproběhne-li reakce, zahřejte na vodní lázni). Kapalina ztmavne díky kovovému stříbru nebo vzniká na stěnách zkumavky zrcátko. Pozn.: činidlo musí být vždy čerstvé (ve směsi stříbrných solí s amoniakem vzniká prudce výbušné třaskavé stříbro). BARFOEDOVA REAKCE Ke vzorku (0,1 ml) přidejte Barfoedovo činidlo (1 ml), zahřívejte na vodní lázni. Vzniká červený oxid měďný. Pokud se zbarvení objeví do 10 minut, pak je přítomen monosacharid, pokud déle, jde o disacharid. TOLLENSOVA A WHEELEROVA REAKCE Ke vzorku přidejte stejný objem koncentrované kyseliny chlorovodíkové a několik krystalků fluoroglucinolu, zahřejte na vodní lázni (několik min). Vzniká purpurové zbarvení (pentosy, methylpentosy, galaktosy, k. glukuronové a galakturonové), lze vytřepat do amylalkoholu. BIALOVA REAKCE Ke vzorku (1 ml) přilejte Bialovo činidlo (orcinol, 3 ml), zahřívejte několik minut na vodní lázni. Vznikne zelené zbarvení (pentosy, methylpentosy, uronové kyseliny), později se tekutina kalí a vylučuje se sraženina. DŮKAZ ŠKROBU K vodnému roztoku škrobu přikápněte roztok jodu. Vzniká modré zbarvení.
9
JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN 1.4 Otázky a úkoly Do níže uvedeného textu o vzniku sacharidů doplňte chybějící údaje (pojmy, rovnice reakce, definice) podle zadaného úkolu. 1. Monosacharidy (např. glukóza) vznikají v přírodě (v zelených rostlinách) reakcí, která se nazývá _______________________. a) Doplňte rovnici této reakce včetně nutných podmínek pro reakci.
6 CO2 + 12 H2O
+ 6 O2 + 6 H2O
b) Souhrnný vzorec monosacharidu obsahujícího 6 atomů uhlíku, tj. hexózy (např. glukózy, fruktózy, galaktózy), je: _______________. c) Napište konstituční vzorce anorganických molekul uvedených v této reakci.
6 _______ + 12 ______
+ 6 _______ + 6 ________
d) Při této reakci vzniká molekula kyslíku z molekul vody a atomy kyslíku ve vznikajících molekulách vody pocházejí z oxidu uhličitého. V rovnici v úkolu 1. a) propojte lomenou čarou příslušné dvojice sloučenin. e) Doplňte požadované údaje. Trávení polysacharidů v lidském organismu je hydrolytická reakce, při které vznikají monosacharidy. Hydrolýza probíhá za přítomnosti enzymů, které patří mezi tzv. biokatalyzátory. - Vysvětlete pojem katalyzátor. ____________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______. - Uveďte příklad enzymu, který štěpí v ústech polysacharidy z potravy na jednodušší látky.____________________________________________________________________ ______.
10
JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN 2. Doplňte požadované údaje o vzniku složených sacharidů. Oligosacharidy a polysacharidy vznikají reakcí, která se nazývá kondenzace monosacharidů – u polysacharidů polykondenzace. a) Doplňte rovnici vzniku disacharidu (sacharózy, laktózy, maltózy,…) ze dvou molekul monosacharidů - hexóz.
2
C12H22O11
+
b) Souhrnný vzorec disacharidu složeného ze dvou hexóz (např. sacharózy, maltózy, laktózy) je _____________ . c) Vedlejším produktem reakce a) je _______________. d) Doplňte do rovnice vzniku polysacharidu souhrnný vzorec výchozí látky (monosacharid).
n
(C6H10O5)n
+ (n-1) H2O
e) Doplňte. Při polykondenzaci reaguje velký počet molekul jedné látky za odštěpení látky s nízkou molekulovou hmotností, kterou je nejčastěji _______________. Zásadní rozdíl polymerace a polykondenzace spočívá v tom, že ______________________________.
2 IDENTIFIKACE SACHARIDŮ A BÍLKOVIN PŘÍTOMNÝCH V NEZNÁMÝCH VZORCÍCH 2.1 Pomůcky neznámé vzorky sacharidů a bílkoviny, hydroxid sodný (10%), síran měďnatý (0,1%), ninhydrin (0,1%), kyselina dusičná konc., hydroxid sodný (40%), α-naftol, kyselina sírová konc., ether, Fehling I, Fehling II, Tollensovo činidlo, octan měďnatý, kyselina chlorovodíková konc., fluoroglucinol, orcinol, vodný roztok jodu, destilovaná voda, kádinky, zkumavky, kapátka, filtrační papír, nůžky. 2.2 Princip Principy reakcí jsou stejné jako v odstavci 1.2. 2.3 Postup V neznámých vzorcích identifikujte přítomné sacharidy a bílkoviny na základě reakcí uvedených v úloze 1. Ve vzorcích jsou přítomné stejné skupiny sacharidů jako v úloze 1.
11
JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN 2.4 Otázky a úkoly Test – proteiny V následujících otázkách zakroužkuj vždy jednu správnou odpověď. 1. a) b) c) 2. a) b) c) 3. a) b) c) 4. a) b) c) 5. a) b) c) 6. a) b) c) 7. a) b) c) 8. a) b) c) 9. a) b) c)
Aminokyseliny se vážou peptidickou vazbou, pro níž je důležitá přítomnost: Vodíku. Dusíku. Kyslíku. Kolik aminokyselin z celkových 20 je esenciálních? 6 8 4 Pořadí aminokyselin v řetězci bílkoviny určuje jeho: primární stukturu sekundární strukturu terciární strukturu Šroubovice α-helix a β-struktura skládaného listu vytvářeji v molekule bílkoviny: primární stukturu sekundární strukturu terciární strukturu Denaturace bílkovin se neděje působením: Tepla. Kyselin a hydroxidů. Světla. Kolagen a keratin mají funkci: Stavební. Ochrannou. Regulační. K ochraně a obraně organismu slouží: Myosin. Imunoglobuliny. Hemoglobin. Pochody v lidském těle řídí: Enzymy. Hormony. Vitamíny. Bílkovinnými biokatalyzátory jsou: Enzymy. Hormony. Vitamíny.
12
JEDNODUCHÉ DŮKAZY SACHARIDŮ A BÍLKOVIN 10. a) b) c) 11. a) b) c) 12. a) b) c) 13. a) b) c) 14. a) b) c) 15. a) b) c)
Nukleové kyseliny jsou uloženy v: Mozku. Krvi. Jádře buněk. DNA a RNA se liší: Uložením v buňce. Strukturou a funkcí. Pouze funkcí. Která část netvoří nukleové kyseliny? Cukr. Zbytek kyseliny fosforečné. Voda. Úsek DNA, který kóduje určitou informaci, se nazývá: Gen. Chromozóm. Nukleotid. Která z fází probíhá při dělení tělních buněk jako první? Rozpletení DNA. Kopírování DNA. Replikace DNA. Které organely buňky se účastní proteosyntézy? Chloroplasty Mitochondrie Ribozómy
LITERATURA 1. Barthová, J.: Základní praktikum z biochemie. Univerzita Karlova, Praha 1980.
13
