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Test di Fehling per gli zuccheri riducenti - In chimica organica, la soluzione di Fehling è un reagente chimico utilizzato per differenziare i gruppi funzionali idrosolubili di carboidrati e chetoni (>C=O) e come test per gli zuccheri riducenti e non riducenti, complementare al test del reagente di Tollens. - La reazione di rilevamento pubblicata da Hermann Fehling nel 1848 ha permesso la determinazione quantitativa dello zucchero nelle urine mediante titolazione, importante per la diagnosi del diabete. In precedenza, ciò era possibile solo qualitativamente con un semplice test di gusto o di fermentazione, e successivamente anche quantitativamente con la polarimetria. Sebbene il test di Fehling sia stato parte integrante della chimica scolastica per molti anni, è stato anche controverso per quanto riguarda la sua importanza: la spiegazione del test positivo di Fehling per gli zuccheri riducenti - l'ossidazione del gruppo aldeidico al gruppo carbossilico - che è comune nelle lezioni di chimica, contraddice l'osservazione che il fruttosio reagisce più velocemente del glucosio e del mannosio. Il principale prodotto di ossidazione della reazione di una soluzione di sale di rame(II) con il glucosio non è il corrispondente acido gluconico o gluconato, ma il glucosone (2-chetoglucosio). Quest'ultimo viene ulteriormente ossidato nelle condizioni di reazione per scissione del legame C-C. Questo fatto è noto da quasi 90 anni, ma non è stato accettato dai libri di testo e dalla letteratura. Negli esperimenti degli studenti, la reazione di Benedict, molto simile, è preferibile alla reazione di Fehling, poiché è chiaro che si ottengono gli stessi risultati anche utilizzando sostanze chimiche meno pericolose (carbonato di sodio invece di idrossido di sodio). - Reazione di Fehling - Per eseguire il test di Fehling, vengono utilizzate due soluzioni come reagenti di rilevazione, denominate "Fehling I" e "Fehling II" in onore di Hermann Fehling. - La soluzione azzurra di Fehling I è una soluzione diluita di solfato di rame (II). - La soluzione incolore di Fehling II è una soluzione alcalina di tartrato di sodio e potassio tetraidrato. - Dopo aver combinato volumi uguali di entrambe le soluzioni, il reattivo di Fehling presenta un caratteristico colore blu scuro dovuto alla complessazione degli ioni Cu(II) con gli ioni tartrato. In questo caso il tartrato è un agente complessante: grazie all'elevata stabilità del complesso, il prodotto di solubilità dell'idrossido di rame(II) non viene più raggiunto. Se gli ioni rame(II) non fossero complessati, gli ioni OH- reagirebbero con gli ioni rame(II) per formare l'idrossido blu di rame(II) poco solubile Cu(OH)2 e la reazione di rivelazione desiderata non potrebbe più avvenire. Come dimostra la caratterizzazione cristallografica di diversi tartrati di rame(II), la diversità strutturale è ampia e in soluzione sono presenti anche diverse specie con stechiometrie differenti. - 2[C4H4O6]2- + Cu2+ + 2OH- [Cu(C4H3O6)2]4- + H2O - L'aggiunta di glicerina prima del rabbocco con acqua prolunga la durata di conservazione di una soluzione preparata in proprio. - Dopo aver aggiunto la sostanza in esame, la soluzione viene riscaldata. Questo accelera la reazione di rilevamento secondo la regola RGT. I monosaccaridi vengono rilevati nella loro forma a catena aperta, poiché qui si sfrutta l'ossidabilità del gruppo aldeidico, che si lega come emiacetale nelle forme ad anello. La forma a catena aperta è in equilibrio chimico con le varie forme ad anello. Ad esempio, nel caso del glucosio in soluzione acquosa, meno dello 0,1% delle molecole di zucchero sono in forma di catena aperta. - Gli ioni di rame(II) vengono prima ridotti a idrossido di rame(I) giallo (CuOH) e poi disidratati in ossido di rame(I) (Cu2O), che precipita come precipitato rosso-bruno. Secondo la vecchia lettura, le aldeidi vengono ossidate ad acidi carbossilici. Non sorprende che, a causa della formazione di un prodotto solido, l'equilibrio di questa reazione sia quasi interamente dalla parte dell'acido carbossilico. Di conseguenza, altre molecole di zucchero vengono convertite nella forma a catena aperta fino a quando la reazione non è praticamente completa. - α,β-Glucosio (semi-acetale) forma aperta (aldeide) (ossidazione) acido gluconico - Come già descritto nella storia del campione di Fehling, secondo le attuali conoscenze non si forma acido gluconico, ma glucosone (2-chetoglucosio). Quest'ultimo viene ulteriormente ossidato nelle condizioni di reazione mediante scissione del legame C-C. - Con un riscaldamento più lungo o con aldeidi più semplici, come la formaldeide o l'acetaldeide, si può formare anche rame elementare. - Reazione redox - Poiché l'ossidazione della sostanza campione avviene attraverso la riduzione degli ioni rame(II), la reazione complessiva può essere scomposta in una reazione di ossidazione e una di riduzione, come in tutte le reazioni redox. Per semplicità, l'esempio seguente non tiene conto del fatto che gli ioni rame sono effettivamente presenti in un complesso con ioni tartrato (tartrato di rame): - Ossidazione: - R-CHO +2OH- R-COOH + H2O +2e- - Un gruppo aldeidico viene ossidato ad un acido carbossilico nella base. - R-COOH + OH- R-COO- + H2O - Poiché la reazione avviene in ambiente alcalino, il gruppo carbossilico risultante viene deprotonato dagli ioni idrossido per formare il gruppo carbossilato nel senso di una reazione acido-base. - Riduzione: - 2Cu2+ + 2OH- +2e- 2CuOH Cu2O + H2O - Gli ioni rame(II) e gli ioni idrossido reagiscono per formare idrossido di rame(I), che poi si disidrata per formare ossido di rame(I). - Reazione Red-ox: - 2Cu2++R-CHO + 5OH- Cu2O + R-COO- + 3H2O - Gli ioni rame(II) e i gruppi aldeidici reagiscono in ambiente basico per formare ossido di rame(I), carbossilati e acqua. - Limiti - I chetoni non vengono generalmente ossidati dalla soluzione di Fehling, il che permette di distinguere un'aldeide da un chetone. Questo non vale per gli α-idrossichetoni, ad esempio gli zuccheri chetogenici come il fruttosio. Nel caso di questi ultimi, sono presenti uno o più gruppi OH nelle immediate vicinanze del gruppo carbonilico del chetone: essi hanno lo stesso effetto riducente delle aldeidi "vere" a causa degli ioni endiolati che si formano in soluzione alcalina (cfr. tautomeria cheto-endiolo), portando così anche alla precipitazione dell'ossido di rame(I) descritta sopra con la soluzione di Fehling]. - Inoltre, la reazione di Fehling con gli zuccheri riducenti di solito non segue la semplice stechiometria mostrata sopra, poiché in questo caso si formano prodotti di ossidazione che a loro volta hanno un ulteriore effetto riducente (chetoaldeidi, idrossidichetoni, nonché prodotti di reazioni di retro-aldolo), per cui alla fine è presente una miscela di vari prodotti di reazione. - Nel caso del saccarosio, la reazione di Fehling è negativa perché, a causa del legame 1,2-glicosidico, il gruppo aldeidico è bloccato e quindi non può avere un effetto riducente. - In questo contesto, la reazione di Fehling - così come altri metodi riduttometrici - è stata soppiantata nelle analisi di routine dai metodi enzimatici, che consentono anche una quantificazione lineare.
