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La prueba de Fehling para determinación de azúcares reductores - En química orgánica, la solución de Fehling es un reactivo químico que se utiliza para diferenciar los grupos funcionales carbohidratos y cetonas (>C=O) solubles en agua, y como prueba de azúcares reductores y no reductores, complementaria a la prueba del reactivo de Tollens. - La reacción de detección publicada por Hermann Fehling en 1848 permitió la determinación cuantitativa del azúcar en la orina mediante valoración, lo que fue importante para el diagnóstico de la diabetes. Anteriormente, esto sólo era posible cualitativamente mediante una simple prueba de sabor o fermentación, y más tarde también cuantitativamente mediante polarimetría. Aunque la prueba de Fehling ha sido una parte integral de la química escolar durante muchos años, también ha sido controvertida con respecto a su importancia: La explicación de la prueba positiva de Fehling a los azúcares reductores - oxidación del grupo aldehído al grupo carboxi - que es común en las lecciones de química, contradice la observación de que la fructosa reacciona más rápidamente que la glucosa y la manosa. El principal producto de oxidación de la reacción de una solución de sal de cobre (II) con glucosa no es el correspondiente ácido glucónico o gluconato, sino la glucosona (2-cetoglucosa). Este último se oxida aún más en las condiciones de reacción por escisión del enlace C-C. Este hecho se conoce desde hace casi 90 años, pero no ha sido aceptado en los libros de texto y en la bibliografía. En los experimentos de los estudiantes, la reacción de Benedict, muy similar, es preferible a la reacción de Fehling, ya que está claro que se obtienen los mismos resultados incluso cuando se utilizan productos químicos menos peligrosos (carbonato sódico en lugar de hidróxido sódico). - La reacción de Fehling - Para realizar la prueba de Fehling, se utilizan dos soluciones como reactivos de detección, que se denominan "Fehling I" y "Fehling II" en honor a Hermann Fehling. - La solución de Fehling I, de color azul claro, es una solución diluida de sulfato de cobre (II). - La solución incolora de Fehling II es una solución alcalina de tartrato sódico potásico tetrahidratado. - Después de combinar volúmenes iguales de ambas soluciones, el reactivo de Fehling tiene un color azul oscuro característico debido a la complejación de los iones de Cu (II) con los iones de tartrato. El tartrato es un agente complejante en este caso: debido a la alta estabilidad del complejo, ya no se alcanza el producto de solubilidad del hidróxido de cobre (II). Si los iones de cobre (II) no estuvieran acomplejados, los iones OH- reaccionarían con los iones de cobre (II) para formar el hidróxido azul de cobre(II) ,Cu(OH)2, poco soluble, y la reacción de detección deseada ya no podría tener lugar. Como muestra la caracterización cristalográfica de diferentes tartratos de cobre (II), la diversidad estructural es grande y también se dan varias especies de diferentes estequiometrías en solución. - 2[C4H4O6]2- + Cu2+ + 2OH- à [Cu(C4H3O6)2]4- + H2O - La adición de glicerina antes de rellenar con agua prolonga la vida útil de una solución preparada por uno mismo. - Tras añadir la sustancia de ensayo, se calienta la solución. Esto acelera la reacción de detección según la regla RGT. Los monosacáridos se detectan en su forma de cadena abierta, ya que aquí se aprovecha la oxidabilidad del grupo aldehído, que se une como hemiacetal en las formas de anillo. La forma de cadena abierta está en equilibrio químico con las distintas formas de anillo. Por ejemplo, en el caso de la glucosa en solución acuosa, menos del 0,1 % de las moléculas de azúcar están en forma de cadena abierta. - A continuación, los iones de cobre (II) se reducen primero a hidróxido de cobre(I) amarillo (CuOH) y luego se deshidratan a óxido de cobre(I) (Cu2O), que precipita en forma de un precipitado rojo-marrón. Los aldehídos se oxidan a ácidos carboxílicos en el proceso, según la lectura antigua. No en vano, debido a la formación de un producto sólido, el equilibrio de esta reacción está casi completamente del lado del ácido carboxílico. Como resultado, otras moléculas de azúcar se convierten en la forma de cadena abierta hasta que la reacción es prácticamente completa. - α,β-Glucose (Semiacetal) ßà forma abierta (aldehído) à(Oxidación)à ácido glucónico - Como ya se ha descrito en la historia de la muestra de Fehling, según los conocimientos actuales, no se forma ácido glucónico, sino glucosona (2-cetoglucosa). Este último se oxida aún más en las condiciones de reacción por escisión del enlace C-C. - Con un calentamiento más prolongado o con aldehídos más sencillos, como el formaldehído o el acetaldehído, también puede formarse cobre elemental. - Reacción Redox - Dado que la oxidación de la sustancia de la muestra tiene lugar a través de la reducción de los iones de cobre (II), la reacción global puede descomponerse en una reacción de oxidación y otra de reducción, como ocurre con todas las reacciones redox. Para simplificar, el siguiente ejemplo no tiene en cuenta que los iones de cobre están realmente presentes en un complejo con iones de tartrato (tartrato de cobre): - Oxidación: - R-CHO +2OH- à R-COOH + H2O +2e- - Un grupo aldehído se oxida a un ácido carboxílico en el básico. - R-COOH + OH- à R-COO- + H2O - Como la reacción tiene lugar en un entorno alcalino, el grupo carboxi resultante es desprotonado por los iones de hidróxido para formar el grupo carboxilato en el sentido de una reacción ácido-base. - Reducción: - 2Cu2+ + 2OH- +2e- à 2CuOH à Cu2O + H2O - Los iones de cobre (II) y los iones de hidróxido reaccionan para formar hidróxido de cobre (I), que luego se deshidrata para formar óxido de cobre (I). - Reacción red-ox: - 2Cu2++R-CHO + 5OH- à Cu2O + R-COO- + 3H2O - Los iones de cobre (II) y los grupos aldehídos reaccionan en un entorno básico para formar óxido de cobre (I), carboxilatos y agua. – Límites - Las cetonas generalmente no se oxidan con la solución de Fehling, lo que permite distinguir entre un aldehído y una cetona. Esto no se aplica a las α-hidroxicetonas, por ejemplo, los cetoazúcares como la fructosa. En el caso de éstos, hay uno o más grupos OH en la vecindad inmediata del grupo carbonilo de la cetona: tales tienen el mismo efecto reductor que los aldehídos "reales" debido a los iones endiolato formados en solución alcalina (cf. tautomerismo cetol-endiol), por lo que también conducen a la precipitación de óxido de cobre(I) descrita anteriormente con la solución de Fehling]. - Además, la reacción de Fehling con azúcares reductores no suele seguir la estequiometría simple mostrada anteriormente, ya que aquí se forman productos de oxidación que a su vez tienen un efecto reductor adicional (cetoaldehídos, hidroxi-diketonas, así como productos de reacciones de retro-aldol), por lo que al final se presenta una mezcla de diversos productos de reacción. - En el caso de la sacarosa, la reacción de Fehling es negativa porque, debido al enlace 1,2-glicosídico, el grupo aldehído está bloqueado y por tanto no puede tener un efecto reductor. - En este contexto, la reacción de Fehling -así como otros métodos reductométricos- ha sido desplazada en los análisis de rutina por los métodos enzimáticos, que además permiten una cuantificación lineal.
