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Test de Fehling pour les sucres réducteurs - En chimie organique, la solution de Fehling est un réactif chimique utilisé pour différencier les groupes fonctionnels hydrate de carbone et cétone (>C=O) solubles dans l'eau, et comme test pour les sucres réducteurs et non réducteurs, complémentaire au test du réactif de Tollens. - La réaction de détection publiée par Hermann Fehling en 1848 a permis la détermination quantitative du sucre dans l'urine par titrage, ce qui était important pour le diagnostic du diabète. Auparavant, cela n'était possible que qualitativement par un simple test de goût ou de fermentation, et plus tard également quantitativement par polarimétrie. Bien que le test de Fehling fasse partie intégrante de la chimie scolaire depuis de nombreuses années, son importance a également fait l'objet de controverses : l'explication du test positif de Fehling pour les sucres réducteurs - oxydation du groupe aldéhyde en groupe carboxy - qui est courante dans les cours de chimie, contredit l'observation selon laquelle le fructose réagit plus rapidement que le glucose et le mannose. Le principal produit d'oxydation de la réaction d'une solution de sel de cuivre(II) avec le glucose n'est pas l'acide gluconique ou le gluconate correspondant, mais la glucosone (2-cétoglucose). Ce dernier est encore oxydé dans les conditions de la réaction par clivage de la liaison C-C. Ce fait est connu depuis près de 90 ans, mais n'a pas été accepté dans les manuels et la littérature. Dans les expériences d'étudiants, la réaction de Benedict, très similaire, est préférable à la réaction de Fehling, car il est clair que les mêmes résultats sont obtenus même en utilisant des produits chimiques moins dangereux (carbonate de sodium au lieu d'hydroxyde de sodium). - Réaction de Fehling - Pour réaliser le test de Fehling, on utilise deux solutions comme réactifs de détection, qui sont nommées "Fehling I" et "Fehling II" en l'honneur de Hermann Fehling. - La solution bleu clair de Fehling I est une solution diluée de sulfate de cuivre (II). - La solution incolore de Fehling II est une solution alcaline de tartrate de sodium et de potassium tétrahydraté. - Après avoir combiné des volumes égaux des deux solutions, le réactif de Fehling présente une couleur bleu foncé caractéristique due à la complexation des ions Cu(II) avec les ions tartrate. Dans ce cas, le tartrate est un agent complexant : en raison de la grande stabilité du complexe, le produit de solubilité de l'hydroxyde de cuivre(II) n'est plus atteint. Si les ions cuivre(II) n'étaient pas complexés, les ions OH- réagiraient avec les ions cuivre(II) pour former l'hydroxyde de cuivre(II) bleu Cu(OH)2, peu soluble, et la réaction de détection souhaitée ne pourrait plus avoir lieu. Comme le montre la caractérisation cristallographique de différents tartrates de cuivre(II), la diversité structurelle est grande et plusieurs espèces de stœchiométries différentes sont également présentes en solution. - 2[C4H4O6]2- + Cu2+ + 2OH- [Cu(C4H3O6)2]4- + H2O - L'ajout de glycérine avant de compléter avec de l'eau prolonge la durée de conservation d'une solution préparée par soi-même. - Après avoir ajouté la substance à tester, la solution est chauffée. Cela accélère la réaction de détection selon la règle du RGT. Les monosaccharides sont détectés sous leur forme à chaîne ouverte, car on exploite ici l'oxydabilité du groupe aldéhyde, qui se lie comme un hémiacétal dans les formes cycliques. La forme à chaîne ouverte est en équilibre chimique avec les différentes formes cycliques. Par exemple, dans le cas du glucose en solution aqueuse, moins de 0,1 % des molécules de sucre sont sous forme de chaîne ouverte. - Les ions de cuivre(II) sont ensuite d'abord réduits en hydroxyde de cuivre(I) jaune (CuOH), puis déshydratés en oxyde de cuivre(I) (Cu2O), qui précipite sous forme de précipité rouge-brun. Les aldéhydes sont oxydés en acides carboxyliques au cours du processus, selon l'ancienne lecture. Sans surprise, en raison de la formation d'un produit solide, l'équilibre de cette réaction est presque entièrement du côté de l'acide carboxylique. Par conséquent, d'autres molécules de sucre sont converties en forme de chaîne ouverte jusqu'à ce que la réaction soit pratiquement terminée. - α,β-Glucose (Semi-acétal) forme ouverte (aldéhyde) (oxydation) acide gluconique - Comme déjà décrit dans l'histoire de l'échantillon de Fehling, selon les connaissances actuelles, ce n'est pas de l'acide gluconique, mais du glucosone (2-ketoglucose) qui est formé. Cette dernière est encore oxydée dans les conditions de la réaction par clivage de la liaison C-C. - En chauffant plus longtemps ou avec des aldéhydes plus simples, comme le formaldéhyde ou l'acétaldéhyde, on peut également former du cuivre élémentaire. - Réaction d'oxydoréduction - Comme l'oxydation de la substance de l'échantillon a lieu par la réduction des ions cuivre (II), la réaction globale peut être décomposée en une réaction d'oxydation et une réaction de réduction, comme pour toutes les réactions d'oxydoréduction. Pour des raisons de simplicité, l'exemple suivant ne tient pas compte du fait que les ions cuivre sont en fait présents dans un complexe avec des ions tartrate (tartrate de cuivre) : - Oxydation : - R-CHO +2OH- R-COOH + H2O +2e- - Un groupe aldéhyde est oxydé en acide carboxylique dans la base. - R-COOH + OH- R-COO- + H2O - Comme la réaction a lieu dans un environnement alcalin, le groupe carboxy résultant est déprotoné par les ions hydroxyde pour former le groupe carboxylate au sens d'une réaction acide-base. - Réduction : - 2Cu2+ + 2OH- +2e- 2CuOH Cu2O + H2O - Les ions cuivre (II) et les ions hydroxyde réagissent pour former de l'hydroxyde de cuivre (I), qui se déshydrate ensuite pour former de l'oxyde de cuivre (I). - Réaction d'oxydoréduction : - 2Cu2++R-CHO + 5OH- Cu2O + R-COO- + 3H2O - Les ions cuivre (II) et les groupes aldéhyde réagissent dans un environnement basique pour former de l'oxyde de cuivre (I), des carboxylates et de l'eau. - Limites - Les cétones ne sont généralement pas oxydées par la solution de Fehling, ce qui permet de faire la distinction entre un aldéhyde et une cétone. Cela ne s'applique pas aux α-hydroxycétones, par exemple les sucres cétoniques tels que le fructose. Dans le cas de ces derniers, il y a un ou plusieurs groupes OH à proximité immédiate du groupe carbonyle de la cétone : ceux-ci ont le même effet réducteur que les "vrais" aldéhydes en raison des ions endiolate formés en solution alcaline (cf. tautomérie cétol-endiol), conduisant ainsi également à la précipitation de l'oxyde de cuivre(I) décrite ci-dessus avec la solution de Fehling]. - En outre, la réaction de Fehling avec des sucres réducteurs ne suit généralement pas la stœchiométrie simple indiquée ci-dessus, car il se forme ici des produits d'oxydation qui ont à leur tour un effet réducteur supplémentaire (cétoaldéhydes, hydroxy-dicétones, ainsi que des produits de réactions rétro-aldol), de sorte qu'au final, un mélange de divers produits de réaction est présent. - Dans le cas du saccharose, la réaction de Fehling est négative car, en raison de la liaison 1,2-glycosidique, le groupe aldéhyde est bloqué et ne peut donc pas avoir d'effet réducteur. - Dans ce contexte, la réaction de Fehling - ainsi que d'autres méthodes réductométriques - a été remplacée dans les analyses de routine par des méthodes enzymatiques, qui permettent également une quantification linéaire.
