Familias ópticas de mono y disacáridos e inversión de la sacarosa

Familias ópticas de mono y disacáridos e inversión de la sacarosa

Familias ópticas de
mono y disacáridos
e inversión de la sacarosa
Taller II
Prof. Rosario Culazzo
Pierina Pilatti
Julio Amy
William Ramos
Pierina Pilatti
William Ramos
Julio Amy
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Curso de Ayudante Preparador de Laboratorio
Opción Química
Prof. Rosario Culazzo
Año 2007
ACTIVIDAD: Familias ópticas de mono y disacáridos e
inversión de la sacarosa
Pierina Pilatti, William Ramos, Julio Amy
RESUMEN
En esta actividad, pretendemos clasificar dos monosacáridos y dos disacáridos, según
el sentido en que desvían la luz polarizada.
Además, se realiza la hidrólisis ácida de la sacarosa, dando lugar a lo que se conoce
como “azúcar invertido”, y se demuestra la razón de esta denominación mediante el
uso del polarímetro.
Una vez realizada la actividad, habremos clasificado a la glucosa, y la sacarosa como
dextrógiras y la fructosa como levógira. Y habremos demostrado que la solución de
sacarosa hidrolizada, “azúcar invertido”, presenta una rotación de la luz polarizada,
opuesta a la de la sacarosa.
INTRODUCCIÓN
Esta actividad, se realiza en los cursos de Química de 3ero de Bachillerato,
fundamentalmente opción Medicina, en el marco del estudio de las biomoléculas.
También es posible aplicarla a cualquier curso en el que se plantee geometría
molecular e isomería óptica.
Como elemento motivador, se incluye la inversión de la sacarosa, fenómeno que se
puede observar naturalmente en la miel.
OBJETIVOS
1- Clasificar algunos mono y disacáridos según su actividad óptica.
2- Demostrar la inversión de la sacarosa mediante el uso del polarímetro.
MARCO TEÓRICO
La estereoquímica, es el estudio de la estructura tridimensional de las moléculas.
El descubrimiento de la estereoisomería fue uno de los hitos más importantes de la
teoría estructural de la química orgánica. 1
Podríamos definir a los estereoisómeros, como aquellos que difieren sólo en la
orientación espacial de sus átomos, pero que son iguales en cuanto a qué átomos
están unidos entre sí.
Existen dos tipos principales de estereoisomería: la isomería geométrica o cis-trans,
que se produce cuando la rotación de un carbono respecto a otro se encuentra
impedida por la presencia de un enlace doble o en estructuras cíclicas, y la isomería
óptica, a la que nos referiremos especialmente.
ISOMERÍA ÓPTICA
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En este descubrimiento participaron Gy-Lussac,(demostración de que los dos ácidos tartáricos tienen la misma
composición 1826), Biot,(activiadad óptica de los ácidos tartáricos 1815), Luis Pasteur (separación cristalográfica de los
isómeros del ác. Tartárico 1840-1850), Wislicenus (influencia del arreglo de los átomos en el espacio sobre las
propiedades de dos isómeros del ácido láctico 1847) y vant̉ Of. y Le Bel (establecimiento de la teoría básica geométrica
en 1874).
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Los isómeros ópticos, tienen las mismas propiedades químicas y físicas, excepto en la
dirección en que hacen rotar el plano de una luz polarizada. El valor de la rotación
específica es el mismo, pero de sentido opuesto. Estos compuestos se llaman
enantiómeros.
Antes de continuar, es bueno comprender de qué se trata la luz polarizada en un
plano, y cómo se determina la actividad óptica.
La luz ordinaria, exhibe un movimiento de ondas electromagnéticas en el que las
ondas de diferente longitud vibran en todos los planos posibles perpendiculares a su
trayectoria. Existen ciertos materiales, como la turmalina o el polaroid, capaces de
eliminar todos los planos de vibración excepto uno, dando una luz polarizada en un
plano.
Este fenómeno, se puede utilizar para reconocer y medir la actividad óptica de un
compuesto, mediante el uso de un instrumento llamado polarizador.
Un polarizador, consta de una fuente de
luz monocromática de sodio, un lente
polarizador, que polariza la luz incidente,
una cavidad para introducir la muestra, y
un nuevo lente llamado analizador,
conectado con una escala construida en
grados. El estudio se inicia determinando
el cero con un blanco, al observar en el
analizador un campo fácilmente
identificable. Luego se introduce la
muestra problema, que si es ópticamente
activa, producirá la rotación de la luz
polarizada, y un cambio en la
luminosidad observada en el analizador.
Buscamos girando el analizador la
luminosidad correspondiente al cero,, y
leemos en la escala que cuenta con
nonio, la desviación observada.
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Esquema del funcionamiento del polarizador:
Para trabajos cuantitativos, es importante mencionar, que muchas sustancias
óptimamente activas cumplen con la ley de Biot:
[α]D20ºC= __α___
LxC
[α]D20ºC rotación específica, medida a 20ºC y con la línea D
del espectro de emisión del sodio
α rotación observada
L longitud de solución en dm
C concentración en g/cm3
Causas estructurales de la isomería óptica
Para que un compuesto sea ópticamente activo, sus moléculas deben ser quirales.
(quiros=manos), es decir que una molécula y su imagen especular no deben ser
superponibles.
La causa estructural más simple para que se dé
este fenómeno en los compuestos orgánicos, es la
existencia de carbonos tetraédricos asimétricos; es
decir, unidos a 4 grupos diferentes. Estos carbonos
de denominan quirales.
Glucosa, fructosa y sacarosa
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La glucosa y la fructosa, son monosacáridos; la primera es un polihidroxialdehído, y la
segunda una polihidroxicetona. Si nos remitimos a sus fórmulas de cadena abierta, o
de Fischer:
Es posible apreciar en la glucosa 4 carbonos
quirales, y en la fructosa 3. De acuerdo con la
fórmula de vant' Hoff., (Nº de estereoisómeros= 2n),
la glucosa tendría dos formas enantiómeras y 14
diasterómeras, y la fructosa dos enantiómeras y 6
diasterómeras.
El fenómeno de la mutarrotación exhibido por las soluciones
de los monosacáridos, aunados a algunos otros hechos
prácticos, como que la glucosa no da el ensayo de Schiff,
hicieron pensar que la estructura predominante de los
monosacáridos no ha de ser la de cadena abierta, sino una
estructura cíclica originada en la formación de un hemiacetal
interno. Esto haría surgir un nuevo carbono quiral, y por lo
tanto dos formas ópticas más denominadas α y β.
La glucosa natural, D-(+)- glucopiranosa, tiene una rotación
específica de +112,2º para la forma α y de + 18,7 º para la
forma β, mientras que una solución de glucosa en equilibrio
presenta una rotación específica de + 52,6º. Por lo tanto es
dextrógira.
Mientras tanto, las soluciones de fructosa, presentan una
rotación específica de -92º.
La sacarosa, es un disacárido no
reductor, formado por la unión
mediante enlace glicosídico α, β
(1,2), de D- glucopiranosa, y Dfructofuranosa. La sacarosa es
dextrorrotatoria, con una rotación
específica de +66,5 º, que cambia
al ser hidrolizada a levorrotatoria,
por el mayor poder rotatorio de la
fructosa. Este fenómeno se conoce
como “inversión de la sacarosa”.
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MATERIALES Y SUSTANCIAS
Materiales:
Polarímetro
7 tubos de polarímetro
6 goteros
2 tubos pirex
mechero
vaso de bohemia
trípode con tela
termómetro
probeta de 10 mL
Sustancias:
soluciones 20% m/v de:
glucosa, fructosa, sacarosa
HCl(ac) 6 M
Agua destilada
Medidas de seguridad
TECNICAS
PARTE A: Clasificación de mono y disacáridos según su actividad óptica
A.1) Determinación del cero del polarímetro
1- Colocar agua destilada en un tubo de polarímetro hasta el aforo.(ATENCIÓN:
controlar que no hayan quedado burbujas de aire frente al lente, para
eliminarlas, llevarlas al Buche del tubo; secar el tubo con papel)
2- Colocarlo en el polarímetro. (ATENCIÓN: cerrarlo)
3- Determinar el cero buscando con el analizador del polarímetro el campo con cinta
clara al medio entre dos campos laterales oscuros. 2
A.2) Clasificación de los mono y disacáridos
4- Proceder como en (1) y (2) pero con solución de glucosa.
5- Buscar con el analizador del polarímetro la misma imagen que en el cero.
6- Anotar en el cuadro de observaciones el sentido en que se ha desviado la luz
polarizada.
7- Repetir con las soluciones de fructosa y sacarosa.
Observaciones:
Muestra
Desviación
observada
Desviación teórica
Familia óptica
Agua destilada
Solución de
glucosa
Solución de
fructosa
Solución de
sacarosa
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El procedimiento ha sido redactado para un polarímetro de campo partido, si se trata de un polarímetro de un
solo campo, se debe buscar la menor luminosidad).
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PARTE B: Demostración de la inversión de la sacarosa
B.1) Hidrólisis de la sacarosa
1- Colocar 8 mL de solución de sacarosa en un tubo pirex, y agregarle 2 mL de
HCl(ac) 6,0M.
2- Calentar cuidadosamente en un baño maría que ya esté entre 60 y 67 ºC por
10 minutos agitando de vez en cuando. (ATENCIÓN: la temperatura del baño
no debe superar los 70 ºC)3
3- Enfriar bajo chorro de agua.4
B.2) Determinación del sentido de desviación en la solución hidrolizada
456789-
Colocar el tubo en el polarímetro.
Buscar con el analizador del polarímetro la misma imagen que en el cero.
Tomar el valor observado en el polarímetro como nuevo cero.
Repetir con la solución de sacarosa hidrolizada que viene de (B.1).
Registrar el sentido en que se ha desviado la luz en el polarímetro.
Comparar con la observación realizada para la solución de sacarosa en (A.2).5
Observaciones:
Muestra
Solución de sacarosa
Solución de sacarosa
hidrolizada
Desviación observada
RESULTADOS
Muestra
Agua destilada
Solución de
glucosa
Solución de
fructosa
Solución de
sacarosa
3
4
5
Desviación
observada
------+
Desviación teórica
Familia óptica
-----+
-----
-
-
l
+
+
d
d
Se trata de evitar la caramelización de la sacarosa, que interfiere en el ensayo.
Se busca enlentecer la hidrólisis para poder realizar la medida.
En caso de que no sea apreciable la inversión, calentar nuevamente por 5 minutos más.
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Muestra
Solución de sacarosa
Solución de sacarosa
hidrolizada
Desviación observada
+
-
CONCLUSIONES
Ha sido posible clasificar a la glucosa, la fructosa y la sacarosa de acuerdo a su familia
óptica, habiendo concordancia con la información teórica, y se ha podido demostrar la
inversión de la sacarosa.
APLICACIONES EN LA ENSEÑANZA
Esta actividad, puede ser aplicada a todo curso en el que se trate el tema isomería,
geometría molecular, y especialmente a aquellos cursos en que se estudien las
biomoléculas, como 3ero de Bachillerato de Medicina o Ingeniería del CES, o en el
curso de Bioorgánica de 3ero del Bachillerato de Química Básica e Industrial.
PERSPECTIVAS
Esta actividad, podría profundizarse con un trabajo de naturaleza cuantitativa, como la
comprobación de la ley de Biot, o la cuantificación de soluciones de azúcares por
polarimetría, o incluso un seguimiento cinético de la hidrólisis de la sacarosa por
polarimetría. También es posible estudiar la inversión de la sacarosa pero por hidrólisi
enzimática.
BIBLIOGRAFÍA
1- Bailey,P y Bailey,Ch. (1998).”Química Orgánica. Conceptos y aplicaciones”. Ed.
Prentice Hall. 5ª Edición. México.
2- Lehninger, A. (1979).”Curso breve de Bioquímica”. Ed. Omega. 3ª Edición.
España.
3- Linstromberg,W. (1977) “Curso breve de Química Orgánica”. Ed. Reverté.
1ª impresión. España.
4- Wade, L. (1993). “Química Orgánica”. 2ª Edición. México.
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