Zucker

2.3

Mutarotation

Mit der Ringbildung entstehen neue Chiralitätszentren und im Fall der Glucose zwei diastereomere Formen, die als a- und β-Form bezeichnet werden. In wässriger Lösung stellt sich zwischen diesen Diasteromeren ein chemisches Gleichgewicht ein, dass bereits 1848 der französische Chemiker Augustin Pierre Dubrunfaut (1797-1881) erstmals unter dem Begriff „Mutarotation” beschrieb. Dubrunfaut beobachtete, dass eine frisch zubereitete Lösung von a-D-Glucose mit der Zeit ihren optischen Drehwert ([a]_D, Drehung polarisierten Lichts) kontinuierlich ändert, um schließlich bei einem Wert ([a]_D = +52,5°) stehen zu bleiben. Der Chemiker zog die richtige Schlussfolgerung, dass die Umwandlung der a-Form ([a]_D = +112,2°) in die β-Form ([a]_D = +18,7°) Ursache für dieses Phänomen ist.

2.4

Chemische Reaktionen der Monosaccharide

Bedingt durch ihre funktionellen Gruppen (8CHO, 8CRO, 8OH) können Zucker verschiedene chemische Reaktionen eingehen, die u. a. auch zum Nachweis herangezogen werden. So nutzt man beispielsweise die leichte Oxidierbarkeit von Glucose zur Gehaltsbestimmung im Blut oder in Lebensmitteln.

2.4.

1

Tollens-Reaktion

Zucker, wie z. B. Aldosen, sind in der Lage, aus silbersalzhaltigen Lösungen im ammoniakalischen Milieu Silber(I)ionen (Ag⁺) zu elementarem Silber zu reduzieren:

2Ag+ + R8CHO + H2O « 2Ag + R8COOH + 2H+

Bei dieser Reaktion wird das Edelmetall in Form eines Silberspiegels an der Wand des Reaktionsgefäßes abgeschieden.

2.4.

2

Fehling- oder Trommer-Reaktion

Reduzierende Zucker sind ebenfalls in der Lage, im basischen Milieu Kupfer(II)ionen (Cu²⁺) zu gelbem bzw. ziegelrotem Kupfer(I)oxid (Cu₂O) zu reduzieren – der Zucker wird, wie im Fall der Tollens-Reaktion, zur Polyhydroxysäure oxidiert. Die genaue Stöchiometrie dieser Reaktion ist bislang nicht bekannt. Auch bestimmte Ketosen können eine positive Reaktion zeigen, da sie im Basischen leicht in Aldosen umgelagert oder auch zu niederen Aldosen abgebaut werden.

2.4.

3

Nachweis mit Enzymen

Eine weitere Möglichkeit, Zucker nachzuweisen bzw. den Zuckergehalt einer Probe zu bestimmen, bietet die Oxidation mit Hilfe von Enzymen. Ein bedeutendes Beispiel ist die Oxidation von Glucose mit dem Enzym Glucoseoxidase (GOD) zum Gluconsäure-5-lacton. Hierbei nimmt das Enzym zwei Wasserstoffatome auf, die in einer zweiten Oxidation mit Luftsauerstoff zu Wasserstoffperoxid reagieren. Da die Reaktionsprodukte farblos sind, wird eine dritte Reaktion als Indikation nachgeschaltet, bei der das Wasserstoffperoxid mit Hilfe einer Peroxidase (weiteres Enzym) und o-Toluidin (2-Methylanilin, giftig) zu einem blaugrünen Farbstoff reagiert. Der Anteil dieses Farbstoffes in der Probe kann z. B. photometrisch bestimmt werden und lässt so Rückschlüsse auf den ursprünglichen Glucosegehalt zu. Teststreifen zur schnellen Bestimmung enthalten ebenfalls das Enzym GOD und o-Toluidin – in diesem Fall gelingt die Bestimmung über die Intensität der Verfärbung. Die GOD-Reaktion kommt bei der Bestimmung des Glucosegehalts sowohl im Blut als auch im Harn und in Lebensmitteln zum Einsatz. Siehe auch Zuckerstoffwechsel