Експериментальна частина

Дослід 1. Вилучення аскорбінової кислоти з рослинної сировини та її якісне визначення

Дослід 1.1. Приготування водної витяжки з плодів шипшини

Здважують 2 г рослинної сировини (наприклад, плодів шипшини), подрібнюють у фарфоровій ступці, переносять у хімічну склянку і додають 20 см³ дистильованої води. Одержану суміш витримують впродовж 20 хв, періодично перемішуючи, потім фільтрують через складчастий фільтр.

Написати формулу аскорбінової кислоти та пояснити, виходячи з формули сполуки, її відновні властивості.

Аскорбінова кислота має формулу C6H8O6. Вона є циклічним монокарбоновою кислотою з двома гідроксильними групами.

Відновні властивості аскорбінової кислоти

Аскорбінова кислота є сильним відновником. Це пов'язано з наявністю в її молекулі двох гідроксильних груп, які можуть віддавати електрони.

Наприклад, аскорбінова кислота може відновлювати йод:

C6H8O6 + I2 → C6H6O6 + 2I-

Проводять якісні реакції на наявність аскорбінової кислоти у фільтраті.

Якісні реакції на наявність аскорбінової кислоти ґрунтуються на її відновлювальних властивостях.

Одна з таких реакцій полягає у взаємодії аскорбінової кислоти з йодом. У присутності аскорбінової кислоти йод знебарвлюється.

Для проведення цієї реакції до кількох крапель фільтрату, отриманого в досліді 1.1, додають кілька крапель розчину йоду. Якщо в фільтраті є аскорбінова кислота, то йод знебарвлюється.

Інша якісна реакція на наявність аскорбінової кислоти полягає у взаємодії її з розчином феруму (II) сульфату в присутності натрію гідрокарбонату. У результаті цієї реакції утворюється фіолетовий осад феруму (III) аскорбінату.

Для проведення цієї реакції до кількох крапель фільтрату, отриманого в досліді 1.1, додають кілька крапель розчину феруму (II) сульфату і кілька крапель розчину натрію гідрокарбонату. Якщо в фільтраті є аскорбінова кислота, то утворюється фіолетовий осад.

Висновок

У досліді 1.1 було отримано водну витяжку з плодів шипшини. У досліді 1.2 було проведено якісні реакції на наявність аскорбінової кислоти у фільтраті. Наявність аскорбінової кислоти підтверджено знебарвленням йоду та утворенням фіолетового осаду феруму (III) аскорбінату.

Якісне визначення аскорбінової кислоти ґрунтується на її високій відновлювальній здатності.

Дослід.1.2. Реакція з калій перманганатом

До 1 см³ фільтрату по краплям додають розчин калій перманганату.

Спостерігають знебарвлення розчину внаслідок відновлення Mn⁷⁺ до Mn²⁺:

Написати рівняння реакції.

Рівняння реакції:

KМnO₄ + 8H+ + 5e- → Mn₂+ + 4H₂O

Обгрунтування:

Калій перманганат (KМnO4) - сильний окислювач, який відновлюється до Mn2+. У присутності кислоти (H+) воно окислює органічні речовини, які присутні в фільтраті. При цьому відбувається знебарвлення розчину, оскільки Mn7+ має яскраво-фіолетове забарвлення, а Mn2+ - безбарвне.

Умови реакції:

Реакція відбувається в кислому середовищі, оскільки в нейтральному або лужному середовищі вона не відбувається.

Приклад:

До 1 см3 фільтрату, отриманого після екстракції органічних речовин із ґрунту, по краплях додають розчин калій перманганату. Спостереження: спочатку розчин набуває рожевого кольору, а потім знебарвлюється. Це відбувається внаслідок того, що органічні речовини, які присутні в ґрунті, окислюються калій перманганатом до CO2, H2O та інших речовин.

Значення реакції:

Реакція з калій перманганатом є якісною реакцією на наявність органічних речовин.

Дослід 1.3. Реакція з розчином йоду

До 1 см³ фільтрату по краплям додають розчин I₂. Спостерігають знебарвлення розчину.

Написати рівняння реакції.

Рівняння реакції:

C6H10O5 + I2 → C6H10O5I2

Ця реакція є характерною для крохмалю, тому її використовують для якісного визначення крохмалю.

У разі, якщо у фільтраті містяться інші речовини, які також можуть вступати в реакцію з йодом, то може спостерігатися не повне знебарвлення розчину. Наприклад, глюкоза також утворює з йодом комплексну сполуку синього кольору, але вона розчиняється в спирті, а крохмаль - ні. Тому, якщо до фільтрату додати етиловий спирт, то глюкоза розчиниться, а крохмаль залишиться нерозчиненим. У цьому випадку знебарвлення розчину буде більш повним.

Дослід 1.4. Реакція з розчином Fe²⁺

До 1 см³ фільтрату додають розчин гідрокарбонату натрію, 1 см³ розчину феруму(ІІ) сульфату. Спостерігають утворення забарвленого феруму аскорбінату:

Написати рівняння реакції.

Реакція відбувається за схемою:

C6H8O6 + NaHCO3 + FeSO4 → Na2C6H7O7 + Fe(HCO3)2 + H2O

У цій реакції аскорбінова кислота (C6H8O6) реагує з ферумом(ІІ) сульфатом (FeSO4) у присутності гідрокарбонату натрію (NaHCO3) з утворенням феруму аскорбінату (Na2C6H7O7) і феруму(ІІ) гідрокарбонату (Fe(HCO3)2).

Забарвлення феруму аскорбінату обумовлено наявністю у його структурі комплексу феруму(ІІ) з аскорбіномовою кислотою. Цей комплекс має фіолетовий колір.

Після додавання кислоти сірчаної (H2SO4) забарвлення зникає внаслідок розкладу феруму аскорбінату.

Na2C6H7O7 + H2SO4 → C6H8O6 + Na2SO4 + FeSO4

Дослід 2. Кількісне визначення аскорбінової кислоти

Аскорбінова кислота (вітамін С) належить до водорозчинних вітамінів. Міститься у плодах шипшини, чорної смородини, у капусті, картоплі, хвої. Аскорбінова кислота легко руйнується у процесі нагрівання у нейтральному і лужному середовищі, а також у присутності кисню або заліза та міді. В кислому середовищі вітамін більш стійкий.

Бере участь в окисно-відновних процесах. Може існувати у двох формах – аскорбінової і дегідроаскорбінової кислоти:

Принцип методу ґрунтується на здатності аскорбінової кислоти окиснюватись 2,6-дихлорфеноліндофенолом до дегідроаскорбінової кислоти: За кількістю 2,6-дихлорфеноліндофенолу, витраченого на титрування, визначають кількість аскорбінової кислоти в дослідному матеріалі.

Хід роботи.

Старанно розтирають 1 г продукту (картопля, капуста тощо) у порцеляновій ступці з піском. До розтертої маси додають 9 см³ 2,0%-го розчину хлоридної кислоти. Через 10 хв вміст перемішують і фільтрують.

Для кількісного визначення відбирають 3 см³ фільтрату у конічну колбу і титрують розчином 2,6-дихлорфеноліндофенолу до появи рожевого забарвлення, яке зберігається протягом 30 с.

Кількість аскорбінової кислоти, мг/г, розраховують за формулою:

_{C } Q  A V_{0 ,}

V₁  a

де Q – кількість аскорбінової кислоти, що відповідає 1 см³ 0,0005 М розчину 2,6-дихлорфеноліндофенолу і дорівнює 0,088 мг;

А – кількість 0,0005 М розчину 2,6-дихлорфеноліндофенолу, що пішов на титрування, см³;

V₀ – загальний об'єм екстракту, см³;

V₁ – об'єм екстракту, взятий для титрування, см³;

a – кількість продукту, г.

Кількісне визначення аскорбінової кислоти йодатметричним методом

Метод базується на окисненні молекул вітаміну С йодат-іоном в кислому середовищі. За наявності двох відновників – вітаміну С і калій йодиду, – окиснюється сильніший з них – аскорбінова кислота. Після завершення її окиснення калій йодат (КІО₃) окиснює калій йодид до молекулярного йоду, який в момент утворення дає з крохмалем синє забарвлення. Поява стійкого синього забарвлення свідчить про досягнення точки еквівалентності в процесі окиснення вітаміну С:

КІО₃ + 5КІ +6НСl → 6KCl + 3I₂ +3H₂O

Залежно від вмісту вітаміну С в продукті беруть від 10 до 30 см³ соку. Додають 2%-й розчин хлоридної кислоти, взятий з розрахунку 3 см³ на 1 см³ соку. Вміст колби кількісно переносять в мірну колбу на 100 см³, доводять до мітки 2%-м розчином хлоридної кислоти і настоюють впродовж 10 хв, час від часу перемішуючи. Відбирають для аналізу піпеткою по 1-5 см³ досліджуваного розчину і вносять в дві колби для титрування на 50 мл, куди попередньо приливають по 0,5 см³ 1%-го розчину калій йодиду, 2 см³ розчину крохмалю і 10-15 см³ дистильованої води. Вміст колб титрують 0,001 моль/дм³ розчином калій йодату (КІО₃) до появи стійкого слабко- синього забарвлення.

Для розрахунку вмісту аскорбінової кислоти використовують формулу:

Х=(0,088·V_KIO3·V_колби ·100)/(V_{піпетки}·m),

де 0,088 – маса аскорбінової кислоти, що реагує з 1 см³ 0,001 моль/дм³ розчину калій йодату, мг;

V_КІО3 – об'єм 0,001 моль/дм³ розчину калій йодату, що витрачається на титрування, см³;

V_{піпетки} – об’єм екстракту, взятого для титрування, мл;

m – маса продукту, взятого для аналізу, г;

V_колби – загальний об’єм екстракту, см³;

100 – коефіцієнт перерахунку на 100 г продукту.

Йодометричне визначення

У дві колби місткістю 50 см³ наливають відповідно 20 см³ дистильованої води і 20 см³ фруктового соку, додають у кожну колбу по 4 см³ розчину сульфатної кислоти і 2 см³ розчину йоду. Через 3-5 хв обидві проби титрують розчином натрію тіосульфату. Поступово розчин у колбі набуває блідо-жовтого кольору, тоді додають розчин крохмалю і продовжують титрування до зникнення синього забарвлення розчину. За умов проведення досліду інші відновники (наприклад, глюкоза) з йодом не реагують.

Вміст (Q) аскорбінової кислоти (відносна молекулярна маса Mr= 176,1) в об’ємі соку, що взятий для дослідження, розраховують за формулою:

V₁ V₂  С_{Na 2S 2O3}  0,1761

C= ² ,

де V₁ і V₂ – об’єми розчину тіосульфату натрію, витрачені на титрування відповідно контрольної проби і соку, см³;

C_Na2S2O3 – концентрація розчину натрію тіосульфату, моль/дм³; 0,1761 – маса 1 ммоль аскорбінової кислоти, г;

2 – фактор еквівалентності аскорбінової кислоти.

^{Дослід3. Якісне визначення вітаміну В}2 ^{(рибофлавіну)}

Рибофлавін за хімічною природою являє собою диметилзаміщену похідну ізоалоксазину, зв'язаного в положенні 9 із залишком п'ятиатомного спирту рибіту. У фосфорильованій формі входить до складу флавінових ферментів.

Принцип методу базується на тому, що вітамін В₂ (жовтий колір) під час відновлення воднем, що утворюється за умови додавання цинку до концентрованої хлоридної кислоти, спочатку переходить у проміжну сполуку червоного кольору (родофлавін), а потім – у безбарвний лейкофлавін.

Хід роботи.

У пробірку налити 1,5 см³ 0,025%-го розчину рибофлавіну і 1 см³ концентрованої хлоридної кислоти, потім опустити гранулу цинку. Водень, що виділяється, реагує з рибофлавіном, відновлюючи його, і рідина забарвлюється в рожевий колір, а потім знебарвлюється. Якщо рідина залишається червоною, необхідно додати ще цинку. Під час збовтування знебарвленого розчину лейкофлавін знову окиснюється киснем повітря в рибофлавін.

Дослід 4. Якісні реакції на вітаміни групи А

Відомі три вітаміни групи А: А₁ (ретинол), А₂ (дегідроретинол) та цис- форма вітаміну А₁, яка називається неовітаміном А. Ретинол являє собою циклічний одноатомний спирт, що побудований із шестичленного кільця (- іонону), двох залишків ізопрену та спиртової групи:

Вітамін А₂ містить у -іононовому кільці на один подвійний зв’язок більше.

Вітаміни групи А потрібні для забезпечення процесів росту, беруть участь в акті зору, впливають на бар’єрну функцію шкіри, слизових оболонок, проникність клітинних мембран та біосинтез їх компонентів.

Принцип методу. Хлороформний розчин вітаміну А або риб’ячого жиру у присутності стибій (III) хлориду або концентрованої сульфатної кислоти забарвлюється у специфічний синій колір, а при реакції з ферум (ІІ) сульфатом у кислому середовищі дає червоно-рожеве забарвлення.

Хід роботи.

А. Реакція із стибій (III) хлоридом. Кілька краплин риб'ячого жиру розчиняють у 2 см³ хлороформу в сухій пробірці і додають 2 см³ насиченого за температури 20°С 33%-го розчину стибій (III) хлориду. У присутності вітаміну А швидко з’являється сине забарвлення, яке поступово переходить у рожево-фіолетове.

Каротин також дає кольорову реакцію із стибій (III) хлоридом з утворенням зелено-блакитного забарвлення.

Б. Реакція із сульфатною кислотою. До 1 см³ розчину досліджуваного жиру у хлороформі доливають 0,5-1,0 см³ концентрованої сульфатної кислоти або оцтового альдегіду і 4 см³ 1,3-дихлоргідрину. Суміш нагрівають кілька хвилин за температури 25 °С. Спостерігається стійке блакитне забарвлення. Аналогічну реакцію дає і каротин.

В. Реакція із ферум (ІІ) сульфатом. У пробірку з 2-3 краплинами розчину риб’ячого жиру у хлороформі доливають 5-10 краплин льодяної оцтової кислоти, насиченої ферум (ІІ) сульфатом, 1-2 краплини концентрованої сульфатної кислоти. З’являється блакитне забарвлення, яке поступово переходить у червоно-рожеве.

Каротини дають під час цієї реакції зелене забарвлення.

^{Дослід 5. Якісне визначення вітаміну D}3 ^{(холекальциферолу)}

До вітамінів групи D (кальциферолів) належать декілька сполук, що відрізняються за хімічною будовою та біологічною активністю. Для людини та тварин найбільше значення мають вітаміни D₂ (ергокальциферол) та D₃ (холекальциферол).

Вітаміни D₂ та D₃ утворюються під дією УФ випромінювання з ергостерину та 7-дегідрохолестерину, відповідно. Вітаміни цієї групи відповідають за фосфорно-кальцієвий обмін в організмі.

Принцип методу. Під час нагрівання хлороформного розчину вітаміну D₃ або риб’ячого жиру із сумішшю аніліну та концентрованої хлоридної кислоти розчин забарвлюється у червоний колір.

Хід роботи.

У суху пробірку наливають 1 см³ риб’ячого жиру, додають до нього 5 мл аніліну і 0,5 см³ концентрованої хлоридної кислоти. Вміст пробірки нагрівають на відкритому полум’ї до кипіння протягом 0,5 хв. Емульсія забарвлюється в червоний колір.

Висновки:

У ході проведених досліджень було встановлено, що:

Аскорбінова кислота (вітамін С) є сильним відновником і може бути визначена йодометрично або 2,6-дихлорфеноліндофенолометрично.

Рибофлавін (вітамін В2) може бути визначений за допомогою реакції відновлення його воднем, що утворюється за умови додавання цинку до концентрованої хлоридної кислоти.

Вітаміни групи А (ретинол, дегідроретинол, неовітамін А) можуть бути визначені за допомогою реакції з стибій (III) хлоридом, концентрованою сульфатною кислотою або ферум (ІІ) сульфатом.

Вітамін D3 (холекальциферол) може бути визначений за допомогою реакції з аніліном і концентрованою хлоридною кислотою.

Дослідження показали, що якісні реакції на вітаміни є простими та ефективними методами їх визначення. Вони можуть бути використані для контролю якості харчових продуктів та лікарських засобів.