Reações dos carboidratos- Lugol, Molisch, Seliwanoff

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Carboidrat�
1. Introdução/resumo
Os carboidratos, chamados genericamente de açúcares, são moléculas abundantes
na natureza, uma vez que são fontes de energia para todos os seres vivos. Os vegetais
exercem um papel fundamental na síntese da glicose, um monossacarídeo, com a presença
de luz e com a absorção de gás carbônico no processo da fotossíntese, a qual ocorre na
organela cloroplasto. A partir desse monossacarídeo, pode-se converter a molécula em
frutose e pode-se formar outros compostos, como a sacarose, que é um dissacarídeo. Já o
amido, por exemplo, é um polissacarídeo produzido a partir de glicose e constitui a principal
reserva energética dos vegetais. Assim, pode-se afirmar que os carboidratos constituem a
base alimentar de todos os seres vivos. Nos animais, por exemplo, a reserva energética se
dá por meio do glicogênio, um polissacarídeo menos ramificado que o amido.
Outra função importante dos carboidratos é a de constituição e sustentação, como a
celulose, um polissacarídeo presente na parede celular dos vegetais; o peptideoglicano,
presente na parede celular de bactérias e a quitina, presente na parede celular de fungos.
Já nos animais, há moléculas mistas, entre as quais, os glicosaminoglicanos e os
proteoglicanos, os quais são importantes constituintes da matriz extracelular de diversos
tecidos, como o conjuntivo, e apresentam um papel essencial na sustentação do corpo.
O processo de biossinalização e de reconhecimento célula-célula também ocorre por
meio dos carboidratos, como é o caso do glicocálice, presente nas membranas celulares
animais, o qual exerce essa função relevante para a integridade e o funcionamento
adequado dos organismos.
Os carboidratos são divididos em classificações de acordo com o número de
moléculas que os constitui:
● Monossacarídeos:
As hexoses (monossacarídeos com seis átomos de carbono) são classificadas em:
a) Aldoses: o grupo carbonila está localizado na extremidade, ligado a um átomo de
hidrogênio, o que nos permite deduzir a função química aldeído. Ex.: glicose.
b) Cetoses: a carbonila se encontra em uma posição diferente da extremidade,
originando um grupo cetona que dá nome a essa classe de moléculas. Ex.:
frutose.
● Dissacarídeos: são formados por dois monossacarídeos unidos por uma ligação
glicosídica. Alguns são redutores e outros não o são, pois essa propriedade
depende da estrutura do açúcar. Por isso, quando se forma uma ligação glicosídica
e nenhum dos resíduos de monossacarídeos apresenta um carbono anomérico livre,
o dissacarídeo não tem propriedade redutora (ex.: sacarose e trealose), mas,
quando um dos resíduos apresenta essa extremidade livre, ele é denominado
dissacarídeo redutor (ex.: lactose). Essa propriedade é fundamental para que não
haja oxidação da hemolinfa dos insetos, que apresenta trealose, nem oxidação dos
alimentos conservados com açúcar comum, o qual contém sacarose.
● Polissacarídeos: são aqueles de grande massa molecular, pois são constituídos por
mais de 10 monossacarídeos. Um dos principais compostos dessa classe é o amido,
que é composto por amilose e por amilopectina. A primeira cadeia, linear e solúvel, é
formada por ligações α1→4 e corresponde a 20% da estrutura total do
polissacarídeo e a segunda, ramificada e insolúvel, por ligações α1→4 nas cadeias e
ligações α1→6 nos pontos de ramificação, o que é equivalente a cerca de 80% da
estrutura do polímero.
Os experimentos que serão realizados na aula prática são:
● Reação de Molisch: detecta a presença de carboidratos após sofrerem desidratação
pelo ácido sulfúrico, então as pentoses formam o furfural e as hexoses, o
5-hidroximetilfurfural. Posteriormente, ambos os compostos reagem com o α-naftol
da constituição do reagente de Molisch e originam um produto de coloração violeta,
o qual fica em formato de anel no tubo de ensaio. Caso isso ocorra, a reação é
positiva e há carboidrato na amostra.
● Reação de Seliwanoff: detecta a presença de cetoses e de aldoses por meio da
adição de HCℓ, que dá origem ao furfural para cetoses e ao 5-hidroximetilfurfural
para aldoses. Estes, por sua vez, formam compostos de cor vermelha ao reagirem
com o resorcinol do reagente de Seliwanoff. Vale ressaltar que, como as cetoses
sofrem desidratação mais rapidamente em relação às aldoses, a sua cor será mais
forte que a delas.
● Reação de Bial (não realizada na aula prática): quando as pentoses são aquecidas
com HCℓ concentrado, produzem o furfural, um composto orgânico heterocíclico
aromático e, ao se condensarem com o orcinol, originam uma coloração verde
azulada. Assim, tal experimento serve para a identificação de pentoses, o que é útil
em exames de urina, por exemplo, pois apresentam uma coloração diferenciada
caso a amostra contenha uma hexose. A imagem abaixo exemplifica tal reação.
● Reação com Lugol: mostra que moléculas com alto peso molecular podem sofrer
reações de complexação, formando complexos coloridos. Valendo-se dessa
propriedade, utiliza-se o amido, polissacarídeo de grande peso molecular, para
reação com o iodo, o qual interage com a amilose da molécula de amido e não com
a amilopectina. Como resultado, a reação origina uma cor característica azul
intensa. Na aula prática, é demonstrado também que o aquecimento e o
resfriamento da amostra produzem diferença no resultado obtido.
2. Objetivos
Realizar a análise qualitativa de carboidratos em soluções, por meio das reações de
Molisch, de Seliwanoff e de Lugol e compreendê-las.
3. Materiais e métodos
Para realização da reação de Molisch, são necessários quatro tubos de ensaio (A, B,
C e D), pipetas, soluções de glicose, de sacarose (água e açúcar branco comum), de amido
e água destilada. Adicione 2 mL das soluções de carboidrato nos três primeiros tubos e, no
último, adicione 2 mL de água destilada. Posteriormente, em cada um dos tubos,
acrescente duas gotas do reagente de Molisch. Homogenize cada tubo e adicione 2 mL de
ácido sulfúrico em cada um deles na capela de exaustão, a fim de garantir a segurança da
pessoa que realiza o procedimento. Depois, observe os resultados.
O segundo experimento consiste na reação de Seliwanoff, a qual distingue aldoses e
cetoses. Os materiais necessários são 4 tubos de ensaio, pipetas e as soluções que serão
descritas a seguir. Em quatro tubos de ensaio, coloque, respectivamente, 1 mL de solução
de frutose de concentração 0,1 M, de solução de sacarose 0,1 M, de solução de glicose 0,1
M e de água destilada. Depois, adicione 1 mL de ácido clorídrico concentrado em cada tubo
e, posteriormente, 1 mL de reagente de Seliwanoff. Em seguida, submeta os tubos em
banho- maria com bico de Bunsen até que apareça a coloração vermelha em alguns deles.
Por fim, foi realizada a reação com Lugol. Para tanto, separa-se 2 mL de amido e de
água em dois tubos de ensaio diferentes, denominados, respectivamente, 1 e 2. Em
seguida, adiciona-se algumas gotas do reagente de Lugol até que se forme uma coloração
azul-violácea intensa no tubo 1. Em seguida, submeta os tubos em banho maria até que a
coloração desapareça e, posteriormente, resfrie ambos os tubos em água corrente.
4. Resultados e discussão
O primeiro experimento consiste na reação de Molisch, que é um teste químico
sensível para a presença de carboidratos. Nesse teste, ocorre desidratação do carboidrato
pelo ácido sulfúrico. Essa reação dá origem a um aldeído, que sofre condensação com duas
moléculas de fenol (normalmente o α-naftol, mas também podem ser outros fenóis, como
resorcinol ou timol), resultando em compostos com cor vermelha ou púrpura (RODRIGUES,
2014). Por isso que, ao realizar o experimento, foi adicionado às soluções de carboidratos o
reagente de Molisch, o qual é formado por uma mistura de α-naftol em etanol e, após essa
etapa, foi acrescentado o desidratante (no caso, o ácido sulfúrico). Por conseguinte, as
amostras positivas para carboidratos formaram um anel púrpura na interface, detectando o
carboidrato. Como, nos três primeiros tubos, houve a adição de soluções de glicose, de
sacarose e de amido, respectivamente,que são carboidratos, houve o resultado positivo,
mas, no tubo em que havia apenas água destilada, isso não aconteceu, como pode-se
concluir pela imagem abaixo.
Vale lembrar que as três amostras dos três primeiros tubos de ensaio continham
glicose, a qual é desidratada a 5-hidroximetilfurfural na presença de ácido sulfúrico,
originando a cor púrpura após condensação com o α-naftol do reagente de Molisch. A
imagem abaixo mostra um esquema químico da reação de Molisch com uma pentose e com
uma frutose. Observe que a ação do ácido sulfúrico é diferente para ambas as moléculas.
A reação de Seliwanoff do experimento II baseia-se no mesmo princípio da reação
de Molisch, pois a diferença principal é o uso de ácido clorídrico como desidratante ao invés
do ácido sulfúrico e a substituição do reagente fenólico que se condensa ao furfural pelo
resorcinol, presente no chamado reagente de Seliwanoff. Sabe-se que, pela reação de
Molisch e pela equação exemplificada na imagem acima, a glicose, que é uma aldose,
forma o hidroximetilfurfural quando submetida ao desidratante e a frutose, que é uma
cetose, forma o furfural. Assim, valendo-se desse informação, acrescenta-se que as cetoses
têm uma reação mais rápida, pois a formação do furfural é facilitada em relação à do
5-hidroximetilfurfural. No caso do tubo contendo sacarose, a adição de ácido hidrolisa a
ligação glicosídica, liberando a frutose e a glicose que formarão o furfural e o
5-hidroxifurfural, como já explicitado anteriormente. Dessa forma, após a adição do
reagente de Seliwanoff, surge um complexo entre esses compostos e o resorcinol, presente
no reagente, originando uma coloração vermelha no tubo de ensaio. No entanto, como foi
dito, a reação para cetoses é mais rápida e mais intensa do que para as aldoses (NEVES,
SOUZA), o que permite diferenciá-las.
Abaixo, há um esquema químico da reação de Seliwanoff com uma cetose.
Na imagem a seguir, há uma foto do resultado do experimento de Seliwanoff. É
notável que, dependendo do composto de cada tubo, a coloração foi mais ou menos
intensa, porque, por exemplo, no tubo A (esquerda para a direita) havia apenas uma cetose
e a coloração foi a mais forte, sendo que a amostra que não apresentou cor vermelha
continha apenas água.
O experimento final foi o chamado teste de Lugol, o qual detecta a presença de
amido em uma amostra por meio da presença de iodo no reagente utilizado. O mecanismo
dessa reação ocorre, porque a estrutura helicoidal da amilose pode acomodar os íons
tri-iodeto I3- formando um complexo de transferência de carga (BARREIROS, BARREIROS).
Como cada volta da cadeia tem seis unidades de glicose e, no total, são 36 unidades
monoméricas, há seis voltas e isso possibilita a acomodação do tri-iodeto. Já a amilopectina
é ramificada, tem hélices menores e, por isso, forma um complexo marrom-avermelhado.
Dessa forma, quando esse experimento foi realizado, o tubo 1 apresentou a
coloração característica azul-violácea devido a tal mecanismo, o que não foi observado no
tubo 2, onde havia apenas água. Ademais, o posterior aquecimento da amostra desfez a
estrutura helicoidal da amilose, quebrando o complexo formado com o iodo, o que é
revertido após resfriamento. Por isso, o tubo 1 perdeu a cor após passar pelo bico de
Bunsen em banho-maria, mas esta foi restituída pelo resfriamento em água corrente. O tubo
2, por sua vez, continha apenas água, então não foi observada alteração. Nas imagens
abaixo, encontra-se, respectivamente, a amostra 1 após aquecimento e após resfriamento.
QUESTIONÁRIO
1. Se na reação de Molisch prepararmos mais 2 tubos contendo respectivamente
Aspartame e Ciclamato/Sacarina qual o resultado esperado? Explique.
O aspartame originará uma reação semelhante à dos tubos A, B e C do experimento
I, uma vez que apresenta grupos hidroxila que podem ser desidratados por ácidos fortes
concentrados, como o ácido sulfúrico. Assim, essa reação originará um composto incolor o
qual, após reagir com o fenol do reagente de Molisch, formará um composto de coloração
púrpura, possível de ser observado qualitativamente como reação positiva. Já o ciclamato
não terá o mesmo resultado, pois apresenta uma estrutura química distinta que não
permitirá o surgimento do complexo violeta.
Vale ressaltar que ambos são adoçantes sintéticos que, mesmo em menores
quantidades, apresentam maior capacidade de adocicar em relação à sacarose.
2. Verifique a composição dos adoçantes contendo Aspartame e Ciclamato/Sacarina
que você tem em casa e explique se você manteria a resposta anterior e porquê?
Eu manteria a resposta anterior, pois o adoçante que contém aspartame apresenta
quantidade significativa de carboidrato de acordo com as informações nutricionais, o que
resultaria em um anel púrpura após a reação de Molisch. Já o adoçante que contém
ciclamato não formaria o complexo púrpura, uma vez que não contém quantidade
significativa de carboidrato.
3. Na reação de Seliwanoff se deixarmos os tubos contendo Glicose e Sacarose
aquecendo por muito tempo observamos que a reação se torna positiva. Explique.
O aquecimento favorece a condensação do furfural com as duas moléculas de fenol
(no caso da reação de Seliwanoff, o resorcinol). Assim, a sacarose, que é formada por
glicose e por frutose, é inicialmente hidrolisada na presença de ácido clorídrico, liberando
ambos os monossacarídeos. Sabe-se que a reação de uma cetose (no caso, a frutose) é
favorecida, uma vez que a sua forma furanosídica é propícia à formação do furfural se
comparada à aldose. No entanto, pode-se obter um resultado positivo evidente mesmo com
a glicose, que é uma aldose, se houver um maior tempo de aquecimento, o qual favorece a
reação pelo fato de ela ser endotérmica.
4. A reação de Benedict foi realizada no experimento de enzimas explique o princípio
e porque alguns tubos apresentam cor esverdeada enquanto outros tubos
apresentam cor vermelho-tijolo característica da reação.
O reagente de Benedict baseia-se na detecção de glicose por meio da observação
de sua propriedade redutora, isto é, sendo um monossacarídeo que apresenta um grupo
aldeído livre, a glicose pode ser oxidada por agentes oxidantes relativamente suaves, como
o íon cúprico (Cu2+), o qual está presente no reagente de Benedict (LEHNINGER, 2019). A
cor natural do íon cobre é azul-esverdeada na forma de Cu(OH)2, em solução, por isso que,
se for adicionado em uma amostra onde não há glicose, o tubo permanecerá com essa
coloração. Isso ocorreu no tubo 1 do experimento da aula prática de enzimas, pois ele
continha sacarose e esta não pode ser hidrolisada pela amilase salivar e, portanto, não
pode liberar a molécula de glicose. Já no tubo 2, houve hidrólise das ligações do amido pela
amilase salivar, então a glicose foi liberada e os íons Cu2+ do reagente de Benedict foram
reduzidos por ela, gerando a formação da cor vermelho-tijolo característica do composto
Cu2O.
5. Se na reação de Benedict prepararmos mais 2 tubos contendo respectivamente
Aspartame e Ciclamato/Sacarina qual o resultado esperado? Explique.
O resultado esperado é a cor azul-esverdeada característica da reação que não
ocorreu, pois tanto o aspartame quanto a sacarina são adoçantes sintéticos que não
apresentam a molécula de glicose e que, por isso, não podem reduzir o íon cúprico do
reagente de Benedict.
6. Na reação com o Lugol ao aquecermos o tubo contendo amido e iodo a coloração
azul desaparece e ao resfriarmos a coloração reaparece. Explique.
A coloração azul ocorre, porque os íons tri-iodeto formam um complexo com a
cadeia helicoidal da amilose. O aquecimento desfaz o complexo helicoidal e,
consequentemente, a cor desaparece, mas, com o retorno à temperatura mais fria, o
complexo retorna juntamente com a coloração azul inicial.
7. Por que devemos utilizar a capela de exaustão nas reações em que manipulamos
reagentes que expelem gases tóxicos? Como funciona uma capela de exaustão?
A capela de exaustão é um item essencial no laboratório, pois fornece segurança
coletiva na manipulação dos produtos químicos.Quando um produto que expele gases
tóxicos é manipulado, esses são succionados pelo exaustor, o qual apresenta um tubo que
os leva para fora do local, dispersando-os no ar do ambiente.
Na capela de exaustão, há uma placa de acrílico ou um vidro que protege o seu
interior. Esse elemento, por sua vez, garante que somente as mãos do operador estejam
em contato com o interior da capela, protegendo o restante do corpo. Um interruptor externo
aciona um sistema de luz interna para permitir a visualização do que está sendo
manipulado, bem como um exaustor. Este, por sua vez, suga gases do interior da capela
para fora da construção onde está o laboratório. Outros elementos da capela são uma
tomada (externa, de preferência) e um dreno no interior para permitir a lavagem.
5. Conclusão
Os carboidratos são moléculas extremamente importantes para a sobrevivência dos
organismos. A sua variedade de organização e de composição resulta em múltiplas funções
nos seres vivos, como a de constituição e a de reserva energética. Assim, valendo-se das
propriedades dos carboidratos, reações podem ser feitas de modo a obter resultados
qualitativos da sua presença em soluções, como as que foram realizadas na aula prática.
Dessa forma, os experimentos permitem a visualização e o entendimento de características
moleculares importantes desses compostos.
6. Referências Bibliográficas
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