Wirtualne laboratorium – S - Zintegrowana Platforma Edukacyjna

Laboratorium 1

Czy wiesz, jakie grupy funkcyjne znajdują się w cząsteczkach aminokwasów? Wykonaj eksperyment w laboratorium chemicznym, w którym przeprowadzisz wybrane reakcje dla dostępnych aminokwasów. Rozwiąż problemy badawcze i zweryfikuj postawione hipotezy. Zapisz odpowiednie informacje w dziennikach, a następnie sformułuj wnioski.

R1cxjQHtMnGOB1

Wirtualne laboratorium pt. „Jakie grupy funkcyjne zawierają aminokwasy?”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., Kamila Piec, licencja: CC BY-SA 3.0.

RdPr0qSdtBJ44

RMLGnOa1V1VWL

RkVxhfb3JG7If

Wyjaśnienie Reakcja cystynowa służy m.in. do wykrywania aminokwasów, które w swoich cząsteczkach posiadają grupę tiolową (

- SH

). Do aminokwasów tych należy cysteina. Cysteina ogrzana w środowisku silnie zasadowym ulega odpowiednim przemianom, w wyniku których powstają m.in. aniony siarczkowe (

S^{2 -}

). Aniony te reagują z jonami ołowiu(

II

) (

{Pb}^{2 +}

), pochodzącymi z dysocjacji octanu ołowiu(

II

S^{2 -} + {Pb}^{2 +} \to PbS ↓

Produktem opisanej reakcji jest siarczek ołowiu(

II

) (

PbS

) – wytrącający się w postaci czarnego osadu. Biały osad obserwowany w czasie wykonywania próby cystynowej, dla innych niż cysteina aminokwasów, to wodorotlenek ołowiu(

II

) (

Pb {(OH)}_{2}

). Związek ten powstaje w wyniku reakcji jonów ołowiu(

II

) (pochodzących z dysocjacji octanu ołowiu(

II

)) z jonami wodorotlenkowymi (pochodzącymi z dysocjacji wodorotlenku sodu, którego wodny roztwór użyto w doświadczeniu).

{Pb}^{2 +} + 2 {OH}^{-} \to Pb {(OH)}_{2} ↓

Czy wiesz, jakie grupy funkcyjne znajdują się w cząsteczkach aminokwasów? Zapoznaj się z opisem eksperymentu w laboratorium chemicznym, w którym przeprowadzono wybrane reakcje dla dostępnych aminokwasów. Rozwiązano problemy badawcze i zweryfikowano postawione hipotezy. Zapisano odpowiednie informacje w dziennikach, a następnie sformułowano wnioski.

RuT1joIs6LICn

Eksperyment 1 Analiza eksperymentu: Identyfikacja aminokwasów w reakcji z ninhydryną. Problem badawczy: Czy wszystkie aminokwasy dają ten sam wynik w reakcji z ninhydryną?. Hipoteza: Aminokwasy w wyniku reakcji z ninhydryną dają granatowy roztwór świadczący o obecności wolnej grupy aminowej. Sprzęt laboratoryjny:probówka laboratoryjna;pipeta automatyczna;łaźnia wodna. Odczynniki chemiczne:ninhydryna w mieszaninie w mieszaninie woda-etanol (1:1) 0,1%;prolina;seryna;tryptofan;walina;alanina;cysteina;glicyna;metionina. Przebieg eksperymentu: Wybierz jeden aminokwas i odmierz wybraną objętość do probówki przy pomocy pipety automatycznej.Przy pomocy pipety automatycznej odmierz wybraną ilość ninhydryny do probówki z aminokwasem.Umieść probówkę w łaźni wodnej.Obserwacje: Po dodaniu roztworu ninhydryny do dowolnego aminokwasu zawartość probówki przyjmuje żółtą barwę. Po ogrzaniu probówek zawierających aminokwasy takie jak: glicyna, alanina, walina, cysteina, tryptofan, metionina i seryna roztwór zmienia zabarwienie na fioletowe. Roztwór ninhydryny z proliną pozostaje żółty. Po zmieszaniu dwóch dowolnych aminokwasów roztwór pozostaje bezbarwny.Wyniki: W wyniku reakcji przedstawionych aminokwasów z ninhydryną (z wyjątkiem proliny) otrzymuje się związki dające fioletowe zabarwienie roztworu.Wnioski:Nie wszystkie aminokwasy ulegają reakcji z roztworem ninhydryny. Reakcja ta pozwala odróżnić prolinę od pozostałych aminokwasów. Wyjaśnienie: Reakcja z ninhydryną pozwala m.in. na wykrycie aminokwasów, które w swoich cząsteczkach posiadają I-rzędowe grupy aminowe (-NH2). Optymalne pH do przeprowadzenia próby ninhydrynowej zawiera się w przedziale 5,0-5,5, dlatego też często, przed przystąpieniem do wykonania oznaczenia, próbkę należy zakwasić. W czasie ogrzewania mieszaniny analizowanego aminokwasu (zawierającego w cząsteczkach I-rzędowe grupy aminowe) z ninhydryną, aminokwas ten ulega deaminacji i dekarboksylacji (w czasie reakcji powstają zatem m.in. amoniak i tlenek węgla(IV)). Cząsteczki powstającego w reakcji amoniaku łączą się z cząsteczkami ninhydryny (w odpowiedniej utlenionej i zredukowanej formie), tworząc kompleks o charakterystycznym, fioletowym zabarwieniu. Poniżej zapisano uproszczony schemat reakcji dowolnego aminokwasu (zawierającego I-rzędową grupę aminową) z ninhydryną (jako R oznaczono łańcuch boczny cząsteczki aminokwasu). Pamiętaj jednak, że mechanizm tej reakcji jest nieco bardziej złożony. Równanie reakcji: Dwie cząsteczki ninhydryny zbudowanej z dwóch skondensowanych pierścieni - sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego oraz pięcioczłonowego pierścienia nasyconego. Pierścienie te posiadają dwa atomy mostkowe, są one wspólne dla obu z nich. Pierścień pięcioczłonowy składa się z sąsiadujących ze sobą dwóch mostkowych atomów węgla. Każdy z nich łączy się z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu. Wspomniane atomy węgla łączą się z tym samym atomem węgla podstawionym dwiema grupami hydroksylowymi, co zamyka pierścień pięcioczłonowy. Dodać cząsteczkę aminokwasu zbudowaną z grupy CH, do której przyłączone są łańcuch boczny R, grupa aminowa NH2 oraz grupa karboksylanowa COO-. Strzałka w prawo, nad strzałką zapis ogrzewanie. Za strzałką cząsteczka powstałego kompleksu zbudowanego z fragmentu pochodzącego od jednej cząsteczki ninhydryny, który to stanowi sześcioczłonowy pierścień aromatyczny, skondensowany z nim pierścień pięcioczłonowy, w którym jeden z dwóch związanych ze sobą atomów mostkowych łączy się z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla, od którego odchodzi wiązanie pojedyncze poza pierścień wiążące go z atomem azotu oraz wiązanie podwójne wbudowane w pierścień i łączące go z atomem węgla, który wiążąc się z atomem mostkowym, zamyka pierścień, a także podstawiony jest atomem tlenu obdarzonym ładunkiem ujemnym. Wspomniany wcześniej atom azotu łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla należącym do pięcioczłonowego pierścienia pochodzącego od drugiej cząsteczki ninhydryny. Atom ten związany jest z dwoma atomami węgla, z których każdy łączy się za pomocą wiązania podwójnego z jednym atomem tlenu oraz z jednym atomem mostkowym pierścienia. Atomy mostkowe łącza się ze sobą, budując jednocześnie fragment przyległego sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego. Eksperyment 2 – Reakcja cystynowa Analiza eksperymentu: Identyfikacja aminokwasów. Problem badawczy: Czy wszystkie aminokwasy dają biały osad z octanem ołowiu(II)?. Hipoteza: Jedynie aminokwasy zawierające siarkę dają osad koloru czarnego. Sprzęt laboratoryjny:probówka laboratoryjna;pipeta automatyczna;łaźnia wodna. Odczynniki chemiczne:20% roztwór wodorotlenku sodu;prolina;seryna;tryptofan;walina;alanina;cysteina;glicyna;metionina,1% roztwór octanu ołowiu(II). Przebieg eksperymentu: Wybierz dowolny aminokwas i za pomocą pipety automatycznej odmierz wybraną objętość roztworu do probówki.Przy pomocy pipety automatycznej odmierz dowolną objętość roztworu wodorotlenku sodu i umieść w probówce z aminokwasem.Przy pomocy pipety automatycznej odmierz dowolną objętość octanu ołowiu(II) i dodaj do probówki.Ogrzej probówkę w łaźnie wodnej.Obserwacje: Po dodaniu roztworu wodorotlenku sodu oraz octanu ołowiu(II) w stosunku (1:1:1) do aminokwasów takich jak: glicyna, alanina, walina, tryptofan, metionina, seryna, prolina obserwuje się powstawanie białego osadu, który był widoczny po podgrzaniu. W przypadku, gdy dodano nadmiar roztworu wodorotlenku sodu, osad uległ roztworzeniu. Po dodaniu roztworów wodorotlenku sodu i octanu ołowiu(II) do roztworu cysteiny wytrącił się biały osad. Po ogrzaniu probówki w łaźni wodnej roztwór zmienił zabarwienie na czarno-szary. Wyniki:Po przeprowadzeniu reakcji z octanem ołowiu(II) w obecności roztworu wodorotlenku sodu wszystkie aminokwasy (z wyjątkiem cysteiny) dały produkty w postaci białego osadu.Wnioski:Próba cystynowa umożliwia odróżnienie cysteiny od innych aminokwasów. Wyjaśnienie Reakcja cystynowa służy m.in. do wykrywania aminokwasów, które w swoich cząsteczkach posiadają grupę tiolową (-SH). Do aminokwasów tych należy cysteina. Cysteina ogrzana w środowisku silnie zasadowym ulega odpowiednim przemianom, w wyniku których powstają m.in. aniony siarczkowe (S2-). Aniony te reagują z jonami ołowiu(II) (Pb2+), pochodzącymi z dysocjacji octanu ołowiu(II). S2-+Pb2+→PbS↓ Produktem opisanej reakcji jest siarczek ołowiu(II) (PbS) – wytrącający się w postaci czarnego osadu. Biały osad obserwowany w czasie wykonywania próby cystynowej, dla innych niż cysteina aminokwasów, to wodorotlenek ołowiu(II) (PbOH2). Związek ten powstaje w wyniku reakcji jonów ołowiu(II) (pochodzących z dysocjacji octanu ołowiu(II)) z jonami wodorotlenkowymi (pochodzącymi z dysocjacji wodorotlenku sodu, którego wodny roztwór użyto w doświadczeniu). Pb2++2 OH-→PbOH2↓. Eksperyment 3 – Reakcja ksantoproteinowa Analiza eksperymentu: Identyfikacja aminokwasów. Problem badawczy: Czy wszystkie aminokwasy dają ten sam wynik w reakcji ze stężonym kwasem azotowym(V)?. Hipoteza: Aminokwasy zawierające grupy aromatyczne dają pozytywny wynik próby. Sprzęt laboratoryjny:probówka laboratoryjna;pipeta automatyczna;łaźnia wodna. Odczynniki chemiczne:stężony kwas azotowy(V);prolina;seryna;tryptofan;walina;alanina;cysteina;glicyna;metionina,6 moldm3 roztwór wodorotlenku sodu. Przebieg eksperymentu: Wybierz dowolny aminokwas i za pomocą pipety automatycznej odmierz wybraną objętość do probówki.Za pomocą pipety automatycznej odmierz dowolną objętość stężonego kwasu azotowego(V) i umieść w probówce z aminokwasem.Podgrzej probówkę w łaźni wodnej.Wykorzystując pipetę automatyczną odmierz roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 6 moldm3 i umieść w probówce.Obserwacje: W reakcji aminokwasów takich jak: alanina, cysteina, glicyna, prolina, seryna, metionina ze stężonym kwasem azotowym(V) otrzymuje się bezbarwny roztwór. Po podgrzaniu probówki roztwór również nie zmienia barwy. W wyniku reakcji tryptofanu i tyrozyny otrzymuje się klarowny, żółty roztwór. Po podgrzaniu probówki w łaźni wodnej otrzymuje się bardziej intensywną, żółtą barwę. Po dodaniu roztworu wodorotlenku sodu, o stężeniu 6 moldm3, roztwór przyjmuje pomarańczowe zabarwienie.Wyniki:W wyniku reakcji ksantoproteinowej dla aminokwasów takich jak: tryptofan i tyrozyna otrzymano roztwory o żółtym zabarwieniu.Wnioski:Reakcja ksantoproteinowa pozwala odróżnić tyrozynę oraz tryptofan od pozostałych aminokwasów ze względu na obecność pierścienia aromatycznego. Wyjaśnienie Pozytywny wynik próby ksantoproteinowej (pojawienie się żółtego zabarwienia) obserwuje się w przypadku aminokwasów, które w swoich cząsteczkach posiadają ugrupowania aromatyczne. Stężony kwas azotowy(V) powoduje nitrowanie pierścienia aromatycznego w cząsteczkach danego aminokwasu, czego produktem są związki nitrowe o żółtym zabarwieniu. Poniżej zapisano uproszczony schemat reakcji nitrowania tyrozyny. Równanie reakcji:Cząsteczka tyrozyny zbudowana z grupy CH podstawionej grupą aminową, grupą karboksylową oraz łańcuchem bocznym składającym się z grupy metylenowej CH2 połączonej z pierścieniem fenylowym podstawionym w pozycji czwartej grupą hydroksylową. Strzałka w prawo, nad strzałką stężony HNO3. Za strzałką cząsteczka zbudowana z grupy CH podstawionej grupą aminową, grupą karboksylową oraz łańcuchem bocznym składającym się z grupy metylenowej CH2 połączonej z pierścieniem fenylowym podstawionym w pozycji trzeciej grupą nitrową, a w czwartej grupą hydroksylową. Dodanie stężonego wodnego roztworu wodorotlenku sodu do oziębionej mieszaniny produktów powyższej reakcji prowadzi do utworzenia odpowiedniej soli, czego skutkiem jest zwiększenie intensywności żółtego zabarwienia mieszaniny lub jego zmiana na pomarańczowe.

Przeczytaj

Sprawdź się

Wirtualne laboratorium – S