Saggio di Fehling quantitativo

[AccettoreQ]

Salve a tutti,
avrei un dubbio inerente la determinazione degli zuccheri riducenti tramite il saggio di Fehling.
Come indicatore abbiamo utilizzato il blu di metilene la cui forma ossidata è incolore.
Avendo aggiunto alla soluzione contenente il Feeling,  10ml di acqua distillata e circa 10 ml di soluzione contente gli zuccheri, la soluzione diventa colore blu.
Titolando la soluzione e giungendo al punto di viraggio, la soluzione da blu diventa rosso mattone, colore che aveva prima dell'aggiunta dell'indicatore.
Quale è il composto che determina il viraggio e in quale reazione è coinvolto?
Vi allego la procedura dell'esperienza (sono le prime due pagine del file allegato).
Se avete bisogno di ulteriori chiarimenti inerenti l'esperienza chiedete pure.
Vi ringrazio per l'attenzione.

  Procedure_Chimali_2017.doc (Dimensione: 134 KB / Download: 726)

Cordiali saluti,
R.

[LuiCap]

Si tratta della determinazione quantitativa (e non qualitativa come hai scritto nel titolo) degli zuccheri riducenti prima e degli zuccheri totali in seguito ad idrolisi del saccarosio presenti in una soluzione zuccherina con il reattivo di Fehling.
Un volume noto di reattivo di Fehling a titolo noto (precedentemente determinato con una soluzione standard di glucosio) viene posta in beuta: essa è di colore azzurro per la presenza del complesso Cu(2+)-tartrato in ambiente basico.
Si titola a caldo con una soluzione campione zuccherina incolore.
Durante la titolazione avviene la redox indicata a pag 1 del procedimento: la soluzione in beuta via via si decolora in quanto il complesso complesso Cu(2+)-tartrato viene ridotto in ambiente basico a ossido rameoso solido Cu2O insolubile in soluzione acquosa, mentre gli zuccheri riducenti (rappresentati nella reazione dalla formula generica di un'aldeide) si ossidano a sali di sodio incolori degli acidi carbossilici corrispondenti (siamo in ambiente basico, perciò la funzione acida è salificata) solubili in soluzione acquosa. Si forma perciò un miscuglio eterogeneo.
Il punto equivalente della titolazione è determinato dalla completa precipitazione del precipitato rosso di Cu2O.
Poiché risulta molto difficile individuare questo punto equivalente, la procedura indica di eseguire la titolazione in presenza di un indicatore redox, il blu di metilene, la cui forma ossidata è blu, mentre la forma incolore è incolore in ambiente basico. All'inizio della titolazione e fino al punto equivalente la soluzione apparirà azzurra-blu dovuta al sovrapporsi della colorazione azzurra propria del complesso Cu(2+)-tartrato e della colorazione blu dell'indicatore in forma ossidata.
Quando la soluzione zuccherina ha reagito stechiometricamente con il reattivo di Fehling, l'aggiunta di 1-2 gocce in eccesso di soluzione zuccherina dalla buretta determina il punto di fine titolazione: il blu di metilene passa alla sua forma ridotta incolore in presenza del precipitato rosso di Cu2O sul fondo della beuta.

[AccettoreQ]

Quando la soluzione zuccherina ha reagito stechiometricamente con il reattivo di Fehling, l'aggiunta di 1-2 gocce in eccesso di soluzione zuccherina dalla buretta determina il punto di fine titolazione: il blu di metilene passa alla sua forma ridotta incolore in presenza del precipitato rosso di Cu2O sul fondo della beuta.

La ringrazio per la risposta molto esausitva.
Ma per quale motivo il cambiamento di colore del blu di metilene avviene "bruscamente" al punto di equivalenza? A quale reazione chimica è sottoposta la sua molecola?

[LuiCap]

   

L'andamento di una curva di titolazione redox è del tutto analogo a quello di una titolazione acido base: per aggiunta della soluzione zuccherina a titolo incognito alla soluzione titolante di Fehling contenuta nella beuta si forma una coppia redox il cui potenziale varia ad ogni aggiunta; il punto di fine titolazione corrisponde al punto di maggior pendenza della curva.
Dato che il reattivo di Fehling non subisce alcuna variazione cromatica, si ricorre ad una coppia redox esterna (il blu di metilene) il cui valore di E°(In) in cui [InOx] = [InRed] sia il più possibile vicino all'E°(analita).

[AccettoreQ]

L'andamento di una curva di titolazione redox è del tutto analogo a quello di una titolazione acido base: per aggiunta della soluzione zuccherina a titolo incognito alla soluzione titolante di Fehling contenuta nella beuta si forma una coppia redox il cui potenziale varia ad ogni aggiunta; il punto di fine titolazione corrisponde al punto di maggior pendenza della curva.
Dato che il reattivo di Fehling non subisce alcuna variazione cromatica, si ricorre ad una coppia redox esterna (il blu di metilene) il cui valore di E°(In) in cui [InOx] = [InRed] sia il più possibile vicino all'E°(analita).

La ringrazio per il chiarimento.
Quindi fino a che non è stato raggiunto il punto equivalente il blu di metilene non subisce alcuna modifica perché gli zuccheri riducenti aggiunti reagiscono con il reattivo di Fehling, e solamente quando si è esaurito tale reattivo avviene il viraggio (tramite la reazione da lei riportata) in seguito alla reazione tra gli zuccheri riducenti e la molecola di blu di metilene?

Grazie per l'attenzione,
R.

[LuiCap]

Sinceramente io ho sempre eseguito la titolazione degli zuccheri riducenti senza l'aggiunta del blu di metilene.
Leggendo però la seguente frase nella procedura che hai allegato:

Nell’arco di due minuti si gocciolano dalla buretta circa 10 ml, si aggiunge il blu di metilene e si procede con la titolazione con viraggio da un blu-viola ad un rosso-rosa.

la risposta che ti ho dato mi pare l'unica spiegazione possibile.

[AccettoreQ]

Sinceramente io ho sempre eseguito la titolazione degli zuccheri riducenti senza l'aggiunta del blu di metilene.
Leggendo però la seguente frase nella procedura che hai allegato:

Nell’arco di due minuti si gocciolano dalla buretta circa 10 ml, si aggiunge il blu di metilene e si procede con la titolazione con viraggio da un blu-viola ad un rosso-rosa.

la risposta che ti ho dato mi pare l'unica spiegazione possibile.

Certamente. I dubbi che però mi sorgono sono due:
- Per quale motivo appena si aggiunge il blu di metilene continua comunque a reagire il reattivo di Fehling?
- Il reagente limitante è quindi il reattivo di Fehling? Noi in laboratorio abbiamo ottenuto per la titolazione di zuccheri riducenti sul campione tal quale i risultati di 14.6 ml e 13.7 ml; mentre la titolazione del campione sottoposto a idrolisi i risultati sono stati di 19.5 e 19.7ml. Essendo il Fehling utilizzato in quantità identiche, come è possibile che la reazione termini prima nel caso del campione non idrolizzato e invece termini dopo l'aggiunta di una quantità maggiore di titolante idrolizzato? 
Ho pensato che la spiegazione possa essere correlata al fatto che il campione non idrolizzato è preparato a partire da 8g, mentre quello idrolizzato da 6g. Tuttavia non riesco a capirne la correlazione, forse perché se la quantità di Fehling è identica può reagire con maggiore quantità di titolante nel secondo caso in quanto la concentrazione è minore? Allora però come si potrebbero confrontare i dati (appunto perché se Fegling è il fattore limitante la quantità di molecole che hanno reagito sarebbe la stessa)?

Può anche essere che io abbia carenze in merito alle base teoriche dei titolanti di ossidoriduzione, da noi non trattati a lezione.

La ringrazio per il supporto,
R.

[LuiCap]

Da quanto scrivi mi par di capire che non hai compreso come devi svolgere i calcoli.
In base ai dati sperimentali raccolti prova a scrivere il procedimento che eseguiresti per calcolare la % di zuccheri riducenti e la % di saccarosio nel campione esaminato.
Ovviamente devi conoscere il titolo esatto del reattivo di Fehling che hai utilizzato che, come scritto nel procedimento, ti è stato fornito nel corso dell'analisi.

Titolo reattivo di Fehling............ 10 mL = _______ g di glucosio

Determinazione degli zuccheri riducenti
Massa campione pesato................................................____________ g
Volume soluzione campione............................................____________ mL
Volume slz campione al p.e.della titolazione esatta.............____________ mL

Determinazione degli zuccheri riducenti
Massa campione pesato................................................____________ g
Volume soluzione campione............................................____________ mL
Volume slz campione al p.e.della titolazione esatta.............____________ mL

[AccettoreQ]

Da quanto scrivi mi par di capire che non hai compreso come devi svolgere i calcoli.
In base ai dati sperimentali raccolti prova a scrivere il procedimento che eseguiresti per calcolare la % di zuccheri riducenti e la % di saccarosio nel campione esaminato.
Ovviamente devi conoscere il titolo esatto del reattivo di Fehling che hai utilizzato che, come scritto nel procedimento, ti è stato fornito nel corso dell'analisi.

Titolo reattivo di Fehling............ 10 mL = _______ g di glucosio

Determinazione degli zuccheri riducenti
Massa campione pesato................................................____________ g
Volume soluzione campione............................................____________ mL
Volume slz campione al p.e.della titolazione esatta.............____________ mL

Determinazione degli zuccheri riducenti
Massa campione pesato................................................____________ g
Volume soluzione campione............................................____________ mL
Volume slz campione al p.e.della titolazione esatta.............____________ mL

Ha ragione, tant'è che nessuno ha ancora spiegato a noi studenti lo svolgimento dei calcoli per giungere ai risultati. La ringrazio per avermi dato anche questo chiarimento.
Tuttavia, dovendo relazionare l'esperienza, sono ora più interessato a capire il meccanismo chimico su cui l'esperimento è basato.

[LuiCap]

Tutti i monosaccaridi sia aldosi che chetosi sono zuccheri riducenti in quanto in soluzione acquosa la loro struttura ciclica è in equilibrio con la struttura aperta.
Una loro reazione caratteristica è l'ossidazione: negli aldosi il gruppo funzionale aldeidico si trasforma direttamente in gruppo carbossilico; i chetosi non possono dare questa reazione diretta in quanto l'ossidazione porta ad una demolizione della molecola con formazione di una miscela di acidi carbossilici con peso molecolare inferiore.
In un monosaccaride i gruppi funzionali ossidabili sono numerosi. Oltre al gruppo aldeidico e chetonico si possono ossidare i gruppi alcoolici primari e secondari. Uno dei reattivi in grado di ossidare i monosaccaridi è il reattivo di Fehling, ovvero una soluzione basica contenente ioni rameici Cu(2+) di colore azzurro che si riducono a ioni rameosi Cu(+) che precipitano sottoforma di ossido rameoso di colore rosso mattone, Cu2O. I monosaccaridi in grado di ridurre il reattivo di Fehling sono perciò chiamati zuccheri riducenti. Poichè, come detto in precedenza, si possono ossidare diversi gruppi funzionali, per aumentare la velocità della reazione la si fa avvenire a caldo.

Il saccarosio non è uno zucchero riducente, perciò non reagisce con il reattivo di Fehling; se però viene fatto reagire a caldo con una soluzione acquosa di HCl abbastanza concentrata avviene la seguente reazione di idrolisi:



nella quale da ogni mole di saccarosio si forma 1 mole di glucosio e 1 mole di fruttosio, entrambi zuccheri riducenti; la miscela equimolare di glucosio e fruttosio prende il nome di zucchero invertito, in quanto il saccarosio ruota in senso orario la luce polarizzata (+66,5°), mentre la miscela 1:1 ha un potere rotatorio complessivo di -20°.
Dopo idrolisi la soluzione campione idrolizzata viene "neutralizzata" alla fenolftaleina dapprima con NaOH e poi con CH3COOH, perciò fino a pH circa 8.

La titolazione "esatta" secondo la metodica indicata prevede di addizionare un volume di soluzione zuccherina campione leggermente inferiore a quello richiesto per il raggiungimento del punto equivalente, quindi di addizionare l'indicatore blu di metilene ed infine di terminare la titolazione fino a viraggio della soluzione dal blu-azzurro all'incolore, facendo in modo (aggiungo io) che il precipitato rosso di Cu2O resti il più possibile sul fondo del recipiente.
Il fatto che la soluzione zuccherina addizionata con la buretta reagisca dapprima con il reattivo di Fehling e solo in seguito con il blu di metilene dipende, a mio parere, dalla differenza di potenziale tra il riducente e l'ossidante: la differenza di potenziale tra E(Cu2+/Cu+) e E(zuccheri riducenti) e maggiore della differenza di potenziale tra E(InOx-InRed) e E(zuccheri riducenti), perciò la reazione tra il reattivo di Fehling e zuccheri riducenti è più favorita rispetto a quella con l'indicatore.

Titolando quindi la soluzione campione tal quale e dopo idrolisi con il reattivo di Fehling si determinano in un primo tempo il contenuto degli zuccheri riducenti espressi come glucosio e, in un secondo tempo, il contenuto degli zuccheri riducenti contenuti nel campione e degli zuccheri riducenti che si sono formati idrolizzando la soluzione campione; per semplice differenza, tenendo conto del fattore di conversione 0,95 per trasformare le moli di zucchero invertito in moli di saccarosio, si può calcolare il contenuto del solo saccarosio presente nel campione.

La titolazione è ritenuta semi-quantitativa in quanto è riproducibile se si rispettano per entrambi i campioni le medesime condizioni operative: ebollizione per due minuti e completamento della titolazione in un minuto.
In caso contrario i volumi ottenuti non sono confrontabili.

Esaminando i dati sperimentali che hai riportato, deduco che questo non è stato fatto, perché il volume di soluzione zuccherina dopo idrolisi utilizzato per titolare lo stesso volume di reattivo di Fehling è risultato maggiore rispetto al volume di soluzione zuccherina tal quale, mentre dovrebbe essere l'esatto contrario.