Tool: Nachweisreaktionen für funktionelle Gruppen und Biomoleküle

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Positive und negative Blindprobe

Bei der positiven Blindprobe wird das Reagenz mit einem Stoff versetzt, der sicher positiv reagiert. Bei der negativen Blindprobe wird das Reagenz nur mit Wasser versetzt. Erst der Vergleich mit beiden Blindproben zeigt, ob sich das Reagenz mit der Probe wirklich verändert hat.

Die Nachweise

Bromwasser-Probe

Reagenz

Bromwasser, gelbbraun

Durchführung

Probe zugeben, schütteln, ohne Erwärmen

positiv

Entfärbung

zeigt an

C=C-Doppelbindung: Brom-Moleküle werden an die C=C-Doppelbindung addiert.

Grenzen

Auch Alkanale, Methansäure und Glucose entfärben Bromwasser, weil Brom sie oxidiert. Phenole entfärben Bromwasser durch Substitution; dabei entsteht ein weißer Niederschlag. Alkanone reagieren in saurer Lösung langsam. Bei Alkanen geht das Brom in die obere Phase über; die untere Phase hellt sich auf, ohne dass eine Reaktion stattfindet.

Cer(IV)-ammoniumnitrat-Test

Reagenz

Cer(IV)-ammoniumnitrat in verdünnter Salpetersäure, gelb

Durchführung

Probe zugeben, ohne Erwärmen, Farbe gleich nach der Zugabe beurteilen

positiv

Rotfärbung, die wieder verblassen kann

zeigt an

alkoholische Hydroxygruppe (nicht die O–H-Gruppe der Carboxygruppe): Alkanole, aber auch Zucker und Milchsäure

Grenzen

Phenole ergeben eine braune bis schwarze Färbung oder einen Niederschlag. Die Rotfärbung verblasst, weil die Cer(IV)-Ionen die Moleküle der Probe anschließend oxidieren; bei Zuckern und Milchsäure geschieht das besonders schnell.

2,4-Dinitrophenylhydrazin-Test

Reagenz

2,4-Dinitrophenylhydrazin in saurer Lösung

Durchführung

Probe zugeben, schütteln, ohne Erwärmen

positiv

gelber bis orangeroter Niederschlag

zeigt an

Aldehyd- oder Ketogruppe (Alkanale und Alkanone)

Grenzen

Carbonsäuren und Ester reagieren nicht, obwohl ihre Moleküle eine C=O-Bindung enthalten: Das benachbarte O-Atom verringert die positive Partialladung am C-Atom.

Fehling-Probe

Reagenz

Fehling I (Kupfer(II)-sulfat-Lösung) und Fehling II (alkalische Tartrat-Lösung), gemischt tiefblau

Durchführung

Probe zugeben, im Wasserbad erwärmen

positiv

ziegelroter Niederschlag von Kupfer(I)-oxid

zeigt an

reduzierende Wirkung, meist eine Aldehydgruppe

Grenzen

Fructose reagiert ebenfalls: Im alkalischen Reagenz lagern sich Fructose-Moleküle über ein Endiol teilweise in Glucose- und Mannose-Moleküle um (Keto-Endiol-Tautomerie). Benzaldehyd reagiert nicht.

Benedict-Probe

Reagenz

Kupfer(II)-sulfat, Natriumcitrat und Natriumcarbonat in Wasser, blau; weniger stark alkalisch als die Fehling-Lösung und lange haltbar

Durchführung

Probe zugeben, im Wasserbad erwärmen

positiv

je nach Gehalt an reduzierendem Stoff grün, gelb, orange bis ziegelrot (Kupfer(I)-oxid)

zeigt an

reduzierende Wirkung, meist eine Aldehydgruppe

Grenzen

wie bei der Fehling-Probe

Tollens-Probe

Reagenz

ammoniakalische Silbernitrat-Lösung, farblos, immer frisch angesetzt

Durchführung

Probe zugeben, im Wasserbad erwärmen, nicht schütteln

positiv

Silberspiegel an der Glaswand oder grauschwarzer Niederschlag

zeigt an

reduzierende Wirkung, meist eine Aldehydgruppe

Grenzen

Auch Methansäure und Fructose reagieren.

Schiffsche Probe

Reagenz

Schiff-Reagenz (fuchsinschweflige Säure), farblos

Durchführung

Probe zugeben, nicht erwärmen, nach kurzer Zeit beurteilen und nicht lange stehen lassen. Beim Erwärmen färbt sich das Reagenz auch ohne Probe.

positiv

rosa bis rotviolette Färbung

zeigt an

Aldehydgruppe

Grenzen

Zucker reagieren nicht oder erst nach langer Zeit: Glucose-Moleküle liegen fast vollständig in der Ringform ohne Aldehydgruppe vor. Bei manchen Alkanonen kann sich die Lösung nach einiger Zeit schwach rosa färben, oft durch Spuren von Alkanalen.

Bromthymolblau-Test

Reagenz

Bromthymolblau-Lösung; in neutraler Lösung grün

Durchführung

einige Tropfen zur wässrigen Probe geben

positiv

Gelbfärbung: Die Lösung ist sauer.

zeigt an

bei organischen Stoffen meist eine Carboxygruppe

Grenzen

Jede saure Lösung färbt Bromthymolblau gelb. Ester aus dem Vorrat können Spuren von Carbonsäure enthalten.

Rojahn-Test

Reagenz

Probe mit Phenolphthalein-Lösung und wenig Natronlauge, rosa

Durchführung

im Wasserbad bei etwa 40 °C erwärmen

positiv

Entfärbung beim Erwärmen

zeigt an

Estergruppe: Bei der Esterspaltung werden Hydroxid-Ionen verbraucht.

Grenzen

Carbonsäuren entfärben sofort, weil sie die Natronlauge neutralisieren.

Iod-Stärke-Reaktion

Reagenz

Iod-Kaliumiodid-Lösung (Lugolsche Lösung), verdünnt gelbbraun

Durchführung

einige Tropfen zur abgekühlten Probe geben

positiv

blauschwarze Färbung

zeigt an

Stärke: Iod-Moleküle und Polyiodid-Ionen lagern sich in die schraubenförmigen Amylose-Moleküle ein.

Grenzen

Beim Erwärmen verschwindet die Färbung, beim Abkühlen kehrt sie zurück.

GOD-Test

Reagenz

Teststreifen mit den Enzymen Glucoseoxidase und Peroxidase und einer Farbstoff-Vorstufe

Durchführung

Teststreifen kurz eintauchen, nach der Ablesezeit auf der Packung beurteilen

positiv

Das Testfeld färbt sich, je nach Hersteller grün bis blaugrün.

zeigt an

Glucose; andere Zucker werden nicht umgesetzt.

Grenzen

Das Enzym setzt nur Glucose-Moleküle um, nicht die Glucose-Bausteine in Maltose-, Saccharose- oder Stärke-Molekülen. Handelsübliche Maltose und Saccharose enthalten aber oft Spuren von Glucose; dann färbt sich das Testfeld schwach.

Seliwanow-Probe

Reagenz

Resorcin in Salzsäure (c ≈ 4 mol/L)

Durchführung

Probe zugeben, höchstens eine Minute im siedenden Wasserbad erhitzen

positiv

Rotfärbung

zeigt an

Ketohexosen wie Fructose

Grenzen

Saccharose reagiert ebenfalls, weil die Salzsäure sie beim Erhitzen in Glucose und Fructose spaltet. Bei längerem Erhitzen färben sich auch Glucose-Lösungen schwach.

Biuret-Reaktion

Reagenz

Natronlauge und wenig Kupfer(II)-sulfat-Lösung, hellblau

Durchführung

Probe zugeben, ohne Erwärmen

positiv

Violettfärbung

zeigt an

mindestens zwei Peptidbindungen: Proteine und Peptide ab drei Aminosäure-Bausteinen

Grenzen

Aminosäuren und Dipeptide reagieren nicht. Zucker ergeben eine tiefblaue Lösung, aber keine Violettfärbung.

Ninhydrin-Reaktion

Reagenz

Ninhydrin-Lösung

Durchführung

Probe zugeben, im Wasserbad erwärmen

positiv

blauviolette Färbung

zeigt an

freie Aminogruppe: Aminosäuren und kurze Peptide

Grenzen

Auch Ammonium-Ionen und primäre Amine ergeben eine blauviolette Färbung (Ruhemanns Purpur). Prolin ergibt eine gelbe Färbung.

Xanthoprotein-Reaktion

Reagenz

konzentrierte Salpetersäure, danach Ammoniak-Lösung

Durchführung

Probe mit Salpetersäure erwärmen, abkühlen, Ammoniak-Lösung zugeben

positiv

Gelbfärbung, nach Zugabe von Ammoniak orange

zeigt an

aktivierte aromatische Ringe, zum Beispiel in Tyrosin- und Tryptophan-Bausteinen von Proteinen

Grenzen

Phenylalanin-Bausteine reagieren unter Schulbedingungen kaum, weil ihr aromatischer Ring nicht aktiviert ist. Auch die Haut färbt sich mit konzentrierter Salpetersäure gelb, weil ihre Protein-Moleküle Tyrosin- und Tryptophan-Bausteine enthalten.

Sicherheit im echten Labor

Schutzbrille tragen. Bromwasser ist giftig und ätzend: nur unter dem Abzug arbeiten. Das Tollens-Reagenz immer frisch ansetzen und nach dem Versuch sofort entsorgen, weil sich beim Stehen explosive Silberverbindungen bilden können. Konzentrierte Salpetersäure ist stark ätzend und färbt die Haut gelb; bei der Xanthoprotein-Reaktion entstehen nitrose Gase: nur unter dem Abzug arbeiten. Auch Fehling-Lösung II und Natronlauge sind ätzend; das Seliwanow-Reagenz (Salzsäure) reizt Haut, Augen und Atemwege.

Das 2,4-Dinitrophenylhydrazin-Reagenz ist gesundheitsschädlich und ätzend; festes 2,4-Dinitrophenylhydrazin ist in trockenem Zustand explosionsgefährlich. Cer(IV)-ammoniumnitrat ist brandfördernd und ätzend. Schiff-Reagenz enthält Fuchsin, einen Farbstoff, der im Verdacht steht, Krebs zu erzeugen. Methanol und Prop-2-en-1-ol sind giftig. Hexan, Cyclohexan, Hex-1-en und Cyclohexen sind leicht entzündbar, ebenso viele andere Proben wie Ethanol, Propanon und die Ester: keine offene Flamme, nur im Wasserbad erwärmen. Vor jedem Realversuch ist eine Gefährdungsbeurteilung nötig.

Zur Darstellung

Die Farben der Reagenzgläser sind vereinfacht. Bei der Benedict-Probe zeigen die Bilder den ziegelroten Niederschlag, der bei hohem Gehalt an reduzierendem Stoff entsteht. Alle Ergebnisse gelten für reine Stoffe.

Alkanole, Alkanale, Alkanone, Carbonsäuren und Ester mit höchstens vier C-Atomen in der Kette werden als vollständige Valenzstrichformel dargestellt; Aminosäuren, Peptide, Fette und größere Moleküle als verkürzte Strukturformel, aromatische Ringe als Sechseck ohne C- und H-Atome. Glucose und Fructose sind als Fischer-Projektion dargestellt, Maltose, Saccharose und Stärke als Haworth-Formel ohne die H-Atome am Ring; bei Stärke ist ein Ausschnitt aus einem Amylose-Molekül gezeigt. In Haworth-Formeln und in Gruppen wie CH₂OH sind die freien Elektronenpaare nicht gezeichnet, in Fischer-Projektionen nur an der C=O-Gruppe.