Fehling-Probe

Die Fehling-Probe dient zum Nachweis von Reduktionsmitteln, z. B. von Aldehyden und reduzierenden Zuckern.

Geschichte

Die von Hermann Fehling 1848 veröffentlichte Nachweisreaktion ermöglichte die quantitative Bestimmung von Zucker im Harn durch Titration. Dies war zur Diagnose der Zuckerkrankheit (Diabetes) von Bedeutung. Zuvor war dies nur qualitiativ durch einfache Geschmacksprüfung oder Vergärung möglich, später auch quantitativ durch Polarimetrie. Heute ist die Fehling-Probe Bestandteil der Schulchemie.

Fehlingsche Lösung

Kupfer-Tartrat-Komplex mit quadratisch koordiniertem Kupfer

Zur Durchführung der Fehling-Probe verwendet man zwei Lösungen als Nachweisreagenzien, die nach Hermann Fehling als „Fehling I“ und „Fehling II“ bezeichnet werden.

• Die hellblaue Fehlingsche Lösung I ist eine verdünnte Kupfer(II)-sulfat-Lösung.
• Die farblose Fehlingsche Lösung II ist eine alkalische Kaliumnatriumtartrat-Lösung.

Nach Zusammenführen gleicher Volumina beider Fehling-Lösungen besitzt das Fehling-Reagenz aufgrund der Komplexbildung der Cu(II)-Ionen mit den Tartrat-Ionen eine charakteristische, dunkelblaue Farbe.Das Tartrat-Ionen hat hier die Aufgabe eines Komplexbildners. Wenn es nicht vorliegen würde, würden die OH^--Ionen sofort mit den Kupfer(II)-Ionen reagieren und schwerlöslisches Kupfer(I)-hydroxid (CuOH) bilden, woraufhin die Reaktion nicht mehr ablaufen könnte.

$\mathrm {2\ [C_{4}H_{4}O_{6}]^{2-}+Cu^{2+}\longrightarrow [Cu(C_{4}H_{4}O_{6})_{2}]^{2-}}$

Salze der Weinsäure und Kupfer(II)-hydroxid reagieren zum tiefblauen Kupfertartratkomplex und Wasser.

Der Zusatz von Glycerin vor dem Auffüllen mit Wasser verlängert die Haltbarkeit einer selbst angesetzten Lösung.

Nach der Zugabe der Testsubstanz, muss die Lösung erhitzt werden. Dadurch werden zum einen die nachzuweisenden Monosaccharide in ihre Kettenform überführt und zum Anderen wird die Reaktion beschleunigt. Die Monosaccharide müssen in der Kettenform vorliegen, da sonst die CHO-Gruppe für den Nachweis nicht zugänglich ist.
Es erfolgt dann eine Reduktion der Kupfer(II)-Ionen erst zu gelbem Kupfer(I)-hydroxid (CuOH) und dann eine Dehydratisierung zu Kupfer(I)-oxid (Cu₂O). Aldehyde werden nach Zugabe von Fehling-Reagenz zu Carbonsäuren oxidiert, während das Kupfersulfat (CuSO₄) zu Kupfer(I)-oxid (Cu₂O) reduziert wird und als rotbrauner Niederschlag ausfällt.

Bei längerem Erhitzen oder bei einfacheren Aldehyden wie Formaldehyd oder Acetaldehyd kann auch elementares Kupfer entstehen.

Redoxreaktion

Da die Oxidation der Probesubstanz durch Reduktion der Kupfer(II)-Ionen erfolgt, kann die Gesamtreaktion wie bei allen Redoxreaktionen in eine Oxidations- und Reduktionsreaktion zerlegt werden. Dabei wird im nachfolgenden Beispiel zur Vereinfachung nicht berücksichtigt, dass die Kupferionen eigentlich in einem Komplex mit Tartrat-Ionen (Kupfertartrat) vorliegen:

Oxidation:

$\mathrm {R\!-\!CHO+2\,OH^{-}\longrightarrow R\!-\!COOH+H_{2}O+2\,e^{-}}$

Eine Aldehydgruppe wird im basischen zur Carbonsäure oxidiert.

$\mathrm {R{-}COOH+OH^{-}\longrightarrow R{-}COO^{-}+H_{2}O}$

Da die Reaktion in alkalischer Umgebung stattfindet, wird die entstehende Carboxygruppe durch Hydroxidionen zur Carboxylatgruppe im Sinne einer Säure-Base-Reaktion deprotoniert

Reduktion:

$\mathrm {2\,Cu^{2+}+2\,OH^{-}+2\,e^{-}\longrightarrow 2\ CuOH\longrightarrow Cu_{2}O\downarrow +H_{2}O}$

Kupfer(II)-ionen und Hydroxidionen reagieren zu Kupfer(I)-hydroxid, das weiter zu Kupfer(I)-oxid dehydratisiert.

Redoxreaktion:

$\mathrm {2\,Cu^{2+}+R{-}CHO+5\,OH^{-}\longrightarrow Cu_{2}O+R{-}COO^{-}+3\,H_{2}O}$

Kupfer(II)-ionen und Aldehydgruppen reagieren im basischen Milieu zu Kupfer(I)-oxid, Carboxylaten und Wasser

Grenzen

Zu erwähnen ist an dieser Stelle, dass Ketone von der Fehlingschen Lösung nicht oxidiert werden. Der Nachweis erlaubt folglich eine Unterscheidung zwischen einem Keton und Aldehyd. Ketone mit einer der Carbonylgruppe benachbarten OH-Gruppe (alpha-Ketole) sprechen allerdings auf das Fehling-Reagenz an (z.B. durch Keto-Enol-Tautomerie); Reduktionsmittel ist hier das in alkalischer Lösung entstehende Endiolation.

Die Fehling-Reaktion mit reduzierenden Zuckern folgt im Allgemeinen nicht der oben gezeigten einfachen Stöchiometrie, da hierbei Oxidationsprodukte entstehen, die selbst reduzierend wirken (Ketoaldehyde, Hydroxy-Diketone) sowie Produkte von Retro-Aldolreaktionen).

Weitere Nachweisreaktionen für Aldehyde

→ Liste von Nachweisreaktionen#Organik

• Schiffsche Probe mit dem Schiffschen Reagenz
• Tollensprobe (Silberspiegel-Probe) mit dem Tollens-Reagenz
• Benedict-Reagenz
• Nylanders Reagenz

Weblinks

• 

  Wikibooks: Praktikum Organische Chemie/ Fehling-Probe – Lern- und Lehrmaterialien