Thuốc thử Benedict

Thuốc thử Benedict hay còn gọi là dung dịch Benedict, là một loại thuốc thử trong hóa học hữu cơ dùng để phát hiện sự hiện diện của đường khử. Thuốc thử này bao gồm hỗn hợp muối natri carbonat, natri citrat và đồng(II) sulfat ngậm 5 phân tử nước (CuSO₄.5H₂O). Tương tự như thuốc thử Fehling, thuốc thử Benedict sẽ phản ứng dương tính nếu dung dịch chứa chất khử khác ngoài đường khử. Phản ứng này biểu hiện qua sự thay đổi màu từ dung dịch xanh lam trong suốt sang kết tủa đỏ gạch.

Phản ứng với thuốc thử Benedict giúp nhận diện nhóm chức aldehyde, alpha-hydroxy-keton và hemiacetal, bao gồm một số nhóm chức xuất hiện trong các ketose nhất định. Mặc dù đường ketose như fructose không hoàn toàn là đường khử, fructose vẫn phản ứng dương tính vì là một alpha-hydroxy-keton, và trong phản ứng với thuốc thử, nó chuyển thành đường aldose như glucose và mannose. Quá trình oxy hóa đường khử bởi phức cupric (Cu) trong thuốc thử tạo ra cuprơ (Cu), kết tủa dưới dạng đồng(I) oxide màu đỏ, không tan (Cu₂O).

Phản ứng này được đặt theo tên nhà hóa học người Mỹ Stanley Rossiter Benedict.

Thành phần và cách chế tạo thuốc thử

Thuốc thử Benedict là một dung dịch nước có màu xanh lam đậm. Mỗi lít dung dịch chứa các thành phần sau:

• 17,3g đồng sulfat
• 173g natri citrat
• 100g natri carbonat khan hoặc 270g natri carbonat ngậm 10 phân tử nước (Na₂CO
  ₃.10H₂O)

Để pha chế thuốc thử, trước tiên trộn natri carbonat và natri citrat, sau đó từ từ thêm đồng(II) sulfat vào và khuấy đều. Natri citrat hoạt động như chất tạo phức giữ đồng trong dung dịch để ngăn ngừa kết tủa, trong khi natri carbonat duy trì tính kiềm của dung dịch. Khi có mặt các chất khử nhẹ, ion đồng (II) sẽ bị khử thành đồng (I), tạo thành kết tủa đồng(I) oxide màu đỏ dễ nhận thấy trong môi trường kiềm.

Phân tích hữu cơ

Để kiểm tra sự hiện diện của monosaccharide và disaccharide khử trong thực phẩm, hòa tan mẫu thực phẩm trong nước rồi thêm một lượng nhỏ thuốc thử Benedict. Sau khi đun cách thủy từ 4 đến 10 phút, dung dịch sẽ chuyển từ màu xanh lam (không có đường khử) thành các màu da cam, vàng, xanh lục, đỏ, và kết tủa đỏ gạch hoặc nâu, tùy thuộc vào nồng độ của đường khử. Sự thay đổi màu sắc cho thấy sự có mặt của đường khử.

Các disaccharide phổ biến như lactose và maltose có thể được phát hiện ngay bằng thuốc thử Benedict, nhờ chứa glucose với nhóm aldehyde khử tự do sau khi trải qua quá trình đồng phân hóa.

Sucrose (đường ăn) gồm hai đường đơn (fructose và glucose) liên kết với nhau qua liên kết glycosidic, ngăn chặn glucose không thể đồng phân hóa thành aldehyde hoặc fructose (fructose sau đó chuyển thành alpha-hydroxy-ketone). Do đó, sucrose không phải là đường khử và không phản ứng với thuốc thử Benedict. Tuy nhiên, nếu sucrose được đun nóng với acid hydrochloric loãng trước khi thử nghiệm, nó sẽ bị thủy phân thành glucose và fructose, cả hai đều có thể được phát hiện bằng thuốc thử Benedict.

Tinh bột thường không phản ứng hoặc chỉ phản ứng yếu với thuốc thử Benedict vì lượng đường khử nhỏ, chỉ có ở đầu chuỗi carbohydrate. Những carbohydrate khác như inositol thường cho kết quả âm tính.

Thuốc thử Benedict cũng có thể được dùng để kiểm tra sự hiện diện của glucose trong nước tiểu, một tình trạng gọi là glucos niệu. Glucos niệu có thể chỉ ra bệnh tiểu đường, nhưng thuốc thử Benedict không phải là công cụ chẩn đoán chính thức vì có thể xảy ra phản ứng dương tính giả do sự có mặt của các chất khử khác như vitamin C, thuốc L-DOPA, và acid homogentisic (kiềm niệu).

Xét nghiệm với thuốc thử Benedict là bán định lượng vì màu sắc của kết tủa có thể cho biết lượng đường trong dung dịch. Kết tủa xanh lục chỉ nồng độ đường khoảng 0,5 g%; kết tủa vàng tương ứng với 1 g%; màu cam cho thấy 1,5 g%; và màu đỏ cho biết nồng độ 2 g% hoặc cao hơn.

Thuốc thử định lượng

Thuốc thử Benedict định lượng chứa kali thiocyanat và được sử dụng để đo lường nồng độ của đường khử. Dung dịch này tạo kết tủa đồng(I) thiocyanat màu trắng, phù hợp cho việc chuẩn độ. Để hiệu chuẩn chính xác, cần thực hiện chuẩn độ với dung dịch glucose 1% thay vì mẫu gốc.

Phản ứng ion

Phản ứng giữa một aldehyde (hoặc alpha-hydroxy-keton) và các ion đồng(II) trong thuốc thử Benedict được mô tả như sau:

RCHO + 2 Cu + 5 OH−
→ RCOO−
+ Cu
2O + 3 H
2O.

Các ion hydroxide trong phản ứng này được tạo ra khi natri carbonat hòa tan trong nước. Với sự có mặt của citrat, phản ứng trở thành:

RCHO + 2 Cu(C
6H
5O
7)−
+ 5 OH−
→ RCOO−
+ Cu
2O + 2 C
6H
5O3−
7 + 3 H
2O.

• Đương lượng dextrose
• Thuốc thử Fehling
• Thuốc thử Tollens