[일반생물학실험]베네딕트(Benedict) 방법에 의한 환원당 측정

실험 목적

Glucose, galactose, lactose 등 여러 용액으로 베네딕트방법을 이용해 환원성이 있는지 판단하고 구조식을 분석해 본다.

실험 이론 및 원리

1. 베네딕트 반응

베네딕트 용액에는 2가의 구리이온(Cu2+)이 포함되어 있다. 2가의 구리 이온은 청록색을 띠기 때문에 베네딕트용액의 색깔은 청록색을 띤다. 그런데, 만약 베네딕트 용액 속의 구리 이온이 환원되어 전자를 얻으면 1가의 구리 이온(Cu+)이 되고 용액의 색깔도 바뀌게 된다. 

포도당은 환원력을 갖고 있는 분자이기 때문에 다른 물질로부터 전자를 빼앗겨 자신은 산화되고 다른 물질을 환원시키는 능력이 뛰어나다. 즉, 베네딕트 용액과 반응하여 2가의 구리 이온을 환원시킬 수 있는 것이다. 

따라서 베네딕트 용액과 포도당을 섞고 가열하면, 포도당이 베네딕트용액의 2가 구리 이온(Cu2+)에 전자를 주어 환원시키고, 1가의 구리 이온(Cu+)을 만든다. 이 때 산화구리(Cu2O) 침전물이 생기면서 용액의 색깔을 황적색으로 변화시키게 된다.

 

이렇게 베네딕트반응은 포도당의 환원력에 의해 진행되는 반응으로, 포도당(glucose) 이외에도 엿당(maltose), 과당(fructose)과 같이 환원력이 있는 분자들은 베네딕트 반응을 통해 확인할 수 있다.

 

2. 환원당

환원당은 베네딕트 반응에서 환원제로서 작용한다. 케톤기를 포함하는 모든 단당류는 케토스로서 알려져 있고 알데하이드기를 포함하는 단당류는 알도스로서 알려져 있다. 펠링용액(황산구리의 알칼리용액)을 환원하여 이산화구리를 만든다. 포도당·과당·엿당 등이 포함되며, 아미노산 등과 화학반응을 일으켜 갈색 물질을 쉽게 만들어 식품이 갈변하는 원인이 된다.

 

Ketone기

Aldehide기

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료 

1) 1% glucose용액, 1%galactose용액, 1%lactose용액,

2) 1%fructose용액, 1%sucrose용액, 1%starch용액, 15㎖ tube

 

실험 방법

1.실험 과정

1) benedict용액을 15㎖ tube에 1㎖씩 넣고, 이 튜브에 시료(glucose, galactose, lactose, fructose, sucrose, starch)를 200㎕씩 넣는다. 

2) 그리고 끓는 물 에서 5분간 중탕시킨 뒤 침전물의 유무와 시료의 색을 관찰하여 기록한다.

 

 

실험 결과 및 토의

1. 결과 분석

	Glucose	Galactose	Lactose	Fructose	Sucrose	Starch
사진
침전물 유무	O	O	O	O	X	X
시료색깔 (침전물색)	황적색 (갈색)	푸른색 (갈색)	누런색 (갈색)	연푸른색 (갈색)	푸른색	푸른색

사진에서 볼 수 있듯이 sucrose와 starch를 제외한 나머지 시료에서는 모두 갈색의 산화구리 침전물을 볼 수 있었다. 그런데 시료의 색의 glucose와 lactose는 황적색으로 변했으나, galactose와 fructose는 갈색 침전물이 존재할 뿐, 푸른색으로 보이는 것을 관찰 할 수 있었다.

2. 실험 고찰 

1) 환원당 중에서도 색깔의 차이 및 침전물의 양에 차이가 있는 이유는?

시료의 양을 모두 동일하게 200㎕를 넣는다 할지라도, 각 물질의 Molecular Weight 이 모두 제각각 다르고, 질량이 다르다. 즉 몰수가 각각 다르고, 결국 분자의 수가 다른 것이다. 게다가, 분자마다 반응하는 ketone, 혹은 aldehide기의 개수 또한 다를 것이다. 이러한 이유 때문에 일정한 양의 benedict 용액에 반응하는 시료의 분자들이 개수가 각각 다르기 때문에, 반응한 시료의 색의 정도와 침전물의 정도가 달라질 수 있다.

결과를 보면, glucose와 lactose는 황적색으로 시료색이 변하고, 갈색의 침전물이 같이 생긴 것이 반해, galactose와 fructose는 갈색 침전물이 있으나, 용액 자체에는 베네딕트 용액의 색(연청색)이 나타나는 것을 볼 수 있었다. 이 이유는 몇 가지로 유추해 볼 수 있는데, 일단 베네딕트 반응에서 산화구리가 생성되면서, 용액이 갈색으로 변하는 것이라고 알고 있다. 그런데 그 정도가 다른 것이라고 생각해보면, glucose와 lactose는 환원성이 강해, 베네딕트 용액의 구리를 모두 다 황적색으로 변화시켰기 때문이고, galactose와 fructose는 비교적 환원성이 약해 푸른 베네딕트용액의 구리이온이 남아있기 때문이라고 생각 할 수 있겠다.

 

추측해 보건데, Molecular Weight과 각 시료의 질량을 측정하여(m/mW=n) n의 값이 제일 큰 시료가 몰수가 제일 많은 시료이고, 가장 많은 분자를 가지고 가장 많은 반응을 했을 것이라고 생각할 수 있지만, 위에서 말했듯이 각 시료마다 반응하는 ketone이나 aldehide구조의 부위 개수가 다를 수 있으므로 다시 생각해 보아야 할 문제이다.

 

2) Benedict 용액에 염색되는 당과 염색되지 않는 당의 화학적 구조상의 차이점을 비교하시오.

환원당은 케톤기나 알데히드기를 가지고 있다. 만약 케톤기와 알데히드기가 없다면, 환원성이 적거나 없을 것이고, 염색이 잘 되지 않을 것이다.

모형에서 케톤기와 알데히드기를 찾아보자면,

Ketone기

Aldehide기

 

glucose 모형

galactose모형

 

lactose 모형

fructose 모형

 

sucrose모형

starch 모형

 

그림과 같은 Ketone 기와 Aldehide기를 찾을 수 있다. 단, sucrose와 starch 에서는 ketone기와 Aldehide기를 찾을 수 없기 때문에, 실험 결과와 같이 반응하지 않은 것이다.