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[[Datei:Fehlingsche Lösungen c1904 Zucker-Museum.jpg|mini|Vorratsflaschen für Fehling’sche Lösungen, um 1904 ([[Zucker-Museum]] Berlin)]]
Die '''Fehling-Probe''' dient zum Nachweis von [[Reduktionsmittel]]n, z. B. von [[Aldehyde]]n und [[Reduzierende Zucker|reduzierenden Zuckern]].

== Geschichte ==
Die von [[Hermann Fehling (Chemiker)|Hermann Fehling]] 1848 veröffentlichte Nachweisreaktion<ref name="Fehling-Harn">{{Literatur |Autor=H. Fehling |Titel=Quantitative Bestimmung des Zuckers im Harn |Sammelwerk=Archiv für physiologische Heilkunde |Band=7 |Verlag=Ebner & Seubert |Ort=Stuttgart |Datum=1848 |Seiten=64-73 |Online=https://opacplus.bsb-muenchen.de/Vta2/bsb10470410/bsb:2989062?page=80 |OCLC=243416698 |ZDB=526992-1}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Volker Ziegler |Titel=Trägt die Fehlingsche Lösung ihren Namen zu Recht? Zur Namensbildung einer quantitativen chemischen Nachweismethode |Sammelwerk=Mitteilungen |WerkErg=Fachgruppe „Geschichte der Chemie“ in der Gesellschaft Deutscher Chemiker |Band=17 |Ort=Frankfurt am Main |Datum=2004 |Seiten=100–110 |Online=https://www.gdch.de/fileadmin/downloads/Netzwerk_und_Strukturen/Fachgruppen/Geschichte_der_Chemie/Mitteilungen_Band_17/2004-17-07.pdf |Format=PDF |KBytes=640}}</ref> ermöglichte die quantitative Bestimmung von Zucker im Harn durch [[Titration]].<ref>{{Literatur |Autor=Immanuel Munk |Titel=Zur quantitativen Bestimmung des Zuckers und der sog. reducirenden Substanzen im Harn mittelst Fehling’scher Lösung |Sammelwerk=Archiv für pathologische Anatomie und Physiologie und für klinische Medicin |Band=105 |Datum=1886 |Seiten=63–82 |DOI=10.1007/BF01925199 |ZDB=2795744-5}}</ref> Dies war zur Diagnose der [[Zuckerkrankheit]] (Diabetes) von Bedeutung.<ref name="Diabetes-Prof.Blume">{{Internetquelle |autor=Rüdiger Blume |url=https://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/03_06.htm |titel=Prof. Blumes Tipp des Monats: Diabetes - Durchaus ein Thema für den Chemieunterricht |titelerg=Tipp-Nr. 105 |werk=chemieunterricht.de |hrsg=Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie; Cornelsen Verlag |datum=2006-03 |abruf=2009-10-18}}</ref> Zuvor war dies nur qualitativ durch einfache Geschmacksprüfung oder [[Vergärung]] möglich, später auch quantitativ durch [[Polarimetrie]].<ref>{{Literatur |Autor=Johannes Büttner |Titel=Naturwissenschaftliche Methoden im klinischen Laboratorium des 19. Jahrhunderts und ihr Einfluß auf das klinische Denken |TitelErg=Vortrag auf dem 38. Symposium der Gesellschaft für Wissenschaftsgeschichte, 24. – 26. 5. 2001 in Braunschweig |Sammelwerk=[[Berichte zur Wissenschaftsgeschichte]] |Band=25 |Nummer=2 |Datum=2002 |Seiten=93–105 |DOI=10.1002/1522-2365(200206)25:2<93::AID-BEWI93>3.0.CO;2-G |OCLC=637439044}}</ref> Obwohl die Fehling-Probe seit vielen Jahren einen festen Bestandteil der [[Schulchemie]] darstellt, ist sie seit ebenfalls vielen Jahren bezüglich ihrer Aussagekraft umstritten: Die im Chemieunterricht übliche Erklärung der positiven Fehling‐Probe auf reduzierende Zucker – Oxidation der Aldehyd‐ zur Carboxygruppe – widerspricht der Beobachtung, dass Fructose dabei schneller reagiert als Glucose und Mannose. Primäres Oxidationsprodukt der Reaktion einer Kupfer(II)-salz‐Lösung mit Glucose ist nicht die entsprechende Gluconsäure bzw. das Gluconat, sondern Glucoson (2‐Ketoglucose). Letzteres wird unter den Reaktionsbedingungen durch C−C-Bindungsspaltung weiter oxidiert. Diese Tatsache ist seit fast 90 Jahren bekannt, hat sich aber in der Lehr‐ und Schulbuchliteratur nicht durchgesetzt.<ref>{{Literatur |Autor=Holger Fleischer |Titel=Fehlinterpretation der Fehling-Probe auf reduzierende Zucker – Von der Beobachtung im Chemieunterricht zur Evidenz gegen die Oxidation der Aldehydgruppe |Sammelwerk=CHEMKON |Band=24 |Nummer=1 |Datum=2017-01-01 |Seiten=27–30 |DOI=10.1002/ckon.201610283}}</ref> Bei Schülerexperimenten ist die sehr ähnliche [[Benedict-Reaktion]] der Fehling-Probe vorzuziehen, da bei der [[Gefährdungsbeurteilung]] klar wird, dass bei Einsatz weniger gefährdender Chemikalien ([[Natriumcarbonat]] statt [[Natriumhydroxid]]) gleiche Ergebnisse erzielt werden<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Hanne Rautenstrauch, Klaus Ruppersberg, Wolfgang Proske |Titel=Chemiedidaktik: Welcher Zucker ist in der Probe |Sammelwerk=Nachrichten aus der Chemie |Band=70 |Nummer=2 |Datum=2022-02 |Seiten=15–20 |DOI=10.1002/nadc.20224116610}}</ref>.

== Fehlingsche Lösung ==
[[Datei:Fehling.JPG|mini|Fehling-Reaktion, links negativ, rechts positiv (Niederschlag des Kupfer(I)-oxids)]]

Zur Durchführung der Fehling-Probe verwendet man zwei [[Lösung (Chemie)|Lösungen]] als [[Nachweisreagenz]]ien, die nach [[Hermann Fehling (Chemiker)|Hermann Fehling]] als „Fehling I“ und „Fehling II“ bezeichnet werden.
* Die hellblaue ''Fehlingsche Lösung I'' ist eine verdünnte [[Kupfersulfat|Kupfer(II)-sulfat-Lösung]].
* Die farblose ''Fehlingsche Lösung II'' ist eine alkalische [[Seignettesalz|Kalium-Natrium-Tartrat-Tetrahydrat-Lösung]].
Nach Zusammenführen gleicher Volumina beider Fehling-Lösungen besitzt das Fehling-Reagenz aufgrund der [[Komplexchemie|Komplexbildung]] der Cu(II)-Ionen mit den [[Tartrat]]-Ionen eine charakteristische dunkelblaue Farbe.<ref name="HoWi">{{Holleman-Wiberg |Auflage=102 |Startseite=1447}}</ref> Das Tartrat ist hierbei ein Komplexbildner: Durch die hohe Komplexstabilität wird das [[Löslichkeitsprodukt]] des Kupfer(II)-hydroxids nicht mehr erreicht. Wenn die Kupfer(II)-Ionen nicht komplex gebunden vorlägen, würden die OH−-Ionen mit den Kupfer(II)-Ionen zum schwerlöslichen blauen [[Kupfer(II)-hydroxid]] Cu(OH)2 reagieren, und die gewünschte Nachweisreaktion könnte dann nicht mehr stattfinden. Wie durch die kristallographische Charakterisierung unterschiedlicher [[Kupfer(II)-tartrat]]e gezeigt wurde, ist die Strukturvielfalt groß<ref name="Fangfang">{{Literatur |Autor=F. Jian, P. Zhao, Q. Wang |Titel=Synthesis and crystal structure of a novel tartrate copper(II) two-dimensional coordination polymer: {[Cu2(C4H4O6)2(H2O)2]·4H2O}∞ |Sammelwerk=Journal of Coordination Chemistry |Band=58 |Nummer=13 |Datum=2005 |Seiten=1133–1138 |DOI=10.1080/00958970500148446}}</ref><ref name="Prout">{{Literatur |Autor=C. K. Prout, J. R. Carruthers, F. J. C. Rossotti |Titel=Structure and stability of carboxylate complexes. Part VII. Crystal and molecular structures of copper(II)meso-tartrate trihydrate and copper(II)d-tartrate trihydrate |Sammelwerk=Journal of the Chemical Society A: Inorganic, Physical, Theoretical |Datum=1971 |Seiten=3336–3342 |DOI=10.1039/J19710003336}}</ref><ref name="epple">{{Literatur |Autor=R. Weiss, S. Vukojević, C. Baltes, R. Naumann d’Alnoncourt, M. Muhler, [[Matthias Epple|M. Epple]] |Titel=Copper/zinc L-tartrates: Mixed crystals and thermolysis to a mixture of copper oxide and zinc oxide that is catalytically active in methanol synthesis |Sammelwerk=European Journal of Inorganic Chemistry |Nummer=23 |Datum=2006 |Seiten=4782–4786 |DOI=10.1002/ejic.200600561}}</ref><ref name="Kotru">{{Literatur |Autor=I. Quasim, A. Firdous, B. Want, S. K. Khosa, P. N. Kotru |Titel=Single crystal growth and characterization of pure and sodium-modified copper tartrate |Sammelwerk=Journal of Crystal Growth |Band=310 |Nummer=24 |Datum=2008 |Seiten=5357–5363 |DOI=10.1016/j.jcrysgro.2008.09.021}}</ref> und auch in Lösung treten mehrere Spezies unterschiedlicher Stöchiometrie auf.<ref name="Jespersen">{{Literatur |Autor=Neil D. Jespersen |Titel=Novel Copper-Tartrate Coordination Compounds |Sammelwerk=Analytical Letters |Band=5 |Nummer=7 |Datum=1972 |Seiten=497–508 |DOI=10.1080/00032717208064332}}</ref><ref name="Hörner">T. G. Hörner, [[Peter Klüfers|P. Klüfers]]: ''The Species of Fehling's Solution.'' In: ''[[Eur. J. Inorg. Chem.]]'' 2016, S. 1798–1807, [[doi:10.1002/ejic.201600168]].</ref>

: <math>\mathrm{2 \ C_4H_6O_6 + Cu^{2+} + 4 \ OH^- \longrightarrow [Cu(C_4H_4O_6)_2]^{2-} + 4 \ H_2O}</math>

Der Zusatz von [[Glycerin]] vor dem Auffüllen mit Wasser verlängert die [[Stabilisator (Chemie)|Haltbarkeit]] einer selbst angesetzten Lösung.

Nach der Zugabe der Testsubstanz wird die Lösung erwärmt. Dadurch wird die Nachweisreaktion gemäß der [[RGT-Regel]] beschleunigt. Die Monosaccharide werden in ihrer offenkettigen Form nachgewiesen, da hier die Oxidierbarkeit der Aldehydgruppe genutzt wird, die in den Ringformen als Halbacetal gebunden ist. Die offenkettige Form steht mit den verschiedenen Ringformen in einem chemischen Gleichgewicht. So liegen zum Beispiel bei [[Glucose]] in wässriger Lösung weniger als 0,1 % der Zuckermoleküle in offenkettiger Form vor.

Es erfolgt dann eine Reduktion der Kupfer(II)-Ionen erst zu gelbem Kupfer(I)-hydroxid (CuOH) und dann eine [[Dehydratisierung (Chemie)|Dehydratisierung]] zu [[Kupfer(I)-oxid]] (Cu2O), welches als rotbrauner Niederschlag ausfällt. Aldehyde werden dabei nach alter Lesart zu Carbonsäuren oxidiert.

Nicht zuletzt durch das Entstehen eines festen Produkts liegt das Gleichgewicht dieser Reaktion fast vollständig auf Seiten der Carbonsäure. Dadurch werden weitere Zuckermoleküle in die offenkettige Form überführt, bis die Reaktion praktisch vollständig abgelaufen ist:nach alter Lesart

: <math>\alpha{,}\beta \text{-Glucose (Halbacetal)} \ \rightleftharpoons \ \text{offenkettige Form (Aldehyd)} \ \xrightarrow{\text{Oxidation}} \ \text{Glucoson (2-Ketoglucose)}</math><ref>{{Internetquelle |url=https://chids.online.uni-marburg.de/dachs/experimente/011unterscheidung_aldehyde_ketone.xml |titel=Unterscheidung von Aldehyden und Ketonen |werk=Datenbank Chemischer Schulversuche (DaChS) |hrsg=Philipps-Universität Marburg |abruf=2011-04-22}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Klaus Ruppersberg, Hanne Rautenstrauch, Wolfgang Proske |url=https://www.gdch.de/fileadmin/downloads/Publikationen/Nachrichten_aus_der_Chemie/PDFs/2022-Ruppersberg-Kohlenhydrate-Supp-final.pdf |titel=Kohlenhydratnachweise im Chemieunterricht – welche werden im Unterricht gelehrt, welche sollten gelehrt werden? |werk=Gesellschaft Deutscher Chemiker |datum=2022 |seiten=6 |format=PDF |sprache=de |abruf=2024-04-28}}</ref>

Wie bereits in Geschichte der Fehling-Probe dargestellt, entsteht nach heutigem Wissen nicht die Gluconsäure, sondern Glucoson (2‐Ketoglucose). Letztere wird unter den Reaktionsbedingungen durch C−C Bindungsspaltung weiter oxidiert.

Bei längerem Erhitzen oder bei einfacheren Aldehyden wie [[Formaldehyd]] oder [[Acetaldehyd]] kann auch elementares [[Kupfer]] entstehen<ref name=":0" />.

== Redoxreaktion ==
Da die Oxidation der Probesubstanz durch [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] der Kupfer(II)-Ionen erfolgt, kann die Gesamtreaktion wie bei allen [[Redoxreaktion]]en 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:'''
:<math>\mathrm{R\!-\!CHO + 2\,OH^{-} \longrightarrow R\!-\!COOH + H_2O + 2\,e^{-}}</math>
:Eine Aldehydgruppe wird im basischen zur [[Carbonsäure]] oxidiert.

:<math>\mathrm{R{-}COOH + OH^- \longrightarrow R{-}COO^- + H_2O}</math>
:Da die Reaktion in alkalischer Umgebung stattfindet, wird die entstehende [[Carboxygruppe]] durch [[Hydroxidion]]en zur [[Carboxylatgruppe]] im Sinne einer [[Säure-Base-Reaktion]] [[Protonierung|deprotoniert]].

'''Reduktion:'''
:<math>\mathrm{2\,Cu^{2+} + 2\,OH^- + 2\,e^- \longrightarrow 2 \ CuOH \longrightarrow Cu_2O \downarrow + H_2O}</math>
:Kupfer(II)-ionen und Hydroxidionen reagieren zu Kupfer(I)-hydroxid, das weiter zu Kupfer(I)-oxid dehydratisiert.

'''Redoxreaktion:'''
:<math>\mathrm{2\,Cu^{2+} + R{-}CHO + 5\,OH^- \longrightarrow Cu_2O \downarrow + R{-}COO^- + 3\,H_2O}</math>
:Kupfer(II)-ionen und Aldehydgruppen reagieren im basischen Milieu zu Kupfer(I)-oxid, Carboxylaten und Wasser.

== Grenzen ==
[[Ketone]] werden von Fehlingscher Lösung in der Regel nicht oxidiert, was die Unterscheidung zwischen einem [[Aldehyd]] und einem [[Keton]] erlaubt. Dies gilt nicht für [[Hydroxyketone|α-Hydroxyketone]], z. B. Ketozucker wie [[Fructose]]. Bei diesen befinden sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Carbonylgruppe des Ketons eine oder mehrere OH-Gruppen: Solche wirken aufgrund der in alkalischer Lösung gebildeten Endiolat-Ionen (vgl. [[Tautomerie#Ketol-Endiol-Tautomerie|Ketol-Endiol-Tautomerie]]) ebenso reduzierend wie „echte“ Aldehyde, führen also auch mit Fehlingscher Lösung zu der oben beschriebenen Kupfer(I)-oxid-Abscheidung.<ref>Hans Beyer: ''Lehrbuch der organischen Chemie''; Leipzig 1968; S. 153, 316, 329.</ref>

Die Fehling-Reaktion mit reduzierenden Zuckern folgt außerdem im Allgemeinen nicht der oben gezeigten einfachen [[Stöchiometrie]], da hierbei Oxidationsprodukte entstehen, die selbst wieder weiter reduzierend wirken ([[Ketoaldehyde]], Hydroxy-[[Diketone]] sowie Produkte von Retro-[[Aldolreaktion]]en), so dass am Ende ein Gemisch vielfältiger Reaktionsprodukte vorliegt<ref name=":0" />.

Bei [[Saccharose]] ist die Fehlingreaktion negativ, da aufgrund der 1,2-glykosidischen Bindung die Aldehydgruppe blockiert ist und so nicht reduzierend wirken kann.

Vor diesem Hintergrund wurde in der Routineanalytik die Fehling-Reaktion – wie auch andere reduktometrische Verfahren – von [[Enzymatische Analyse|enzymatischen Methoden]] verdrängt, die darüber hinaus eine lineare Quantifizierung erlauben.<ref>{{Internetquelle |autor=Tobias Hein |url=http://www.laborundmore.com/archive/924280/Enzymatik-%E2%80%93-der-Weg-in-die-Mikrotiterplatte.html |titel=Süßes oder Saures: Enzymatik – der Weg in die Mikrotiterplatte |werk=labor&more |hrsg=Nr. 2 |datum=2013 |seiten=46–48 |abruf=2021-12-27 |kommentar=auch [http://www.laborundmore.com/dwldmag/v1KY4WVI/L&M-2-2013.pdf#page=48 PDF-Datei]; 15 MB}}</ref>

== Weitere Nachweisreaktionen für Aldehyde ==
* [[Angeli-Rimini-Reaktion]]
* [[Schiffsche Probe]] mit dem Schiffschen Reagenz
* [[Tollensprobe]] (Silberspiegel-Probe) mit dem Tollens-Reagenz
* [[Benedict-Reagenz]]
* [[Nylanders Reagenz]]
* [[Methode nach Luff-Schoorl]]
{{Siehe auch|Liste von Nachweisreaktionen#Organik|titel1=Liste von organischen Nachweisreaktionen}}

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Fehling's solution|Fehling-Probe}}
{{Wikibooks|Praktikum Organische Chemie/ Fehling-Probe}}

[[Kategorie:Nachweisreaktion]]
[[Kategorie:Nachweisreagenz]]
[[Kategorie:Kohlenhydrat-Methode]]
[[Kategorie:Biochemisches Nachweisverfahren]]
[[Kategorie:Fehling (Familie)]]

Fehling-Probe - Versionsgeschichte

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