菲林試劑鑒定果糖的化學反應機理釋疑

在高中生物教材（人教版·必修）“檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質”實驗原理中提到“糖中的還原糖（如葡萄糖、果糖），與斐林試劑發生作用，可以生成磚紅色沉淀”，以此來鑒定生物組織中糖的存在。教參對還原糖的解釋是：“分子結構中含有還原性基團（游離醛基或游離酮基）的糖，叫做還原糖。”

而酮糖（果糖等）由于不含醛基不能與斐林試劑發生反應生成磚紅色Cu2O沉淀。因此，在進行該實驗教學時，學生往往會認為生物教材中的內容與化學教材發生了沖突，認為生物學教材中的說法是錯誤的。

那么，果糖到底能否與斐林試劑發生反應生成磚紅色Cu2O沉淀呢？如果可以反應的話，它的反應機理又是怎樣的？

實驗結果表明，斐林試劑和果糖混合，水浴加熱，可以看到非常明顯的磚紅色沉淀。

果糖這種酮糖能夠與斐林試劑反應并不是羰基這種官能團的性質，其實是果糖在堿性溶液中差向異構化形成醛糖和酮糖平衡混合物的結果。所謂差向異構化是指含有多個手性碳（分子中連有四個不同基團的碳原子）的旋光異構體（分子式相同，能使偏振光旋轉一定角度，但旋轉角度相反的兩種物質），如果它們只有一個手性碳原子的構型相反，而其他手性碳原子的構型完全相同，那么它們之間就稱為差向異構體。當用稀堿處理果糖時就能形成葡萄糖、甘露糖、果糖三種物質的平衡混合物，它通過烯醇式中間體完成這種差向異構化。

當用稀堿處理葡萄糖、甘露糖時也能形成葡萄糖、甘露糖、果糖三種物質的平衡混合物。在斐林試劑鑒定果糖時，果糖首先在斐林試劑的堿性作用下發生上述差向異構化，然后斐林試劑與差向異構化形成的平衡混合物中的葡萄糖等醛糖發生反應，隨著反應的進行，由于葡萄糖等醛糖被消耗，平衡混合物中醛糖濃度減小，迫使差向異構化的平衡體系向形成醛糖方向移動，推動反應徹底完成。

因此，我們可以說，中學化學中的這種認識并沒有錯，與斐林試劑反應確實是醛基的性質，羰基沒有這個性質，而斐林試劑也的確可以用來鑒定果糖，其化學反應的機理可概括為：

（1）果糖在斐林試劑的堿性條件下發生差向異構化，形成醛糖和酮糖的平衡混合物。

（2）斐林試劑和平衡混合物中差向異構化形成的醛糖反應生成相應的有機酸和Cu2O沉淀，反應的機理與斐林試劑鑒定葡萄糖的反應機理相同。

（3）由于（2）中反應的存在，推動差向異構化向生成醛糖的方向進行。

根據上述斐林試劑鑒定果糖的反應機理，我們還可以更好地理解為什么用NaOH和CuSO4配制斐林試劑時必須使NaOH過量，使最后配制完成的斐林試劑呈堿性的道理。同時，我們也可以把不同學科的兩種說法很好地統一起來，有效地改善我們的知識結構。

（責任編輯羅艷）