Ob eine unbekannte Lösung Glucose, einen anderen reduzierenden Zucker oder ein nicht reduzierendes Kohlenhydrat enthält, lässt sich im Unterricht oft mit einer einfachen Farbreaktion prüfen. Die Fehling-Probe zeigt, wie Kupfer(II)-Ionen durch reduzierende Stoffe zu rotem Kupfer(I)-oxid umgesetzt werden, erklärt aber nicht pauschal den Unterschied zwischen jedem Zucker und jedem Keton. Ich erläutere die Reaktion, die praktische Durchführung, typische Ergebnisse und die Grenzen der Methode.
Die wichtigsten Fakten zur Fehling-Probe auf einen Blick
- Blau zu ziegelrot bedeutet meist, dass Kupfer(II)-Ionen zu Kupfer(I)-oxid reduziert wurden.
- Die Probe weist vor allem reduzierende Aldehyde und Zucker nach.
- Glucose, Fructose und Maltose reagieren unter den üblichen Bedingungen positiv.
- Saccharose bleibt zunächst negativ, weil ihre anomeren Kohlenstoffatome glycosidisch gebunden sind.
- Ein positives Ergebnis beweist nicht automatisch eine Aldehydgruppe, da Fructose im alkalischen Milieu umlagert.
Was die Fehling-Probe wirklich nachweist
Ich sehe bei dieser Reaktion immer wieder dieselbe Verwechslung: Die Probe wird als Test auf „Zucker“ oder als direkter Unterschied zwischen Aldehyd und Keton dargestellt. Präziser ist sie ein Nachweis für reduzierende Eigenschaften. Ein Stoff muss unter den stark alkalischen Bedingungen in der Lage sein, Cu2+-Ionen zu Cu+ zu reduzieren.
Bei einem aliphatischen Aldehyd wird die Aldehydgruppe dabei zur Carboxylatgruppe oxidiert. Das Kupfer(II) fällt als ziegelrotes Kupfer(I)-oxid, Cu2O, aus. Eine gewöhnliche Ketogruppe reagiert dagegen normalerweise nicht, weshalb die Lösung bei einem einfachen Keton blau bleibt.
Bei wasserlöslichen Kohlenhydraten ist die Sache etwas raffinierter. Viele Zucker liegen in Wasser überwiegend als Ringform vor, können sich aber vorübergehend in eine offene Kettenform umwandeln. Ist dabei eine reduzierende Form zugänglich, fällt die Reaktion positiv aus.
Warum sich die blaue Lösung rot verfärbt
Die klassische Reagenzlösung besteht aus zwei getrennt gelagerten Teilen. Fehling-Lösung A enthält Kupfer(II)-sulfat, während Fehling-Lösung B ein alkalisches Tartratgemisch enthält. Das Tartrat bindet die Kupfer-Ionen und verhindert, dass sie sofort als schwer lösliches Kupferhydroxid ausfallen.
Erst beim Mischen entsteht der tiefblaue Kupfer-Tartrat-Komplex. Gibt man einen reduzierenden Stoff hinzu und erwärmt das Gemisch, wird Cu2+ reduziert. Je nach Konzentration erscheint zunächst eine gelblich-grüne oder orange Färbung, bevor sich der typische rote bis rotbraune Niederschlag bildet.
Die vereinfachte Reaktionsidee lautet bei einem Aldehyd:
Aldehyd + Cu2+ + alkalisches Medium → Carboxylat + Cu2O
Für mich ist dabei die Farbänderung weniger wichtig als der feste Niederschlag. Eine leichte Trübung kann durch Verunreinigungen entstehen, während ein deutlich abgesetzter ziegelroter Feststoff wesentlich überzeugender für eine positive Reaktion spricht.
So wird die Reaktion im Labor durchgeführt
Im Schul- oder Ausbildungslabor werden die beiden Lösungen erst unmittelbar vor der Verwendung im passenden Verhältnis gemischt. Für einen qualitativen Versuch genügen meist wenige Milliliter des frisch gemischten Reagenzes und eine kleine Menge der wässrigen Probe. Die genaue Menge richtet sich nach der Laborvorschrift, nicht nach einer pauschalen Internetangabe.
- Ein sauberes Reagenzglas wird mit der zu untersuchenden Lösung beschriftet.
- Die getrennten Fehling-Lösungen werden frisch zusammengegeben.
- Die Probe wird vorsichtig eingemischt.
- Das Reagenzglas wird im heißen Wasserbad erwärmt.
- Farbveränderung und Niederschlag werden gegen eine Blindprobe ohne Untersuchungsstoff verglichen.
Eine positive Probe zeigt nach dem Erwärmen einen roten oder rotbraunen Feststoff. Bleibt die Lösung klar blau, wurde unter diesen Bedingungen kein ausreichend stark reduzierender Stoff nachgewiesen. Das ist ein negatives Ergebnis für die Methode, aber kein Beweis dafür, dass überhaupt kein Kohlenhydrat vorhanden ist.
Die Sicherheitsseite darf nicht unter den Tisch fallen. Die Lösung ist stark alkalisch und enthält Kupfersalze, deshalb gehören Schutzbrille, Laborkittel und geeignete Handschuhe dazu. Kupferhaltige Reste werden gesammelt und fachgerecht entsorgt, nicht einfach in den Ausguss gegeben.
Glucose, Fructose und Saccharose im direkten Vergleich
Die folgenden Beispiele zeigen, warum man das Ergebnis immer mit der Molekülstruktur verbinden sollte. Ich würde die Probe nie nur nach der Farbe beurteilen, sondern immer fragen, ob der Zucker eine offene Aldehydform bilden kann oder sich unter den Reaktionsbedingungen dorthin umlagert.
| Stoff | Erwartetes Ergebnis | Grund |
|---|---|---|
| Glucose | Positiv, ziegelroter Niederschlag | Sie kann zwischen Ring- und offener Aldehydform wechseln. |
| Fructose | Positiv | Sie ist zunächst eine Ketose, kann sich im alkalischen Milieu aber über eine Enediolform umlagern. |
| Maltose | Positiv | Ein anomeres Kohlenstoffatom bleibt reduzierend und kann die offene Form bilden. |
| Saccharose | Zunächst negativ | Die glycosidische Bindung blockiert beide anomeren Zentren. |
| Einfaches Keton | Meist negativ | Eine normale Ketogruppe reduziert das Fehling-Reagenz unter diesen Bedingungen nicht. |
Das Ergebnis für Fructose überrascht viele Lernende. Obwohl sie eine Ketogruppe besitzt, kann sie im alkalischen Medium in andere Zuckerformen übergehen, darunter aldoseartige Strukturen. Deshalb ist ein roter Niederschlag hier kein sicherer Beweis für eine ursprünglich vorhandene Aldehydgruppe.
Bei Saccharose lohnt sich ein zusätzlicher Kontrollversuch. Wird sie zunächst hydrolysiert, entstehen Glucose und Fructose, sodass die anschließend durchgeführte Probe positiv ausfallen kann. Genau diese Veränderung macht deutlich, dass die Bindungsverhältnisse im Molekül entscheidend sind.
Welche Fehler die Auswertung verfälschen können
Ein häufiger Fehler ist das Arbeiten mit überlagerten oder verunreinigten Reagenzien. Die Lösung sollte frisch gemischt werden, denn die getrennten Komponenten sind deutlich stabiler als das fertige Gemisch. Auch ein verschmutztes Reagenzglas kann bereits eine Trübung verursachen und die Beurteilung erschweren.
Ebenso problematisch ist eine falsche Temperaturführung. Ohne ausreichendes Erwärmen kann eine eigentlich positive Reaktion zu langsam oder nur schwach sichtbar werden. Zu starkes, unkontrolliertes Erhitzen führt dagegen zu Siedeverzug und macht den Versuch unnötig gefährlich.
- Blau bleibt blau: Der Stoff ist möglicherweise nicht reduzierend, die Probe war aber eventuell zu verdünnt.
- Schwache Trübung: Ursache können geringe Konzentration, Fremdstoffe oder unzureichendes Mischen sein.
- Roter Niederschlag bei einer Ketose: Das kann durch die alkalische Umlagerung erklärt werden.
- Unerwartet positives Saccharose-Ergebnis: Säuren oder vorherige Erwärmung können eine Hydrolyse ausgelöst haben.
Wenn ich eine unbekannte Probe sicher charakterisieren müsste, würde ich mich daher nicht auf einen einzigen Farbnachweis verlassen. Für die Unterscheidung von Aldosen und Ketosen kann ein ergänzender Test wie die Seliwanow-Probe sinnvoll sein. Für quantitative oder analytisch belastbare Ergebnisse sind instrumentelle Verfahren besser geeignet als ein rein qualitativer Reagenzglasversuch.
Der rote Niederschlag ist ein Hinweis, kein Etikett
Die Fehling-Probe ist besonders stark, wenn eine schnelle qualitative Aussage gefragt ist. Sie macht Reduktionsvorgänge sichtbar, verbindet organische Struktur mit beobachtbarer Chemie und eignet sich deshalb hervorragend für den Unterricht und einfache Praktikumsversuche.
Ihre Grenze liegt in der Interpretation. Ein positives Ergebnis bedeutet am zuverlässigsten, dass die Probe unter alkalischen Bedingungen als Reduktionsmittel wirkt. Erst zusammen mit Strukturwissen, einer Kontrollprobe und bei Bedarf einem zweiten Nachweis lässt sich daraus eine belastbare Aussage über das konkrete Kohlenhydrat oder die funktionelle Gruppe ableiten.
