Próba Tollensa, nosząca swoją nazwę od nazwiska niemieckiego chemika, który ją opracował - Bernharda Tollensa, jest najbardziej znaną reakcją wykrywania aldehydów. Wykorzystywana jest także w przypadku innych substancji o właściwościach redukujących. Do takich zaliczają się np. cukry. Próba Tollensa w warunkach laboratoryjnych, najczęściej jest stosowana do rozróżniania aldehydów od ketonów, ale również badanie to jest wykorzystywane do rozróżniania cukrów redukujących od cukrów nieredukujących.
Próba lustra srebrnego
Próba Tollensa jest szeroko znana, jako tak zwana próba lustra srebrnego, ze względu na pojawiającą się srebrną powłokę na ścianach naczynia laboratoryjnego, w którym jest przeprowadzana. Za metaliczny, srebrny kolor odpowiada wydzielające się ze środowiska reakcji pierwiastkowe srebro. Proces ten znalazł zastosowanie nie tylko w przemyśle chemicznym. W ten sposób przeprowadza się także srebrzenie bombek choinkowych, aczkolwiek obecnie proces ten ma niewielkie zastosowanie.
Próba Tollensa to przede wszystkim reakcja chemiczna, którą wykorzystuje się w chemii między innymi do wykrywania obecności aldehydów. Aldehydy tworzą klasę związków organicznych, których cechą charakterystyczną jest obecność grupy aldehydowej, czyli ugrupowania -CHO w cząsteczce. Dzięki próbie Tollensa w łatwy sposób można także odróżnić od siebie aldehydy i ketony (grupa funkcyjna -CO). Ketony uznawane są za związki chemiczne o niemal identycznej budowie i właściwościach fizykochemicznych, w porównaniu do aldehydów. Jednak jest to błędne przekonanie, a podstawowe różnice pomiędzy nimi można wykazać np. w próbie Tollensa lub Trommera. Ketony nie utleniają się tak łatwo jak aldehydy. Spowodowane jest to m.in. brakiem atomu wodoru w ich cząsteczce. Dlatego też w próbie Tollensa i Trommera będą dawały wynik negatywny.
W jaki sposób wykrywane są aldehydy w próbie Tollensa?
Próba Tollensa jest znana głównie, jako reakcja charakterystyczna wykrywania obecności aldehydów. Jest ona przykładem reakcji redoks, inaczej nazywanej reakcją utleniania i redukcji. Wykorzystywany odczynnik Tollensa to amoniakalny roztwór, otrzymywany w wyniku rozpuszczenia czarnego osadu tlenku srebra (I) w wodnym roztworze amoniaku. Podczas procesu rozpuszczania, dochodzi do powstania jonu kompleksowego, który bezpośrednio reaguje z aldehydami. Odczynnik ten nie jest trwały i należy otrzymać go na świeżo, tuż przed wykonaniem oznaczenia. Nie powinno się także długo przechowywać takich roztworów, ze względu na możliwość powstania min. Ag3N, który posiada właściwości wybuchowe.
Próba Tollensa składa się z dwóch, głównych etapów:
- Wytworzenie odczynnika Tollensa: wybraną sól srebra, która w łatwy sposób dysocjuje na jony w roztworach wodnych (np. azotan (V) srebra), dodaje się do wodnego roztworu amoniaku. Następuje reakcja kationów srebra z anionami wodorotlenkowymi. W wyniku tego powstaje wodorotlenek srebra, który jest bardzo nietrwały i niemal natychmiast rozkłada się z wytrąceniem osadu tlenku srebra (I). Osad Ag2O reaguje z cząsteczkami amoniaku i wody, z utworzeniem kompleksowego jonu.
- Utlenienie aldehydu z jednoczesną redukcją odczynnika Tollensa do metalicznego srebra: w drugim, kluczowym etapie próby Tollensa następuje reakcja cząsteczki aldehydu z jonem kompleksowym. Następuje utlenienie grupy aldehydowej do grupy karboksylowej (powstaje kwas karboksylowy) oraz redukcja jonu srebra z kompleksu, do metalicznego srebra, który osadza się na ściankach naczynia. Jednocześnie powstają cząsteczki amoniaku oraz wody. Pojawienie się metalicznego osadu na ściankach probówki lub innego naczynia, jest dowodem pozytywnego wyniku próby Tollensa. W przeciwnym przypadku, wynik ten uznaje się za negatywny.
Reakcje odczynnika Tollensa z aldehydami sprowadzają się do ich utlenienia (mogą się utlenić jedynie do odpowiednich kwasów karboksylowych), co potwierdza obecność grupy karboksylowej. Metaliczne srebro redukując się, spełnia rolę utleniacza. Podwyższenie temperatury sprzyja zachodzeniu reakcji. Cała reakcja prowadzona jest w środowisku lekko zasadowym.
Pozytywny wynik próby Tollensa, otrzymuje się również w wyniku reakcji odczynnika Tollensa z kwasem mrówkowym. Kwas ten, podobnie jak aldehydy, zawiera grupę -CHO, która wykazuje właściwości redukujące. Kwas mrówkowy jest jedynym spośród kwasów karboksylowych, który wykazuje takie właściwości. Także niektóre węglowodany, nieposiadające grupy aldehydowej, mogą dawać pozytywny wynik w próbie Tollensa z powodu wystąpienia zjawiska ich izomeryzacji w warunkach alkalicznych.
Próba Tollensa czy próba Trommera?
Próba Tollensa i próba Trommera wykorzystywane są do wykrywania obecności aldehydów oraz innych, wybranych związków chemicznych o właściwościach redukujących. Oba testy chemiczne są ze sobą bardzo często mylone, ze względu na podobną zasadę wykrywania ugrupowania -CHO. Zarówno próba Tollensa, jak również próba Trommera utleniają grupę aldehydową do grupy karboksylowej. Zasadniczym elementem, który odróżnia od siebie te dwie próby, jest rodzaj zastosowanego odczynnika. Podczas gdy w próbie Tollensa wykorzystywany jest jon kompleksowy, zawierający atom srebra, to w próbie Trommera stosowany jest świeżo strącony wodorotlenek miedzi (II). Przyjmuje on postać niebieskiego, galaretowatego osadu. W podwyższonej temperaturze zachowuje się jak utleniacz. Miedź na drugim stopniu utlenienia ulega redukcji do miedzi na pierwszym stopniu utlenienia. Objawia się to powstaniem ceglastoczerwonego osadu tlenku miedzi (I). Ketony, podobnie jak w próbie Tollensa, w próbie Trommera również dają negatywny wynik ze względu na zbyt słabe właściwości redukujące, spowodowane brakiem obecności atomu węgla w grupie funkcyjnej.