W
GLOWODANY
Węglowodany (cukry, sacharydy) są to organiczne związki węgla, które można przedstawić
za pomocą wzoru Cn(H2O)m. Stanowią polihydroksyaldehydy (aldozy), polihydroksyketony
(ketozy) lub substancje hydrolizujące do tych związków.
Najważniejsze grupy funkcyjne węglowodanów stanowią grupa hydroksylowa  OH i
karbonylowa C=O. Węglowodany posiadające grupę hydroksylową półacetalową wykazują
aktywność redukującą.
Spośród cukrów wyróżniamy:
a) monosacharydy (cukry proste),
b) oligosacharydy zawierające 2-10 cukrów prostych, ich szczególnym przykładem są
disacharydy (dwucukry),
c) polisacharydy (wielocukry).
NAZEWNICTWO W
GLOWODANÓW
1. Mono- i disacharydy a także niektóre polisacharydy posiadają końcówkę  -oza , np.
glukoza, sacharoza, celuloza.
2. W zależności od położenia grupy karbonylowej wyróżnia się aldozy (C=O w
położeniu C1) i ketozy (w położeniu innym niż C1). Przykładowo, glukoza jest
aldozą, a fruktoza jest ketozą.
3. W zależności od liczby atomów węgla w monosacharydach stosuje się odpowiednie
przedrostki zaczerpnięte z greki, np. trioza (3 atomy C), tetroza (4 atomy C), pentoza
(5 atomów C), heksoza (6 atomów C). Przykładem pentozy jest ryboza (składnik
DNA), a przykładem heksozy jest glukoza.
Najprostszymi węglowodanami są triozy: aldehyd glicerynowy (aldotrioza)
i dihydroksyaceton (ketotrioza):
O H O H CH2OH
C C
C O
H C OH HO C H
CH2OH
CH2OH CH2OH
Aldehyd D-glicerynowy Aldehyd L-glicerynowy Dihydroksyaceton
Poniżej przedstawiono przykłady tetroz, pentoz i heksoz, stanowiących aldozy lub ketozy.
Tetrozy
H O H O
C C
HO H H OH
H C OH H C OH
CH2OH CH2OH
D-trioza D-erytroza
(aldotetroza (aldotetroza)
Pentozy
O H CH2OH
C
C O
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
D-Ryboza D-Rybuloza
(aldopentoza) (ketopentoza)
Heksozy
O H CH2OH
C
C O
H C OH
HO C H
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
D-Glukoza D-Fruktoza
(aldoheksoza) (ketoheksoza)
Powyższy zapis stanowi formę zaproponowaną przez Emila Fischera. System ten wynika z
poniższych założeń. Ugrupowanie aldehydowe lub alkoholowe przy C1 jest przedstawione u
góry. Poniżej kolejno znajdują się są atomy węgla zawierające ugrupowania hydroksylowe
oraz wodór po lewej lub prawej stronie, w zależności od konfiguracji struktury. Grupy te
należy odczytywać jako znajdujące się nad płaszczyzną kartki. Wiązania pionowe pomiędzy
węglami znajdują się pod płaszczyzną.
Jeżeli najbardziej oddalony od grupy karbonylowej asymetryczny atom węgla posiada grupę
hydroksylową po prawej stronie, wtedy związek należy do szeregu D, a jeżeli po lewej
stronie, to związek należy do szeregu L.
O H O H
C C
H C OH HO C H
CH2OH CH2OH
Aldehyd D-glicerynowy Aldehyd L-glicerynowy
Izomeria optyczna
Jeżeli wzory dwóch węglowodanów stanowią swoje lustrzane odbicie i są na siebie
wzajemnie nienakładalne, to te dwa związki stanowią enancjomery. Wtedy skręcają
płaszczyznę światła spolaryzowanego o tę samą wartość kąta, lecz w przeciwnym kierunku.
Jeżeli dwa węglowodany różnią się konfiguracją tylko przy jednym atomie węgla, to stanowią
one epimery. Związki te skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego o różną wartość kąta.
Wzory pierścieniowe i izomeria przestrzenna węglowodanów
W ramach pojedynczej cząsteczki cukru może dochodzić do reakcji grupy karbonylowej
z grupą alkoholową, w wyniku czego powstaje ugrupowanie hemiacetalowe (półacetalowe).
Jest to główna forma występowania monosacharydów.
OH
R1 C O R2
H
hemiacetal
W wyniku takiej reakcji powstają formy pierścieniowe pięcioczłonowe, a cukry noszą nazwę
furanozy (reakcja z  OH przy C4) i formy sześcioczłonowe dla cukrów, noszących nazwę
piranozy (reakcja z  OH przy C5). Powyższe nazwy wywodzą się odpowiednio od furanu i
piranu.
CH2
O
O
furan piran
Wzory Hawortha dla piranoz tworzy się, umiejscawiając tlen eterowy w prawym górnym
rogu sześciokąta, a dla furanoz  umiejscawiając go u góry pięciokąta. Przedostatni atom
węgla wiążący się z tlenem jest rysowany w lewym górnym rogu, a znajdujący się przy nim
wodór rysowany jest pod płaszczyzną pierścienia. Wszystkie podstawniki, które we wzorze
Fischera znajdują się po prawej stronie, we wzorze Hawortha rysowane są pod płaszczyzną
pierścienia.
Jeżeli w wyniku zamknięcia pierścienia grupa hydroksylowa półacetalowa znajduje się pod
płaszczyzną pierścienia (położenie aksjalne), to mamy do czynienia z ą-furanozą lub ą-
piranozą. Jeżeli hydroksyl jest nad płaszczyzną (położenie ekwatorialne), mamy do czynienia
z �-furanozą lub �-piranozą. Powyższe odmiany nazywają się anomerami. Węgiel, przy
którym znajduje się grupa hydroksylowa w położeniu ą lub � (C1), nazywa się
anomerycznym atomem węgla. Poniżej przedstawiono wzory Hawortha dla D-
glukofuranozy oraz dla anomerów ą i � D-glukopiranozy.
OH OH OH
OH
H
O
O
H H
O
H OH
H
OH H
H
OH H H
OH
H OH
HO OH
HO H
H OH
H OH
H OH
ą-D-glukofuranoza ą-D-glukopiranoza �-D-glukopiranoza
Wzory Hawortha stanowią uproszczoną formę przedstawienia cyklicznych sacharydów, gdyż
struktury są rysowane jako płaskie. W rzeczywistości piranozy, podobnie do cykloheksanu,
przyjmują konformację krzesełkową, co pokazuje poniższy przykład ą-D-glukopiranozy.
OH
H
O
HO
H
H
HO
H
Położenie ekwatorialne
OH
H OH
Położenie aksjalne
ą-D-glukopiranoza
Formy pierścieniowe sacharydów w roztworach wodnych wykazują zjawisko mutarotacji,
polegające na ustaleniu równowagi stężeń pomiędzy anomerem ą i �. Manifestuje się to m.in.
w przypadku rozpuszczania w wodzie anomeru, poprzez powolną zmianę kąta skręcania
płaszczyzny światła spolaryzowanego do ustalonej wartości, przy której występuje stan
równowagi pomiędzy dwoma anomerami przechodzącymi w siebie nawzajem poprzez
pośrednią formę łańcuchową.
H O
OH
OH
H OH H
H
O O
HO
HO HO H
H H
HO H H
H
HO
OH
H OH
OH
OH
H OH
H H
H OH
CH2OH
ą-D-glukopiranoza D-glukoza �-D-glukopiranoza
36% 0,02% 64%
DISACHARYDY
Disacharydy są szczególnym przykładem oligosacharydów. Powstają w ten sposób, że grupa
hydroksylowa przy anomerycznym atomie węgla jednego monosacharydu łączy się
z dowolną grupą hydroksylową innego monosacharydu, tworząc wiązanie O-glikozydowe.
W przyrodzie wiązania takie występują w położeniach 1,4 oraz 1,6.
OH
HO
OH
O
H
H
H
H O
HO
O
H
H
HO
OH
H
H H
OH
H OH
laktoza
O-�-D-galaktopiranozylo-(1,4)-ą-D-glukopiranoza
Jeżeli dany węglowodan posiada wolną grupę hydroksylową stanowiącą część ugrupowania
hemiacetalowego, to taka cząsteczka ma właściwości redukujące. Przykładem są
monosacharydy oraz niektóre disacharydy (np. maltoza, laktoza). Jeżeli disacharyd składa się
z dwóch podjednostek połączonych ze sobą wiązaniem glikozydowym pomiędzy dwoma
anomerycznymi atomami węgla, to taki dwucukier nie wykazuje właściwości redukujących
(np. sacharoza).
WA
AŚCIWOŚCI W
GLOWODANÓW
Cukry mają odczyn obojętny i wykazują bardzo dobrą lub dobrą rozpuszczalność w wodzie.
Polisacharydy są nierozpuszczalne w wodzie ze względu na rozmiar cząsteczki, chociaż
związki typu skrobi pęcznieją w wodzie ze względu na dużą hydrofilowość grup -OH.
Monosacharydy oraz niektóre disacharydy mają właściwości redukujące.
ĆWICZENIA LABORATORYJNE
W otrzymanych 3 probówkach znajdują się próbki związków. Na podstawie wykonanych
prób analitycznych należy stwierdzić, w której probówce znajduje się odpowiednia
substancja.
Rodzaj Reakcje charakterystyczne Wynik próby
substancji
Sacharydy Reakcja Molischa potwierdzenie obecności sacharydu
Mono- i Redukcja odczynnika Barfoeda monosacharydy natychmiast
disacharydy redukują Cu2+, a disacharydy po
hydrolizie
Tworzenie osazonów wytrącony osad po
przekrystalizowaniu wykazuje
temperaturę topnienia
charakterystyczną dla danego cukru
Aldozy/ ketozy Reakcja barwna z roztworem ketozy dają zabarwienie niebieskie,
mocznika i chlorku cynawego a aldozy (po podgrzaniu) czerwone
Pentozy/ Reakcja barwna z kwaśnym pentozy dają zabarwienie czerwone,
heksozy roztworem aniliny i kwasu metylopentozy  żółtoczerwone, a
octowego heksozy nie dają zabarwienia
POTWIERDZENIE OBECNOŚCI SACHARYDU
Reakcja Molischa
Reakcja ta polega na odwodnieniu cukru pod wpływem stężonego H2SO4 do pochodnej
furfuralowej, która z kolei reaguje z �-naftolem tworząc barwne połączenie. Dodatni wynik
reakcji dają sacharydy, aldehydy, kwasy organiczne oraz aceton.
Wykonanie oznaczenia:
Do probówki zawierającej ok. 1 ml wodnego roztworu próbki dodać 2 krople 10% rozt.
�-naftolu (odczynnik Molischa). Następnie dodać 1 ml stęż. H2SO4, wlewając po ściankach
probówki tak, aby ciecze się nie zmieszały. Na granicy faz pojawiają się charakterystyczne
pierścienie o barwie niebieskiej lub fioletowej.
ODRÓŻNIANIE MONO- I DISACHARYDÓW
Reakcja Barfoeda
Mono-, jak i disacharydy mają właściwości redukujące, jednak związki te różnią się
szybkością reakcji. Przykładem jest reakcja z odczynnikiem Barfoeda, polegająca na redukcji
jonów Cu2+ do Cu+. Monosacharydy reagują natychmiast, a disacharydy po uprzedniej
hydrolizie.
Wykonanie oznaczenia:
Do niewielkiej ilości roztworu cukru dodać 1 ml odczynnika Barfoeda (roztwór
Cu(CH3COO)2 w kwasie octowym), po czym mieszaninę ogrzewać na łaz
ni wodnej.
Pojawienie się ceglastoczerwonego osadu Cu2O w czasie do 2 min. świadczy o obecności
monosacharydu. W przypadku braku zabarwienia próbkę należy ogrzewać do 15 min. aż
pojawi się ceglastoczerwony osad świadczący o obecności disacharydu.
ODRÓŻNIANIE ALDOZ OD KETOZ
Próba Seliwanowa
Pod wpływem HCl ketozy ulegają odwodnieniu znacznie łatwiej niż aldozy. Powstały 5-
hydroksymetylofurfural tworzy z rezorcyną (odczynnik Seliwanowa) związek kompleksowy
o zabarwieniu wiśniowym.
O
HO CH2 O C
H
5-hydroksymetylofurfural
Wykonanie oznaczenia:
Do 1 ml próbki dodać 1 ml odczynnika Seliwanowa (roztwór 50 mg rezorcyny w 100 ml 12%
HCl). Probówkę ogrzewać na łaz
ni wodnej. Obecność ketozy potwierdza pojawienie się
barwy wiśniowej.
ODRÓŻNIANIE PENTOZ OD HEKSOZ
Cukry różniące się liczbą atomów węgla można odróżnić jedynie na drodze specyficznych
reakcji dających produkt o charakterystycznym zabarwieniu. Przykładem jest poniższa
reakcja.
Wykonanie oznaczenia:
1 ml mieszaniny aniliny i kwasu octowego ogrzać do wrzenia, po czym dodać kilka
kryształów cukru i 3 krople stęż. HCl. Pentozy dają czerwone zabarwienie, metylopentozy 
żółtoczerwone, a heksozy nie dają zabarwienia.
TWORZENIE OSAZONÓW
Cukry reagują z fenylohydrazyną dając krystaliczne osazony (1,2-fenylohydrazony). Produkt
reakcji wykazuje właściwości fizykochemiczne (np. Ttopn., [ą]) charakterystyczne dla
poszczególnych cukrów. Należy zwrócić uwagę, że epimery o różnej konfiguracji przy C2 lub
C3 dają identyczne osazony i tą reakcją nie można ich odróżnić.
Dodatni wynik reakcji dają także inne związki zawierające układ ą-hydroksykarbonylowy.
H O
HN NH2
H N NH
C
C
CHOH
C N NH
2
+
CHOH
CHOH
R
R
Wykonanie oznaczenia:
Do 100 mg próbki cukru dodać 200 mg fenylohydrazyny, 300 mg octanu sodu oraz 2 ml
wody. Probówkę zatkaną watą ogrzewać na łaz
ni wodnej. Po pewnym czasie (do pół godziny)
wydziela się krystaliczny osazon.
Po odsączeniu, przekrystalizowaniu i wysuszeniu osad wykazuje charakterystyczną postać
krystaliczną i temperaturę topnienia.
ANALIZA SPEKTRALNA W
GLOWODANÓW
Analizę spektralną węglowodanów wykonuje się w oparciu o zasady przedstawione dla
związków posiadających określone wiązania i/lub grupy funkcyjne (aldehydowa, ketonowa,
hydroksylowa), które są także charakterystyczne dla węglowodanów.
Spektroskopia w podczerwieni (IR)
W widmach IR cukrów obserwuje się szerokie intensywne pasmo lub kilka pasm w zakresie
3600-3100 cm-1, pochodzące od drgań rozciągających wiązania O H związanych w różnym
stopniu wiązaniami wodorowymi. W zakresie 1200-1030 cm-1 występuje ponadto szereg
pasm absorpcji wiązań C O C charakterystycznych dla związków hemiacetalowych.
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (1H NMR, 13C NMR)
1 13
Analiza widm H NMR i C NMR cukrów i ich pochodnych opiera się na analizie
charakterystycznych pików występujących przy określonych wartościach przesunięcia.
Wartości te zostały omówione przy innych grupach związków np. protony alifatyczne, grup
hydroksylowych itp.
PIŚMIENNICTWO
1. Drabczyńska A. (red.) Ćwiczenia laboratoryjne z chemii organicznej. wyd. III,
Wydawnictwo Akademii Medycznej im. Mikołaja Kopernika, Kraków, 1993
2. Bojarski J. Ćwiczenia z preparatyki i analizy organicznej. Collegium Medicum UJ,
Kraków, 1996
3. Hart H., Craine L. E., Hart D. Chemia Organiczna. Krótki kurs. Wydawnictwo Lekarskie
PZWL, 2008.
4. Bojarski J. Chemia Organiczna. Wyd. V, Collegium Medicum UJ, Kraków, 1995
5. Morrison R.T., Boyd R.N. Chemia organiczna. wyd. II, Państwowe Wydawnictwo
Naukowe, Warszawa, 1990.