Monosacgarydy (CH₂O)_n - są to aldehydy lub ketony zawierające wiele grup hydroksylowych. Pełnią funkcję paliwa energetycznego, materiału zapasowego i intermediatów w szlakach metabolicznych.

1. Podać przykłady monosacharydów.

Odp. : Aldehyd glicerynowy (aldoza, bo zawiera grupę aldehydową), Dihydroksyaceton (ketoza, bo zawiera grupę ketonową)

Aldozy łańcuchowe

Nazwa zwyczajowa Nazwa systematyczna

D-erytroza D-erytro-tetroza

D-treoza D-treo-tetroza

D-arabinoza D-arabino-pentoza

D-liksoza D-likso-pentoza

D-ryboza D-rybo-pentoza

D-ksyloza D-ksylo-pentoza

D-alloza D-allo-heksoza

D-altroza D-altro-heksoza

D-galaktoza D-galakto-heksoza

D-glukoza D-gluko-heksoza

D-guloza D-gulo-heksoza

D-idoza D-ido-heksoza

D-mannoza D-manno-heksoza

D-taloza D-talo-heksoza

Ketozy łańcuchowe

D-erytruloza D-glicero-2-tetruloza

D-rybuloza D-erytro-2-pentuloza

D-ksyluloza D-treo-2-pentuloza

D-fruktoza(lewuloza) D-arabino-2-heksuloza

D-aluloza(psykoza) D-rybo-2-heksuloza

D-sorboza D-ksylo-2-heksuloza

D-tagatoza D-likso-2-heksuloza

D-sedoheptuloza D-altro-2-heptuloza

1. Podaj przykłady dwucukrów: sacharoza (glukoza + fruktoza) α(1→2)ß,

laktuloza (galaktoza + fruktoza) ß(1→4),

laktoza (galaktoza+glukoza) ß(1→4),

maltoza (glukoza+ glukoza) α(1→4),

trechaloza (glukoza+ glukoza) α(1→1)α,

celobioza (glukoza+ glukoza) ß(1→4)

1. Polisacharydy: skrobia, glikogen, dekstran, celuloza, hemiceluloza, chityna, kwas hialuronowy

2. Aldozy- są to węglowodany, zawierające dwie lub więcej grup hydroksylowych. W aldozach występuje grupa aldehydowa. Posiadają więcej asymetrycznych atomów węgla od ketoz, dlatego mają więcej stereoizomerów.

Ketozy- są to węglowodany, zawierające dwie lub więcej grup hydroksylowych. W ketozach występuje grupa ketonowa. Posiadają mniej asymetrycznych atomów węgla od aldoz, dlatego mają mniej stereoizomerów.

1. Mutarotacja- zmienna skręcalność; wynik ustalenia się równowagi między formą α i β anomerów w roztworze, następuje poprzez formę łańcuchową

2. Funkcje cukrów:

Odp.: -służą jako paliwo energetyczne, materiał zapasowy oraz intermediaty w szlakach metabolicznych

-skrobia u roślin jest ważnym materiałem zapasowym

-ATP to ufosforylowana pochodna cukrowcowa, pełni rolę uniwersalnego środka wymiany energii swobodnej

-ryboza i deoksyryboza są cukrami tworzącymi szkielet RNA i DNA

-polisacharydy są elementami ścian komórkowych bakterii i roślin oraz zewnętrznych szkieletów stawonogów

-jednostki węglanowe na powierzchni komórek odgrywają kluczową rolę w procesach rozpoznawania międzykomórkowego (zapłodnienie rozpoczyna się od wiązania plemnika do specyficznego oligosacharydu na powierzchni komórki jajowej; ponadto przykładem może być też adhezja leukocytów do wewnętrznej powierzchni naczyń krwionośnych przy zranieniu przy zranieniu czy tez powracanie limfocytów do miejsc ich powstawania w węzłach chłonnych)

1. Podać przykłady cukrów, które są materiałem zapasowym u różnych grup organizmów:

Odp.: Skrobia u roślin, glikogen u zwierząt

1. Budowa i funkcja: glikogenu, skrobi, dekstranu, celulozy:

Odp:

-Glikogen- jest rozgałęzionym polimerem o dużej masie cząsteczkowej, zbudowanym z reszt glukozy. Większość reszt glukozy jest w glikogenie połączona wiązaniami α- 1,4-glikozydowymi. Rozgałęzienia powstają w miejscach wiązań α-1,6-glikozydowych występujących przeciętnie co 10 reszt glukozy. Rozgałęzienia te zwiększają rozpuszczalność glikogenu i sprawiają, że reszty cukrowe są bardziej dostępne. Stanowi materiał zapasowy- w komórkach zwierzęcych, zwłaszcza w wątrobie i mięśniach nadmiar glukozy jest magazynowany w formie glikogenu. Funkcja glikogenu w mięśniach polega na dostarczaniu energii podczas przedłużonego skurczu mięśni. W wątrobie zmagazynowany glikogen służy głównie utrzymaniu odpowiedniego poziomu glukozy we krwi. Glikogen występuje w formie ziaren.

-Skrobia-roślinna substancja zapasowa, występująca w dwóch formach: amylozy i amylopektyny. Amyloza nie ma rozgałęzień i jest zbudowana z reszt glukozy, połączonych wiązaniami α-1,4-glikozydowymi. Amylopektyna jest rozgałęzioną formą skrobi, w której na jedno wiązanie α-1,6- glikozydowe przypada około trzydzieści wiązań α-1,4-glikozydowych. Amylopektyna jest więc podobna do glikogenu, choć charakteryzuje się mniejszym stopniem rozgałęzienia.

-Dekstran- jest to zapasowy polisacharyd u drożdży i bakterii, również zbudowany jest wyłącznie z reszt glukozy. W przeciwieństwie do glikogenu i skrobi, dominują w nim wiązania α-1,6-glikozydowe.

-Celuloza- główny polimer strukturalny w roślinnych ścianach komórkowych, składa się z jednostek glukozy połączonych wiązaniem β-1,4-glikozydowym. Te β-glikozydowe wiązania pozwalają na tworzenie długich, prostych łańcuchów, które łączą się w fibryle wykazujące dużą wytrzymałość na rozciąganie.

1. Budowa wybranych dwucukrów (sacharoza, maltoza, laktoza)- jakie cukry wchodzą w ich skład i jakie wiązania pomiędzy nimi występują?

Odp: Sacharoza- popularny cukier spożywczy, otrzymywana z trzciny cukrowej i buraków cukrowych, składa się z α-glukozy i β-fruktozy połączonych wiązaniem glikozydowym między ich węglami anomerycznymi.

-Laktoza- występująca w mleku, składa się z galaktozy połączonej z glukozą wiązaniem β-1,4-glikozydowym.

-Maltoza- otrzymywana ze skrobi, składa się z dwóch reszt glukozy połączonych wiązaniem α-1,4-glikozydowym.

1. Z czego wynikają właściwości redukujące cukrów?

Odp: Zarówno aldozy jak i ketozy w środowisku zasadowym wykazują właściwości

redukujące, tzn. reagują np. z płynem Tollensa, dając lustro srebrowe. Warunkiem

występowania właściwości redukujących jest obecność w cząsteczce cukru wolnej grupy

aldehydowej lub ketonowej, a to moŜliwe jest w środowisku zasadowym.

1. Jaki jest wpływ kwasów i zasad na cukry?

Odp: Aby cukry posiadały właściwości redukujące, potrzebna jest wolna grupa aldehydowa lub ketonowa w cząsteczce takiego cukru. W pH obojętnym obok formy pierścieniowej występuje tylko nieznaczna ilość odmiany łańcuchowej (setne części %). W środowisku zasadowym następuje otwarcie się pierścienia i uwolnienie grupy aldehydowej lub ketonowej. W środowisku kwaśnym cukry występują głównie w formie pierścieniowej (brak wolnej grupy karbonylowej).

Ponadto, wszystkie cukry, o liczbie atomów węgla większej niż 4 w cząsteczce, ogrzewane z mocnymi kwasami, ulegają odwodnieniu i cyklizacji. Należy podkreślić, że wrażliwość różnych cukrów na działanie stężonych kwasów nie jest jednakowa.

1. Co to są osazony? W jaki sposób powstają?

Odp: Cukry tworzą z fenylohydrazyną żółte, trudno rozpuszczalne w wodzie dwuhydrazony (osazony). Osazony różnią się formami kryształów i temperaturą topnienia, co pozwala na identyfikację różnych cukrów. Związki te mogą powstawać tylko w reakcji z cukrami redukującymi, gdyż fenylohydrazyna kondensuje z wolną grupą aldehydową lub ketonową. Ponieważ cukry w roztworach występują przeważnie w formie pierścieniowej, w której grupa karbonylowa jest zablokowana, konieczne jest rozerwanie mostka tlenowego.

W pierwszym etapie reakcji aldozy z fenylohydrazyną tworzy się fenylohydrazon, w wyniku dalszej reakcji z dwiema cząsteczkami fenylohydrazyny powstaje osazon. W tworzeniu osazonu biorą udział tylko dwa pierwsze atomy węgla. Ważne!- Cukry różniące się tylko ugrupowaniami przy C-1 i C-2, np. glukoza, fruktoza i mannoza, dają w związku z tym identyczne osazony.

1. Wyjaśnić pojęcia: izomery strukturalne, izomery optyczne.

Izomery strukturalne- związki o jednakowym składzie chemicznym, ale o różnym, niejednakowym rozmieszczeniu wiązań lub grup chemicznych wewnątrz cząsteczek oraz różnych właściwościach chemicznych i fizycznych.

Izomery optyczne- Izomeria optyczna jest szczególnym przypadkiem izomerii, gdzie o właściwościach izomerów decyduje kolejność rozmieszczenia czterech różnych podstawników przy atomie węgla. Taki atom węgla w cząsteczce, z którym łączą się cztery różne podstawniki nazywamy węglem asymetrycznym. Brak symetrii ugrupowania powoduje, że nie da się poprzez obroty w przestrzeni ustawić tak drugiej cząsteczki tego związku, by tworzyły one parę lustrzanych odbić. Cząsteczka stanowiąca "lustrzane odbicie" ma inną konfigurację podstawników przy asymetrycznym atomie węgla i oczywiście nie da się poprzez obroty w przestrzeni "nałożyć" na tę pierwszą. Zatem dla związków zawierających asymetryczny atom węgla istnieją dwa rodzaje cząsteczek o tym samym składzie a o różnej konfiguracji podstawników przy asymetrycznym atomie węgla w cząsteczce. Nazywamy je izomerami o konfiguracji D lub L.

1. Odróżnianie cukrów od innych związków organicznych:

PRÓBA MOLISCHA - odróżnianie cukrowców od innych związków organicznych.

Cukrowce pod wpływem stężonego kwasu siarkowego ulegają odwodnieniu, a produkty odwodnienia (furfural, hydroksymetylofurfural) tworzą z fenolami barwne produkty. W przypadku reakcji Molischa wynikiem kondensacji z naftolem jest produkt o fioletowej barwie. Dodatni wynik z odczynnikiem Molischa dają również inne związki organiczne: aldehydy, kwasy, aceton.

1. PRÓBA BENEDICTA-odróżnianie cukrów redukujących od nieredukujących:

W próbie tej wykorzystuje się właściwości redukujące niektórych cukrów wynikające z obecności wolnych grup karbonylowych. Ma to miejsce w przypadku wszystkich monosacharydów oraz tych dwucukrów, których grupy karbonylowe nie są zablokowane. Odczynnik Benedicta składa się z soli miedzi CuSO4 , czynnika alkalizującego Na2CO3 oraz cytrynianu sodu. Środowisko zasadowe sprzyja otwarciu pierścienia cukrowca, a cytrynian zapobiega wypadaniu w wodzie wodorotlenku miedzi(II). W obecności cytrynianu tworzy się rozpuszczalny kompleks miedziowy, który ulega rozpadowi z wytworzeniem nierozpuszczalnego osadu tlenku miedzi(I). Osad ten posiada zabarwienie w zależności od wielkości jego cząstek. Najdrobniejsze cząsteczki dają barwę zielonożółtą, większe- pomarańczową, a największe- czerwoną. Na podstawie barwy wytworzonego osadu można ocenić orientacyjnie stężenie cukru w badanej próbce.

1. PRÓBA BARFOEDA - odróżnianie cukrów prostych od redukujących:

Próba ta jest modyfikacją reakcji Benedicta. Redukcję jonów miedziowych prowadzi się bowiem w środowisku lekko kwaśnym (rozc. kwas mlekowy). Reakcja ta przebiega znacznie wolniej niż w środowisku zasadowym i jej szybkość jest różna dla cukrów prostych i dwucukrów redukujących. Grupa karbonylowa dwucukrów jest mało reaktywna i związki te ujawniają swój charakter redukujący dopiero po dłuższym ogrzewaniu (15 min.), gdy zajdzie ich hydroliza.

1. PRÓBA LUGOLA - wykrywanie wielocukrów:

Cukrowce o dużych wymiarach i uporządkowanej strukturze tworzą z jodem barwne kompleksy np. składniki skrobi: amyloza i amylopektyna barwią się na kolor niebieski i fioletowy, natomiast glikogen daje barwę brunatno czerwoną, a dekstryny - czerwoną.

1. j/w

2. W jaki sposób można ilościowo oznaczyć cukry?

Cukry można oznaczać ilościowo a także wywoływać na chromatografach przy pomocy chat. Substancji barwnych. Ich podstawą jest tworzenie się pochodnych furfuralu z cukrów (petoz, heksoz, kwasów uronowych)pod działaniem kwasów mineralnych w podwyższonej temp. Powstałe pochodne mogą ulegać dalszym przemianom.
Pochodne furfuralu po kondensacji z związkami zawierającymi grupy fenolowe lub fenyloaminowe dają produkty barwne. W metodach oznaczania cukrów wg Dubois stosuje się fenol, produkty kondensacji mają barwę różową. W próbie antronowej przeprowadza się kondensację z antronem uzyskując produkt zabarwiony na kolor niebieski. Natężenie barwy jest proporcjonalne do zawartości cukrów w próbie.

1. Jaka jest zasada rozdziału substancji metodą chromatografii cienkowarstwowej?

Zasada analizy

Analizowaną próbkę w postaci roztworu różnych związków składowych umieszcza się blisko

krawędzi płytki chromatograficznej, którą zanurza się w eluencie tak jak pokazano na Rysunku 2. Działanie sił kapilarnych powoduje unoszenie eluenta. Jest to tak zwany sposób wstępujący analizy. Eluent przenosi próbkę wzdłuż adsorbenta (fazy stacjonarnej). W trakcie przechodzenia przez fazę stacjonarną próbka rozdziela się na składniki różniące się powinowactwem do adsorbenta. Składniki, które silniej oddziałują z fazą stacjonarną są rozmieszczone w pobliżu linii startu, a słabiej oddziałujące z adsorbentem – rozmieszczają się w pobliżu czoła 2 fazy ruchomej. Dodatkowo rozdział stymulowany jest przez obecność par eluenta w komorze analitycznej, w której osadzona jest płytka. W ten sposób otrzymuje się obraz rozdzielanych składników względem czasu dotarcia do przeciwległej krawędzi płytki (czasu retencji) w postaci chromatogramu.

1. Przykłady złóż stosowanych w chromatografii cienkowarstwowej.
   Nośnikami najczęściej stosowanymi są: żel krzemionkowy, tlenek glinu, ziemia okrzemkowa, celuloza i jej pochodne. Używa się je w postaci drobno sproszkowanej czasami z domieszką substancji wiążącej np.: gipsu.

2. W jaki sposób wyznacza się współczynnik przesunięcia ?
   Analizę jakościową składników prowadzi się na podstawie położenia na chromatogramie odpowiednich plamek, a ilościową – na podstawie wielkości plamek i intensywności ich zabarwienia. Wielkością charakteryzującą przesuwanie się badanej substancji jest współ-

czynnik retencji (Rf), który określa stosunek drogi migracji danego składnika (A) do całkowitej drogi przebytej przez fazę ruchomą (B)

R_f=A/B