WĘGLOWODANY

Węglowodany - wielowodorotlenowe aldehydy i wielowodorotlenowe ketony oraz związki, z których takie aldehydy lub ketony można otrzymać w wyniku hydrolizy

C_m(H₂O)_n

Podział:

- monosacharydy

- oligosacharydy (disacharydy, trisacharydy….)

- polisacharydy

Monosacharydy :

1. Są to związki zbudowane z węgla, wodoru i tlenu, zawierające w swych cząsteczkach grupy karbonylowe oraz grupy hydroksylowe

2. Monosacharydy pod względem ułożenia grupy karbonylowej w łańcuchu dzielimy na:

• aldozy (grupa karbonylowa jest na końcu łańcucha)

• ketozy (grupa karbonylowa jest wewnątrz łańcucha)

3. Monosacharydy mogą zawierać 3-7 atomów węgla, i tak wyróżniamy:

• triozy (aldehyd glicerynowy, dihydroksyaceton)

• tetrozy (treoza, erytroza)

• pentozy (ryboza, rybuloza)

• heksozy (fruktoza, glukoza, galaktoza, mannoza)

• heptozy (mannoheptuloza, sedoheptuloza)

4. Aldehyd glicerynowy:

• aldotrioza, wystepuje w postaci dwóch enancjomerow:

5. Czasteczka zawierajaca n asymetrycznych atomow wegla ma maksymalnie : 2ⁿ stereoizomerow i 2ⁿ/2 par enancjomerow

6. Wszystkie naturalne monosacharydy mają taką samą konfigurację przedostatniego atomu węgla - konfigurację D, cukry o konfiguracji L nie są przyswajalne przez organizm.

7. D-aldozy i D-keksozy

8. Glukoza:

• aldoheksoza

• wzory D-glukozy:

• tworzenie formy cyklicznej glukozy - glukopiranozy:

• cukier gronowy

• jest wytwarzana w procesie fotosyntezy przez organizmy żywe

• w komorkach roślinnych jest przesztalcana we wszystkie inne związki organiczne

• jest uzywana przez człowieka do celow spożywczych, w przemysle farmaceutycznym (otrzymuje się z niej witamine C)

• jest substratem w fermentacji alkoholowej, pod wpływem enzymow wytwarzanych przez drozdze ulega rozkładowi:

9. Fruktoza.

• ketoheksoza

• cukier owocowy, wystepuje tez w miodzie, w wątrobie jelitach przekształca się w glukoze i ulega dalszym przemianom jako glukoza

• fruktoza jest slodsza niż glukoza, podobnie jak ona ulega fermentacji alkoholowej, jest substancja stala, krystaliczna (tak jak glukoza)

• wzory:

10. Wzory Hawortha innych monosacharydów:

11. Wyjaśnienie procesu zamykania pierścienia:

• monosacharydy zawierajace C>3 wystepuja występują postaci pierścieni, tworzących się w wyniku powstania wewnątrz cząsteczkowych wiązań hemiacetalowych (półlacetalowych)

• wiazanie to tworzy się pomiedzy grupa hydroksylowa polaczona z przedostatnim atomem wegla w czasteczce monosacharydy monosacharydy grupa aldehydowa lub ketonowa

• hemiacetylowy atom wegla C-1 (lub C-2 w przypadku furanoz) nazywany jest weglem anomerycznym i stanowi on centrum chiralne chóralne czasteczce cukru

• wyroznia się anomer α (wtedy grupa OH jest pod plaszczyzna pierścienia dla monosacharydow szeregu D) i anomer β (gdy grupa OH jest nad plaszczyzna pierścienia dla monosacharydow szeregu D); oba anomery są względem siebie diastereoizomerami

12. Mutarotacja.

• zmiana skręcalności właściwej roztworu zwiazana z ustaleniem stanu równowagi miedzy anomeremi a i b nazywa się mutarotacja

• w roztworze wodnym D-glukozy ustala się stan równowagi przy obecności 64% anomeru β i 36% anomeru α (obecność łańcuchowej formy D-glukozy jest niewielka - 0,02%)

13. Reakcje charakterystyczne dla monosacharydow:

• reaguja z wodorotlenkiem miedzi (II) tworząc rozpuszczalne związki kompleksowe ze względu na obecność kilku grup hydroksylowych hydroksylowych czasteczce (roztwor glukozy barwi się wtedy na niebiesko)

• daja pozytywne wyniki w następujących reakcjach:

- reakcja z odczynnikiem Tollensa (Ag+ w wodnym roztworze amoniaku)

- reakcja z odczynnikiem Fehlinga (Cu2+ skompleksowany z jonem winianowym)

- reakcja z odczynnikiem Benedicta (Cu2+ skompleksowany z jonem cytrynianowym)

• aldozy w formie łańcuchowej ulegaja utlenieniu do kwasow aldonowych, np. glukoza w przeciwieństwie do fruktozy, ulega utlenieniu do kwasu glukonowego w reakcji z woda bromowa w obecności wodorowęglanu sodu

+ Br₂ + 2NaHCO3 + 2NaBr +2CO₂ + H₂O

• w środowisku HNO₃ aldozy przekształcają się w kwasy alwarowe; pod wpływem HNO₃ utlenia się grupa aldehydowa i ostatnia grupa hydroksylowa z czasteczki aldozy (D-glukoza przeksztalca się w kwas glukarowy - z dwiema grupami -COOH na końcu łańcucha)

Disacharydy:

1. Węglowodany skladające się z dwóch jednostek monosacharydowych

2. Wszystkie disacharydy można przedstawic wzorem sumarycznym C₁₂H₂₂O₁₁

3. Sacharoza:

• wystepuje w burakach i trzcinie cukrowej

• jest disacharydem nieredukującym (rzadkość wśród cukrow)

• zbudowana jest z β-D-fruktofuranozy i α-D-glukopiranozy stad pelna jej nazwa brzmi: β-D-fruktofuranozylo-α-D-glukopiranozyd

• pomiedzy jednostkami monosacharydowymi wystepuje wiazanie α ,β-1,2-glikozydowe

• powstawania sacharozy:

+

• hydrolizuje pod wpływem enzymu inwertazy

4. Laktoza: disacharyd redukujący, wystepuje w mleku, zbudowany jest z β-D-galaktopiranozy i α-D-glukopiranozy polaczonych wiazaniem β-1,4-glikozydowym; pod wpływem hydrolizy kwasowej lub emulsyjny rozrywa się wiązanie glikozydowe:

5. Maltoza: disacharyd redukujący, wystepuje w ziarnach zboz, zbudowana z dwóch czasteczek α-D-glukopiranozy i β -D-glukopiranozy polaczonych wiazaniem α-1,4-glikozydowym

6. Celobioza: jest produktem hydrolizy celulozy, zbudowana z 2 czasteczek β-D-glukopiranozy, polaczonych wiazaniem typu β-1,4

Polisacharydy:

1. Polisacharydy powstaja w wyniku polaczenia wiecej niż 10 czasteczek monosacharydow wiazaniem glikozydowym

2. Skrobia:

• produkt niejednorodny, złożony jest z amylazy (20%) rozpuszczonej w wodzie i amylopektyny (80%) nierozpuszczonej w wodzie;

• obie substancje odpowiadaja ogolnemu wzorowi (C₆H₁₀O₅)n;

• składniki skrobi pod dzialaniem kwasu lub enzymu ptialiny stopniowo ulegaja hydrolizie

• czasteczki amylazy maga tworzyc heliks pojedynczy lub podwojny

• czasteczki α-D-glukozy w amylazie polaczone se wiazaniem typu α-1,4, natomiast natomiast amylopektynie występują jeszcze dodatkowe polaczenia czasteczek glukozy wiazaniem typu α-1,6, dlatego tez w amylopektynie występują rozgałęzienia w łańcuchu

• skrobia stanowi material zapasowy roślin, jest substancja biala, bezpostaciowa, bez smaku i zapachu

• w wyższej temperaturze, temperaturze środowisku wodnym skrobia tworzy roztwor koloidalny zwany kleikiem skrobiowym

• pod wpływem jodyny skrobia zabarwia się na ciemnoniebiesko

3. Glikogen:

• wielocukier zapasowy u ludzi i zwierzat

• zbudowany jest z polaczonych wiazaniami tupu α-1,4 α-D-glukopiranoz

• jest cukrem hydrolizującym

• rozgałęzienia tworza się podobnie jak u amylopektyny

4. Celuloza:

• glowny składnik drewna i włókien roślinnych, material budulcowy tkanek roślinnych

• nazywana jest błonnikiem

• podobnie jak alkohole ulega estryfikacji

• w reakcji z kwasem azotowym (V) w obecności kwasu siarkowego (VI) celuloza przeksztalca się w azotan celulozy - nitroceluloze

• w ten sposób otrzymuje się bawełnę strzelnicza

• w reakcji z bezwodnikiem kwasu octowego celuloza tworzy octan celulozy stosowany do produkcji jedwabiu octowego

• innym waznym produktem otrzymywanym z celulozy jest papier

• celuloza zbudowana jest z czasteczek β-D-glukozy polaczonych wiazaniem typu β-1,4

6

aldehyd D-(+)-glicerynowy

aldehyd L-(-)-glicerynowy

D-aldozy

D-ketozy

β-D-fruktofuranoza

α-D-glukopiranoza

β-D-rybofuranoza

β-D-deoksyrybofuranoza

czerwony osad

aldoza

jon kompleksu srebro-amoniak

lustro srebrowe

anion kwasu

niebieski roztwor

Kwas glukonowy

---