Węglowodany skrypt

Węglowodany skrypt, Rok I, Chemia organiczna
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
WĘGLOWODANY
Węglowodany (cukry, sacharydy) są to organiczne związki węgla, które można przedstawić
za pomocą wzoru C
n
(H
2
O)
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 WĘGLOWODANÓW
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
CH
2
OH
C
C
CO
HCOH
OH CH
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
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
OH
H
H
OH
H
C
OH
H
C
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
D-trioza
(aldotetroza
D-erytroza
(aldotetroza)
 Pentozy
O
H
CH
2
OH
C
C
O
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
D-Ryboza
(aldopentoza)
D-Rybuloza
(ketopentoza)
Heksozy
O
H
CH
2
OH
C
C
O
H
C
OH
OH
C
H
OH
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H OH
C
H OH
C
CH
2
OH
CH
2
OH
D-Glukoza
(aldoheksoza)
D-Fruktoza
(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
HCOH
OH CH
CH
2
OH
CH
2
OH
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
R
1
CO
R
2
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.
CH
2
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 α-furanozą lub α-
piranozą. Jeżeli hydroksyl jest nad płaszczyzną (położenie ekwatorialne), mamy do czynienia
z β-furanozą lub β-piranozą. Powyższe odmiany nazywają się
anomerami
. Węgiel, przy
którym znajduje się grupa hydroksylowa w położeniu α lub β (C1), nazywa się
anomerycznym atomem węgla
. Poniżej przedstawiono wzory Hawortha dla D-
glukofuranozy oraz dla anomerów α i β D-glukopiranozy.
 OH
OH
OH
OH
O
H
O
H
H
O
H
OH
H
OH
H
H
OH
H
H
OH
H
OH
OH
OH
OH
H
H
OH
H OH
H OH
α-D-glukofuranoza
α-D-glukopiranoza
β-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 α-D-glukopiranozy.
OH
H
O
OH
H
H
OH
H
Położenie ekwatorialne
OH
H
OH
Położenie aksjalne
α-D-glukopiranoza
Formy pierścieniowe sacharydów w roztworach wodnych wykazują zjawisko
mutarotacji
,
polegające na ustaleniu równowagi stężeń pomiędzy anomerem α i β. 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
OH H
H
H
O
O
OH
OH
H
H
OH
H
H
H
OH
OH
H OH
H OH
OH
OH
H
OH
H
H
CH
2
OH
α-D-glukopiranoza
D-glukoza
β-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
OH
OH
O
H
H
H
H
O
OH
O
H
H
OH
OH
H
H
H
OH
H
OH
laktoza
O-β-D-galaktopiranozylo-(1,4)-α-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).
WŁAŚCIWOŚCI WĘGLOWODANÓW
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
substancji
Reakcje charakterystyczne
Wynik próby
Sacharydy
Reakcja Molischa
potwierdzenie obecności sacharydu
Mono- i
disacharydy
Redukcja odczynnika Barfoeda
monosacharydy natychmiast
redukują Cu
2+
, a disacharydy po
hydrolizie
Tworzenie osazonów
wytrącony osad po
przekrystalizowaniu wykazuje
temperaturę topnienia
charakterystyczną dla danego cukru
Aldozy/ ketozy
Reakcja barwna z roztworem
mocznika i chlorku cynawego
ketozy dają zabarwienie niebieskie,
a aldozy (po podgrzaniu) czerwone
Pentozy/
heksozy
Reakcja barwna z kwaśnym
roztworem aniliny i kwasu
octowego
pentozy dają zabarwienie czerwone,
metylopentozy – żółtoczerwone, a
heksozy nie dają zabarwienia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • diabelki.xlx.pl
  • Podobne
    Powered by wordpress | Theme: simpletex | © Spojrzeliśmy na siebie szukając słów, które nie istniały.