''Wybrane zagadnienia z chemii sacharydów'' (''Chemia w szkole'' 5-2007 r.).pdf

Kształcenie nauczycieli chemii

Wybrane zagadnienia

z chemii sacharydów

Sacharydy, zwane też cukrami lub węglowodanami, stanowią grupy

polihydroksyaldehydów i polihydroksyketonów. Są one podstawowymi

składnikami świata roślinnego i zwierzęcego.

DANUTA KAMIŃSKA

w przyrodzie sacharydem jest

D-glukoza. Po raz pierwszy wyod-

rębnił ją z winogron Proust (1802 r.). Glu-

koza jest produktem wieloetapowego pro-

cesu fotosyntezy zachodzącego przy

udziale energii świetlnej w obecności chlo-

rofilu.

Można go zapisać ogólnym schematem

reakcji:

Organizm człowieka przystosowany jest

do trawienia glukozy, fruktozy, maltozy, sa-

charozy, laktozy i skrobi, nie trawi celulo-

zy. Celuloza trawiona jest przez termity,

niektóre mrówki i drobnoustroje. W prze-

wodzie pokarmowym zwierząt żywiących

się celulozą żyją bakterie wytwarzające ce-

lulazy – enzymy ułatwiające hydrolizę celu-

lozy do glukozy i dopiero ona przyswajana

jest przez organizm zwierzęcia.

Glukoza przetwarzana jest, w procesach

metabolicznych, w inne substancje orga-

niczne lub pełni rolę energetyczną. Źró-

dłem glukozy są disacharydy lub skrobia

(Rys. 1).

Całkowite spalenie 1 mola glukozy jest

źródłem ~2874 kJ energii. Organizm

może ją zmagazynować w ATP i w odpo-

wiednim czasie wykorzystać do wykonania

pracy; pozostała część energii jest rozpra-

szana.

6CO 2 + 6H 2 O

hv /chlorofil

C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Rośliny zielone produkują rocznie oko-

ło 100 miliardów ton glukozy. Wielokrot-

nie większa ilość glukozy zmagazynowana

jest w roślinach, szczególnie w postaci celu-

lozy i skrobi; ponadto wchodzi w skład sa-

charozy (cukru buraczanego), aminocu-

krów, glikoproteidów, polikondensatów

pochodnych glukozy i innych związków.

Rys. 1.

5/2007

N ajbardziej rozpowszechnionym

Kształcenie nauczycieli chemii

A. Podział sacharydów

B. Budowa

I. Monosacharydy (monozy) są związ-

kami zawierającymi od 3 do 8 atomów węgla

wcząsteczce.

1. Wszystkie cukry (poza ketotriozą) za-

wierają co najmniej jeden asymetryczny

atom węgla C* (mający cztery różne pod-

stawniki). Liczba atomów węgla asymetrycz-

nego [n] decyduje o ilości stereoizomerów

(izomerów różniących się przestrzennym

ułożeniem podstawników). Liczbę stere-

oizomerów oblicza się ze wzoru 2 n .

D – po prawej stronie łańcucha węglowego

L – po lewej stronie łańcucha węglowego.

Aldozy o większej ilości atomów węgla

(C 4 ,C 5 , C 6 ) można zsyntetyzować z aldehy-

du D- lub L-glicerynowego wydłużając łań-

cuch węglowy od strony grupy aldehydo-

wej. W otrzymanej w ten sposób aldozie

atom węgla asymetrycznego, pochodzący

zaldehydu glicerynowego, będzie przed-

ostatnim atomem łańcucha węglowego,

a jednocześnie ostatnim asymetrycznym

atomem węgla aldozy (kolejność atomów

węgla w łańcuchu węglowym liczy się od

atomu węgla grupy aldehydowej).

Konfiguracja ostatniego asymetrycz-

nego atomu węgla każdej monozy (cukru

prostego) decyduje o typie konfiguracji

względnej D lub L. Wprzyrodzie występu-

ją przede wszystkim cukry szeregu D.

3. Wzory monoz według projekcji Ha-

wortha .

Wzory te dotyczą odmian cyklicznych

monoz. Najtrwalszymi pierścieniami wystę-

pującymi w cukrach są pierścienie heterocy-

kliczne sześcioatomowe lub pięcioatomowe.

Rolę heteroatomu pełni atom tlenu z grupy

–OH połączonej z atomem węgla:

–C 5 przy tworzeniu odmiany piranozowej

waldozach i odmiany furanozowej w ke-

tozach;

–C 4 przy tworzeniu odmiany furanozowej

waldozach.

Liczba

stereoizomerów

Liczba par

enancjomerów 1

– izomerów różniących się konfiguracją przestrzenną

podstawników w taki sposób, że jedna odmiana stano-

wi lustrzane odbicie drugiej. Obu form nie można na-

łożyć na siebie.

2. Wzory aldotrioz według projekcji

Fischera :

Łańcuch węglowy należy narysować piono-

wo umieszczając grupę najsilniej utlenioną

(tu grupę aldehydową) na samej górze wzoru.

Litery D i L określają położenie grupy

–OH przy atomie węgla asymetrycznego

waldehydzie glicerynowym:

Chemia w Szkole

Kształcenie nauczycieli chemii

Objaśnienie elementów występujących w nazwie monosacharydu:

Zasady pisania wzorów pierścienio-

wych według Hawortha:

1) Wzór łańcuchowy w projekcji Fischera na-

leży obrócić w prawo o 90° (Rys. 2, etap 1).

2) Zwinąć łańcuch („leżący”) tak, aby przy-

jął on kształt łódeczki (Rys. 2, etap 2).

Dalsze zwijanie uzależnione jest od te-

go, jaki chce się uzyskać pierścień: czy sze-

ścioatomowy (patrz niżej – glukoza), czy

pięcioatomowy (patrz niżej – fruktoza).

W obu przypadkach dla cukru z szere-

guDpozostałe atomy węgla należy umie-

ścić nad ostatnim węglem C 5 , który zostaje

w pierścieniu, natomiast grupę –OH z C 5

należy wpisać tak, aby była blisko grupy

karbonylowej.

3) Zamykanie pierścienia związane jest z re-

akcją tworzenia półacetali (hemiacetali),

czyli reakcją grupy –OH przy C 5 igrupą

karbonylową. Atom wodoru z grupy –OH

zostaje przeniesiony do atomu tlenu gru-

py karbonylowej, natomiast atom tlenu

tej grupy łączy się z atomem węgla grupy

karbonylowej. Atom węgla grupy karbo-

nylowej staje się węglem asymetrycznym,

co stwarza możliwość utworzenia

przy nim dwóch konfiguracji podstawni-

ków, powstają dwa izomery pierścieniowe

–anomery:

Ilustracją powyższych zasad dla najczę-

ściej występujących odmian D-glukozy

iD-fruktozy jest rysunek 2:

Rys. 2.

5/2007

. Nowo utworzony węgiel

asymetryczny, który podczas cyklizacji

zmienia stan hybrydyzacji z sp 2 na sp 3 na-

zwano węglem anomerycznym.

Wcyklicznej odmianie D-monozy grupa

–OH przy anomerycznym atomie węgla

znajduje się:

– pod pierścieniem w anomerze

– nad pierścieniem w anomerze

Kształcenie nauczycieli chemii

ZESTAWIENIE ODMIAN GLUKOZY

Wzory konformacyjne glukozy (forma krzesełkowa)

II. Budowa disacharydów

Oligosacharydy i polisacharydy mają

strukturę glikozydów.

Cukier redukujący

Jednostką podstawową jest reszta cukro-

wa redukująca (z wolną grupą –OH

przy anomerycznym atomie węgla), zaś pod-

stawnikiem reszta cukrowa nieredukująca.

Cukier nieredukujący

Wcukrach nieredukujących podstawni-

kiem jest reszta cukrowa rozpoczynająca

się wcześniejszą literą w alfabecie, zaś pod-

stawową jest reszta cukrowa zaczynająca

się dalszą literą w alfabecie (obowiązuje

kolejność alfabetyczna). Końcówką nazwy

jest -ozyd .

Stąd nazwa systematyczna sacharozy:

-D-fruktofuranozylo -

-D-glukopiran o-

zyd .

Chemia w Szkole

Kształcenie nauczycieli chemii

Objaśnienie elementów występujących w nazwie disacharydu redukującego:

III. Budowa polisacharydów

Wszystkie wielocukry opisane poniżej

zbudowane są z jednostek D-glukopirano-

zowych.

Skrobia to cukier pochodzenia roślin-

nego, składa się z dwóch polisacharydów:

20–30% wag. amylozy

80–70% amylopektyny

Amyloza zawiera między jednostkami

glukozy wiązania

(1,6)glikozy-

dowe. Rozgałęzienia powtarzają się średnio,

co 10–12 jednostek glukozowych, a to za ma-

ło, aby utworzyły się zwarte skręty. W połą-

czeniu z jodem można najwyżej otrzymać

związek o barwie brudnoczerwonej.

(1,4)glikozydowe:

Łańcuch amylozy jest skręcony w helisę,

tworząc zwarte skręty:

symboliczne oznaczenie reszt D-glukozy

pierścienie reszt glukozy

reszty glukozowe należące do dekstryny granicz-

nej (po hydrolizie w środowisku

- i

-amylaz)

Są one odpowiedzialne za tworzenie

zpłynem Lugola, czyli jodem rozpuszczo-

nym w roztworze jodku potasu, ciemnonie-

bieskiego (granatowego) kompleksu amylo-

za – jod. Jod wbudowuje się w skręty spirali

w temp. pokojowej, po ogrzaniu uwalnia się

ze skrętów i barwa zanika.

Amylopektyna jest polisacharydem roz-

gałęzionym. W łańcuchach podstawowych

między jednostkami glukozy występują wią-

zania

(1,4)glikozydowe, natomiast w miej-

Glikogen ma budowę prawie taką samą

jak amylopektyna. Jedyną różnicą jest po-

wtarzanie rozgałęzień średnio co 8–10

jednostek glukozowych. Jest cukrem

pochodzenia zwierzęcego, stanowi mate-

riał zapasowy również w organizmie czło-

wieka.

Celuloza to cukier pochodzenia roślin-

nego, Jednostki glukozy połączone są ze

sobą wiązaniami

(1,4)glikozydowymi:

5/2007

scach rozgałęzień – wiązania

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: