Węglowodany.docx

Węglowodany

Węglowodany swoja nazwę zawdzięczają stąd, że związki te na ogół można przedstawić wzorem empirycznym Cx(H2O)y, w którym węgiel przedstawia się jako uwodniony.
Zgodnie z nową definicją węglowodanami nazywamy wielowodorowe aldehydy oraz wielowodorowe ketony, a także związki, z których takie hydroksyaldehydy lub ketony można otrzymać w wyniku hydrolizy.

·         węglowodan, który nie ulega hydrolizie do prostszych związków, nosi nazwę monosacharydu (cukru prostego).

·         węglowodan, którego cząsteczka hydrolizuje do dwóch cząsteczek monosacharydu, nazywa się disacharydem(dwucukrem).

·         węglowodan, którego cząsteczka hydrolizuje do wielu cząsteczek monosacharydów, nazywa się polisacharydem(wielocukrem, cukrem złożonym).

Według innego podziału

·         cukry które zawieraja w cząsteczce grupę aldehydowa nazywane są aldozami,

·         cukry zawierające grupę ketonową noszą ogólna nazwę ketoz.

Monosacharydy (cukry proste)

Monosacharydy, obok licznych grup wodorotlenowych, posiadają grupę aldehydową -CHO albo ketonową =C=O. Zgodnie z obecnością tych grup cukry proste dzielimy na

·         aldozy

·         ketozy

Nazewnictwo

W nazwach ogólnych cukrów prostych przyjęto zasadę uwidaczniania ilości atomów węgla albo atomów tlenu w cząsteczce.
Zgodnie z tą zasadą aldozy będą nazywane;

·         najprostszą aldozą jest aldehyd glikolowy CH2OH-CHO, który posiada dwa atomy węgla stąd nazwa aldodioza

·         CH2OH-CHOH-CHO - aldotrioza (trzy atomy węgla w cząsteczce)

·         CH2OH-(CHOH)2-CHO - aldotetroza (cztery atomy węgla w cząsteczce)

·         CH2OH-(CHOH)3-CHO - aldopentoza (pięć atomów węgla w cząsteczce)

·         CH2OH-(CHOH)4-CHO - aldoheksoza (sześć atomów węgla w cząsteczce)

Szereg ketoz, zaczyna się od cukrowca posiadającego trzy atomy węgla:

·         CH2OH-CO-CH2OH ketotrioza (trzy atomy węgla w cząsteczce)

·         CH2OH-CHOH-CO-CH2OH ketotetroza (cztery atomy węgla w cząsteczce)

·         CH2OH-(CHOH)2-CO-CH2OH ketopentoza (pięć atomów węgla w cząsteczce)

·         CH2OH-(CHOH)3-CO-CH2OH ketoheksoza (sześć atomów węgla w cząsteczce)

Oprócz nazw ogólnych dla poszczególnych grup cukrów prostych w nazewnictwie cukrów prostych stosuje się;

·         nazwy zwyczajowe

·         nazwy systematyczne

Sposoby rysowania wzorów cukrów

Atomy węgla w cząsteczkach cukrów prostych mogą mieć różne ułożenie przestrzenne i tworzyć łańcuchy lub zamknięte pierścienie. Konfiguracje łańcuchowych form monosacharydów przedstawia się za pomocą wzorów Fischera, a ich przestrzenne struktury pierścieniowe - za pomocą wzorów Hawortha. We wzorach Fischera atomy węgla łańcucha głównego ułożone są pionowo w ten sposób, że grupa aldehydowa (lub ketonowa) znajduje się najwyżej. Pozostałe atomy lub grupy atomów zapisujemy po lewej albo po prawej stronie łańcucha głównego.

Przykłady;

Grupa aldehydowa (lub ketonowa) może reagować z grupą hydroksylową związaną z węglem C4 lub C5 w cząsteczce monosacharydu. Wówczas pomiędzy atomem węgla C1 i najczęściej C5 w aldoheksosach (lub C2 i C5 w ketoheksosach) tworzy się tzw. wiązanie półacetalowe. Cząsteczka aldoheksozy przyjmuje formę pierścienia sześcioczłonowego, natomiast cząsteczka ketoheksozy - formę pierścienia pięcioczłonowego.
Monosacharydy tworzą półacetale o budowie pierścieniowej. Półacetale są uprzywilejowaną formš istnienia monosacharydów w roztworach i jedynš ich formą w stanie krystalicznym. Strukturalne wzory cukrów, określające przestrzenne rozmieszczenie podstawników, są przedstawiane wzorami Hawortha.

Według Hawortha - glukoza

W perspektywicznie zaznaczonych wzorach Hawortha sześcioczłonowy pierścień przedstawiany jest jako płaski sześciokąt. Nie odpowiada to jednak rzeczywistości, gdyż w cukrach występuje stale forma krzeselkowa - patrz rysunek niżej

Forma krzesełkowa

Jest to forma energetycznie korzystniejsza.

Niżej przestrzenna konfiguracja fruktozy przedstawiona wzorem Hawortha.

Według wielkości pierścienia, monosacharydy nazywamy furanozami lub piranozami. W tym przypadku przed rdzeniem -furanoza lub -piranoza umieszcza się przedrostek określający budowę cukru.

Izomeria wsród węglowodanów

Węglowodany posiadają wiele chiralnych atomów wegla, co powoduje, że występują w postaci wielu stereoizomerów. Dlatego do nazw wprowadza się dodatkowe informacje w postaci przedrostków (a)-, (b)-, D-, L-, znaków (+), (-), które zawierają informacje o konfiguracji cząsteczki oraz kierunku skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego.

Izomery D- i L-

Punktem odniesienia dla konfoguracji D- i L- jest budowa cząsteczki aldehydu glicerynowego a konkretnie położenie podstawników H- oraz HO- przy środkowym węglu.

Jeżeli cząsteczki cukrów prostych swoją budową nawiązuje do D-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu D, natomiast te, których budowa nawiązuje do L-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu L.
Uporządkowanie na szeregi D i L następuje według konfiguracji podstawników, przy czym bierzemy pod uwagę to centrum chiralności, które jest najbardziej oddalone od grupy karbonylowej.

Z tego widzimy, że punktem wyjścia dla wyprowadzenia nazwy cukru jest poznanie jego budowy.
Udowodniono że cząsteczki cukrów prostych wykazują formę łańcuchową i pierścieniową, dlatego możemy przedstawiać je różnymi wzorami chemicznymi, tj. liniowym według Fischera, cyklicznym oraz według Hawortha.

Izomery (a) i (b)

Przy zamknięciu pierścienia powstaje nowy asymetryczny atom węgla, ponieważ tam, gdzie przedtem wystepowało C=O w podwójnym wiązaniu, znajdują się teraz cztery różne podstawniki. Wskutek tego możliwe są znowu dwie różne odmiany, które określa się jako (alfa) i (beta). Przechodzą one łatwo jedna w drugą, prawdopodobnie poprzez formę aldehydową, która jednak w stanie równowagi występuje w znikomym stężeniu.

Izomery (+) i (-)

Znaki (+) i (-) oznaczają kierunek skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Związki skręcające płaszczyznę światła w prawo zaznacza się symbolem (+) przed nazwą związku, skręcające w lewo symbolem 
(-). Stąd często nazwy D(+)-glukoza, D(-)-fruktoza, itd.

Pentozy

Pentozy C5H10O5 Pentozy jako związki chemiczne odgrywają duże znaczenie fizjologiczne. najważniejsze to:

Z szeregu pentoz najważniejsza jest ryboza, która wchodzi w skład kwasów rybonukleinowych (RNA) i kenzymów nukleotydowych.

ryboza (rybofuranoza)

Niżej sposób zamykania pierścienia

W kwasach dezoksyrybonukleinowych (DNA) znajduje się ryboza odtleniona (dezoksy) i nie posiadająca tlenu na drugim węglu.

Heksozy

Heksozy C6H12O6. Najbardziej rozpowszechnioną z 16 aldoheksoz jest D(+)-glukoza (cukier gronowy), a z ketoheksoz D(-)-fruktoza.

Aldoheksoza należy do grupy cukrów posiadających sześć atomów węgla w cząsteczce, o wzorze sumarycznym C6H12O6, różniących się jednak strukturalnie, tzn. rozmieszczeniem atomów. Zjawisko to nosi nazwę izomerii.
Wszystkie węgle w cząsteczce cukru, według Fischera, połączone są w łańcuch prosty. Pierwszy węgiel grupy aldehydocukrów, jakim jest aldoheksoza, tworzy grupę aldehydową -CHO, ostatni, tzn. szósty - grupę alkoholu I-szo rzędowego -CH2OH. Pozostałe węgle (2,3,4,5) tworzą grupy alkoholowe II-go rzędowe i są zarazem węglami asymetrycznymi.
...