KARBOHIDRAT KIMIA DASAR II LABORATORIUM KIMIA ORGANIK DEPARTEMEN KIMIA – FST UNAIR
Karbohidrat adalah senyawa polihidroksi aldehid atau polihidroksiketon. • Oleh karena itu karbohidrat mempunyai dua gugus fungsional yang penting : * Gugus hidroksil * Gugus keton/aldehid
Penggolongan Karbohidrat • Monosakarida : Karbohidrat yang paling sederhana dan tidak dapat dihidrolisis lebih lanjut • Disakarida Karbohidrat yang mengandung 2 satuan monosakarida • Oligosakarida Karbohidrat yang jika dihidrolisis menghasilkan 3 – 8 satuan monosakarida • Polisakarida Karbohidrat yang jika dihidrolisis menghasilkan banyak satuan monosakarida
Monosakarida Satuan karbohidrat yang paling sederhana dengan rumus CnH2nOn dimana n = 3 – 8 C3H6O3 : triosa C4H8O4 : tetrosa dan seterusnya.
Macam-macam monosakarida a.Aldosa : monosakarida yang mengandung gugus aldehid b. Ketosa : monosakarida yang mengandung gugus keton
Atom karbon
Aldosa
ketosa
3
Aldotriosa
Ketotriosa
4
Aldotetrosa
Ketotetrosa
5
Aldopentosa
Ketopentosa
6
Aldoheksosa
Ketoheksosa
6
contoh
5/20/2014
7
BEBERAPA GULA YANG PENTING D-Gliseraldehid D-Glukosa D-Fruktosa D-Galaktosa D-Ribosa
: karbohidrat paling sederhana : penting dalam diet : gula paling manis : penyusun gula susu : ditemukan pada RNA
D-Glukosa - Suatu gula aldoheksosa -Nama umum: dekstrosa, gula anggur, gula darah - Gula paling penting dalam diet -Senyawa organik yg paling banyak ditemukan di alam - Kadar dalam darah + 0,1%
5/20/2014
D-Fruktosa -Gula umum yg lain - Suatu ketoheksosa - Gula plaing manis
8
KONFIGURASI MONOSAKARIDA (SISTEM D dan L) • Monosakarida disebut D jika gugus OH dari atom C* (kiral) yang letaknya paling jauh dari gugus
terletak di sebelah kanan. • Monosakarida disebut L jika gugus OH dari atom C* (kiral) tersebut berada di sebelah kiri.
Enantiomer
Enantiomer
D dan L-Gliseraldehid
Pasangan stereomer * Ditandai oleh D atau L di awal nama * Merupakan banyang cermin yang tidak setangkup
5/20/2014
10
Stereoisomer yg bukan enantiomer adalah DIASTEREOMER
Diastereomer punya lebih dari 1 atom C kiral
SIFAT FISIK Aktivitas optik Kemampuan untuk memutar bidang cahaya terpolarisasi •DEKSTROROTATORI •* memutar ke kanan •Diberi simbol + •Biasanya isomer D •LEVOROTATORI • Memutar ke kiri • Diberi simbol – • Biasanya isomer L
Heksosa yang paling banyak di alam :
STRUKTUR SIKLIS MONOSAKARIDA • Aldehid dan keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal atau hemiketal.
• Hemiasetal atau hemiketal siklis terbentuk jika gugus keton/aldehid dan alkohol terdapat dalam 1 molekul. • Contoh : 4 – hidroksipentanal
• Monosakarida mempunyai gugus karbonil (aldehid/keton) dan gugus hidroksil dalam tiap molekulnya. • Oleh karena itu monosakarida dapat membentuk hemiasetal atau hemiketal siklis. • Misal : glukosa
• Pada glukosa, hemiasetal – siklis terbentuk antara gugus aldehid pada C - 1 dengan gugus – OH pada C – 5 sehingga membentuk cincin – 6 yang stabil. • Dalam bentuk hemiasetal siklis atom C – 1 bersifat kiral karbon ANOMERIK sehingga memberikan 2 kemungkinan struktur isomer D – glukosa :
- D – glukosa - D – glukosa
Contoh : Glukosa
• Siklisasi glukosa menghasilkan satu pusat asimetris baru pada C1 • 2 stereoisomer disebut ANOMER, & • C-1 adalah C-anomerik
SIKLISASI D-GLUKOSA
Pada saat C1 aldehid dan C5 OH bereaksi, glukosa membentuk hemiasetal intramolekular & membentuk cincin 6 yang disebut PYRANOSA
Sifat Fisik - D – glukosa
- D – glukosa
• - kristal • - m.p. 146 • - []D = + 112C
- padat > 98C - m.p. = 150C - []D = + 19C
dalam air
• - D – glukosa
- D – glukosa
[]D = + 52 • - D – galaktosa • + 151 • - D – fruktosa • + 21
+ 84 -92 Mutarotasi
- D – galaktosa - 53 - D – fruktosa -133
Siklisasi D-fruktosa Fructose forms a 5-member furanose ring, by reaction of the C2 keto group with the OH on C5.
D-Galaktosa -Tdk ditemukan pada banyak sistem biologis - Merupakan setengah bagian dari laktosa (suatui disakarida) - Tidak dapat digunakan secara langsung
STEREOKIMIA MONOSAKARIDA • Struktur glukosa atau karbohidrat yang lain dapat digambarkan dalam 3 bentuk stereokimia : Proyeksi Fisher Struktur Haworth Konformasi kursi
Proyeksi Fisher dan Struktur Haworth
Struktur Haworth dan Konformasi Kursi
Sifat-sifat Fisik Monosakarida Padatan kristal tidak berwarna Larut dalam air ikatan hidrogen Sedikit larut dalam alkohol Tidak larut dalam eter, kloroform, benzena Rasanya manis. Diantara monosakarida fruktosa yang paling manis
Tingkat kemanisan monosakarida dan disakarida Monosakarida • • • •
D – fruktosa D – glukosa D – xylosa D – galaktosa
Disakarida 174 74 0.40 0.22
Sukrosa 100 Laktosa 0.16
Pemanis Buatan • Na-siklamat 30 • Na-sakarin 500 • Neohesperidin dihidrocalkon 1,000
PEMANIS SINTETIS
REAKSI MONOSAKARIDA 1. Reaksi Oksidasi Berdasarkan kemampuannya untuk mereduksi pereaksi Tollens, Benedict, Fehling, monosakarida dapat digolongkan : Gula pereduksi Gula non pereduksi
Kemampuan monosakarida untuk mereduksi pereaksipereaksi tersebut di atas didasarkan pada adanya gugus aldehid atau gugus -hidroksi keton, dimana dengan adanya pereaksi-pereaksi tersebut gugus aldehid atau -hidroksi keton akan teroksidasi menjadi karboksilat/keton.
Semua monosakarida adalah Gula Pereduksi
Pereaksi Benedict
• Oksidasi aldosa oleh pereaksi Fehling, Benedict atau Tollens membentuk asam monokarboksilat Asam Aldonat. • Dapat juga digunakan larutan brom yang dibuffer • Oksidasi aldosa dengan oksidator kuat (HNO3 panas) menghasilkan asam dikarboksilat (karena selain mengoksidasi gugus aldehid juga mampu mengoksidasi gugus CH2OH terminal) Asam aldarat • Dalam sistem biologis, gugus CH2OH terminal dapat dioksidasi dengan enzim tanpa teroksidasinya gugus aldehid.Produknya adalah asam monokarboksilat Asam uronat
Reaksi dg HNO3
Reaksi dg Tollens
2. Gugus karbonil dari monosakarida dapat direduksi menjadi alkohol menghasilkan alditol
3. Pembentukan Glikosida • Reaksi monosakarida hemiasetal atau hemiketal siklis dengan 1 molekul alkohol lagi membentuk asetal atau ketal. Pada reaksi ini gugus – OH pada C – anomerik digantikan oleh gugus – OR dari alkohol.
Gula Non Pereduksi
Ikatan Glikosidik • Asetal/ketal seperti ini dinamakan GLIKOSIDA dan ikatan dari karbon anomerik dengan gugus OR disebut IKATAN GLIKOSIDIK.
• Glikosida dinamai berdasarkan nama monosakaridanya, dengan mengganti akhiran –a dengan –ida. • Misal: glukosa glukosida manosa manosida
DISAKARIDA • Disakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari 2 satuan monosakarida. • Dua monosakarida dihubungkan dengan ikatan glikosidik antara C-anomerik dari satu unit monosakarida dengan gugus –OH dari unit monosakarida yang lainnya. • Beberapa disakarida yang sering dijumpai : Maltosa, Selobiosa, Laktosa, Sukrosa
Ikatan glikosida
Oligosakarida Golongan atau monosakarida siklis dapat membentuk ikatan dengan 1 atau lebih monosakarida yg lain
DISAKARIDA • • • •
Selubiosa -D-Glukosa + -D-Glukosa Maltosa -D-Glukosa + -D-Glukosa Sukrosa -D-Glukosa + -D-Fruktosa Laktosa -D-Glukosa + -D-Galaktosa
MALTOSA
IKATAN PADA MALTOSA • Ikatan glikosidik terjadi pada atom C-1’ dari satu glukosa dengan atom C-4 dari glukosa yang lain, sehingga ikatannya disebut ikatan 1’,4-glikosidik • Karbon anomerik di unit glukosa sebelah kanan berada dalam bentuk hemiasetal, sehingga akan dapat berkesetimbangan dengan struktur terbuka • Maltosa bereaksi + dg Tollens
SELOBIOSA
LAKTOSA • Merupakan gula utama pada ASI dan susu sapi (4-8 % laktosa). • Karbon anomerik pada unit galaktosa mempunyai konfigurasi pada C-1 dan berikatan dengan gugus OH pada C-4 unit glukosa • Galaktosemia adalah penyakit yang disebabkan karena tidak memiliki enzim yang dpt mengisomerisasi galaktosa menjadi glukosa, sehingga tidak dapat mencerna susu.
SUKROSA • Sukrosa dikenal dengan gula pasir, terdapat pada tumbuhan fotosintetik yang berfungsi sebagai sumber energi. Misal : pada tebu, bit gula • Pada sukrosa kedua kabon anomerik pada kedua unit monosakarida terlibat dalam ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik terjadi antara C-1 pada unit glukosa dan C-2 pada unit fruktosa, sehingga tidak mempunyai gugus hemiasetal.
Sukrosa
OLIGOSAKARIDA Raffinose (Galactose + Glucose + Fructose) 6-0--D-Galactopyranosyl (1->6)-2-0--DGlucopyranosyl (1->2)--D-Fructofuranoside
POLISAKARIDA • Karbohidrat yang mengandung banyak monosakarida dan mempunyai berat molekul yang besar • Hidrolisis polisakarida secara sempurna akan menghasilkan monosakarida • Unit-unit monosakarida terhubung secara linier atau bercabang • Jenis Polisakarida : Pati dan Glikogen
PATI • Polisakarida yang tersimpan dalam tumbuhan. • Merupakan komponen utama pada bijibijian, kentang, jagung dan beras • Tersusun atas unit D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,4--glikosidik • Rantai cabang dihubungkan oleh ikatan 1,6--glikosidik
JENIS PATI AMILOSA • 20 % bagian pati • tersusun atas 50 – 300 unit glukosa melalui
ikatan 1,4 glikosidik • larut di dalam air
AMILOPEKTIN • 80 % bagian pati • tersusun atas 300 – 5.000 unit glukosa melalui ikatan 1,4 glikosidik dan 1,6. • Setiap 25-50 unit glukosa dihubungkan oleh ikatan 1,4 . • Rantai-rantai tesebut dihubungkan dengan ikatan 1,6 sehingga menghasilkan struktur yang bercabang • Karena strukturnya bercabang, amilopektin tidak larut dalam air
Kanji (Amilosa) Contoh di samping menunjukkan struktur ‘coiled” -12 satuan glukosa -Hidrogen & rantai samping dihilangkan Amilopektin
5/20/2014
GLIKOGEN • • • • • •
Karbohidrat penyimpan energi yang tersimpan dalam hewan Mr Glikogen > pati Tersusun lebih dari 100.000 unit glukosa Strukturnya bercabang melalui ikatan 1,4 dan 1,6 glikosidik Tidak larut dalam air Larut dalam pelarut organik non polar : eter, kloroform, heksana.
POLISAKARIDA LAIN • Selulosa : polimer tidak bercabang dari glukosa melalui ikatan 1,4--glikosidik • Kitin : polisakaridayang mengandung nitrogen, membentuk cangkang krustasea dan kerangka luar serangga • Pektin : polimer linier dari D-galakturonat melalui ikatan 1,4--glikosidik.
