Sacharidy
Sacharidy – charakteristika z lat. saccharum = cukr též glycidy, nepřesně cukry zastarale a chybně uhlovodany nebo karbohydráty polyhydroxyaldehydy nebo polyhydroxyketony významné přírodní látky, řada dalších byla připravena synteticky.
Sacharidy – výskyt a vznik nejrozšířenější přírodní látky na Zemi přítomné ve všech rostlinných i živočišných buňkách nejdůležitější vedle tuků a bílkovin v rostlinách vznikají FOTOSYNTÉZOU 6CO2 + 12H2O
C6H12O6 + 6O2 +6H2O
Chlorofyl Sluneční záření
Sacharidy - význam zdroj energie nezbytná složka potravy (při nedostatku může vznikat z bílkovin nebo lipidů) složité sacharidy – stavební a zásobní látky složky nukleových kyselin, součástí hormonů, glykosidů, antibiotik… význam pro průmysl (papírenský, dřevařský, potravinářský, textilní
Rozdělení sacharidů ALDOSY
Aldotriosy –3C Aldotetrosy –4C Aldopentosy –5C Aldohexosy –6C atd.
MONOSACHARIDY jednoduché
KETOSY
Sacharidy složité
OLIGOSACHARIDY (2-10 monosacharidových jednotek)
Ketotriosy- 3C Ketotetrosy –4C Ketopentosy –5C Ketohexosy- 6C atd. DISACHARIDY TRISACHARIDY atd.
POLYSACHARIDY (11-n monosacharidových jednotek, Mr>100 000)
Monosacharidy obsahují 33-7 C nedají se štěpit na jednodušší sacharidy polyhydroxyaldehydy x polyhydroxyketony aldosy
ketosy
sladká chuť, ve vodě rozpustné, zahříváním karamelizují opticky aktivní, počet izomerů je 2n odvo dvozzeny eny od cukern cukernýých alkoholů alkoholů
Monosacharidy – řada aldos Nejjednodušší aldosou je glyceraldehyd (D x L) Dvě řady aldos (D a L)
Sacharidy – fyzikální vlastnosti optická aktivita a optická izomerie chirální (asymetrický) C – atom enantiomery racemát polarimetr
levotočivé ((-) a pravotočivé (+) D – řada a L - řada
Epimery Sacharidy, které se liší pouze konfigurací na jediném C*C*-atomu. Př. DD-glukosa a D D--mannosa
Typy vzorců 1. 2. 3. 4. 5. 6.
sumární (souhrnné) př. C6H12O6 lineární projekční (Fischerovy) cyklické (Tollensovy, poloacetalové) perspektivní (Haworthovy) konformační
Vzorce monosacharidů
Vzorce monosacharidů
Vzorce monosacharidů
Anomery Na uhlíku C1 vzniká nový asymetrický uhlík, tzn. u každého antipodu existují ještě dva izomery – ANOMERY Anomery se tedy liší konfigurací na poloacetalovém uhlíku α- anomery anomery-- poloacetalový hydroxyl je vázán napravo (Tollensův (Tollensův vzorec), popř dolů (Hawortův vzorec) β- anomery - naopak
Mutarotace Postupná změna optické otáčivosti roztoku monosacharidu vyrovnávání koncentrací α- a β- anomerů přes acyklickou formu (štěpení poloacetalové vazby) př. optická otáčivost DD-glukosy při vytvoření roztoku je +111,2° +111,2°, u staršího roztoku +52,5° +52,5°
Reakce monosacharidů Probíhají buď A) na karbonylové skupině B) nebo na hydroxylových skupinách
Reakce na karbonylové skupině Oxidace Pomocí bromové vody – vznik aldonových kyselin Pomocí kyseliny dusičné – vznik aldarových kyselin
Reakce na karbonylové skupině Redukce
Monosacharidy se redukují na alkoholické cukry (cukerné alkoholy) zvané alditoly D-glucitol (též DD-sorbit) – sladidlo pro diabetiky
Reakce na karbonylové skupině Vznik glykosidů (acetalů) - cyklická forma sacharidů + alkohol - význam při vzniku disacharidů a polysacharidů
Reakce na karbonylové skupině glykosidy - hologlykosidy –vázána jiná cukerná složka (oligosacharidy, sacharóza) - heteroglykosidy – vázána necukerná složka (aglykon), např. amygdalin ve střemše vznik glykosidické vazby
Reakce na hydroxylové skupině Esterifikace - zejména kyselinou fosforečnou - vznikají anorganické nebo organické estery - esterická vazba
Reakce na hydroxylové skupině Vznik alkoholátů - reakce s reaktivními kovy - vznikají alkoholáty
Důkazy monosacharidů Princip: oxidace karbonylové skupiny Princip: Fehlingovým roztokem vznik měděného zrcátka, Cu nebo Cu2O Tollensovým činidlem vznik stříbrného zrcátka nebo černého Ag Trommerovou reakcí vznik měděného zrcátka, Cu nebo Cu2O
Zástupci monosacharidů GLUKOSA (aldohexosa) - hroznový cukr - bílá, sladká látka, dobře rozpustná ve vodě - volná obsažena v rostlinných šťávách, ovoci, medu a v krvi živočichů - vázaná je součástí mnoha oligo a polysacharidů - je lehce stravitelná, rychlé přechází ze zažívacího traktu do krve, významný zdroj energie ⇒ umělá výživa - základní surovinou pro její výrobu je škrob
Zástupci monosacharidů D-FRUKTOSA (ketohexosa) - ovocný cukr - vyskytuje se spolu s glukosou v ovoci a včelím medu - má největší sladivost - součást disacharidu laktosy - invertní cukr (směs glukosy a fruktosy)
Zástupci monosacharidů D-GALAKTOSA (aldohexosa) - součást krevních polysacharidů, hemicelulos a rostlinných slizů D-RIBOSA (aldopentosa) – základní složka RNA 2-deoxy deoxy--D-RIBOSA – základní složka DNA
Disacharidy Vznikají spojením monosacharidových jednotek za odštěpení molekuly vody
a) b)
2 možnosti: Poloacetalový hydroxyl jedné molekuly monosacharidu se spojí s poloacetalovým hydroxylem druhé molekuly = neredukující sacharidy Poloacetalový hydroxyl jedné molekuly monosacharidu se spojí s některým alkoholickým hydroxylem = redukující sacharidy
Redukující disacharidy MALTOSA (sladový cukr) - spojení dvou molekul α-D-glukopyranosy - vznik enzymatickou hydrolýzou škrobu - potravinářství (pivo), lékařství - spojení α-1,4
Redukující disacharidy CELLOBIOSA - kondenzace dvou molekul β-D-glukopyranosy - vznik částečnou hydrolýzou celulosy - spojení β -1,4
Redukující disacharidy cellobiosa - zápis vzorce - β-D-glukopyranosylglukopyranosyl- β-D-glukopyranosid
Redukující disacharidy LAKTOSA (mléčný cukr) - kondenzace molekuly α-D-glukopyranosy a β-D-galaktopyranosy - spojení β -1,4 - mléko savců
Redukující disacharidy
Některé kvasinky zkvašují laktosu na ethanol a kyselinu mléčnou – výroba kefíru
Neredukující disacharidy SACHAROSA (řepný nebo třtinový cukr) - spojením molekuly glukosy a fruktosy (1→ (1→2) - α-D-glukopyranosy a β-D-fruktofuranosy
Neredukující disacharidy SACHAROSA
SACHAROSA Bezbarvé, ve vodě rozpustné krystalky, zahříváním se mění na karamel V kyselém prostředí hydrolyzuje na glukosu a fruktosu Hydrolýza je provázena změnou optické otáčivosti z pravotočivé na levotočivou, glukosa je slabě pravotočivá a fruktosa silně levotočivá V důsledku toho je hydrolyzát sacharósy označován jako INVERTNÍ CUKR
Výroba cukru Řepa → řepné řízky ( jsou vyluhovány horkou vodou → sacharózy). Zbylé řízky se používají jako krmivo.
uvolnění
Ke šťávě - směsi látek - se přidává vápenné mléko (suspenze hydroxidu vápenatého ve vodě) – ČEŘENÍ. Z roztoku se takto odstraní organické kyseliny, které se neutralizují a vznikají jejich nerozpustné vápenné soli. Nadbytek hydroxidu se dále odstraní vháněním oxidu uhličitého –SATURACE. Vzniká objemná sraženina uhličitanu vápenatého, která usnadňuje oddělení nerozpustných složek z roztoku filtrací. Filtrací získaný roztok zahušťuje odpařováním vody a vyloučené krystaly se oddělují odstředěním. Takto se získává surový cukr (má hnědou barvu), který se ještě dále čistí (rafinuje). Zbylá sirupovitá směs (melasa), ze které již nelze získat sacharosu krystalizací obsahuje ještě 50% sacharosy. Využívá se jako surovina pro různé biotechnologie, při kterých se využívá činnost určitých mikroorganismů (např. výroba ethanolu, pekařského droždí, kyseliny citrónové).
POLYSACHARIDY vysokomolekulární látky kondenzace několika set až tisíc monosacharidů většinou nerozpustné ve vodě (bobtnají) kyselou, alkalickou nebo enzymatickou hydrolýzou se štěpí na jednodušší sacharidy
POLYSACHARIDY nemají sladkou chuť rozdělení: - podle funkce v živých organismech a) stavební - celulosa, hemicelulosa, chitin b) zásobní - škrob, glykogen
Škrob Makromolekulární látka syntetizována rostlinami – zásobní látka rostlin - asimilační produkt rostlin Skládá se ze dvou částí: - α- amylosy (20 %, vnitřek škrobových zrn, nevětvená, několik tisíc glukosových zbytků, vazba α-1,4, tvar šroubovice) amylopektinu (40 %, obal škrobových zrn, bohatě větvený, α-1,4 a α-1,6 ) Důležitá součást naší potravy (obiloviny, brambory…)
Škrob výroba – bramborová drť se propírá vodou, vymývání škrobových zrn bílý prášek nerozpustný ve vodě koloidní roztok důkaz škrobu – jodem se barví modře rozkládá jej α-amylosa slin
Glykogen zásobní polysacharid živočichů ve všech buňkách (játra, svaly) strukturou připomíná amylopektin, je více větvený
Celulosa glukosa, spojení β-1,4, lineární stěny rostlinných buněk nejrozšířenější organická sloučenina na světě ve dřevě je doprovázená hemicelulosou, ligninem filtrační papír, vata jsou velmi čisté formy celulosy zcela nerozpustná ve vodě pro člověka nestravitelná x důl.složka potravy využití: papír, celulózové hedvábí, celofán, nitráty celulózy - výbušniny
Modifikace celulosy celulosy viskóza (viskózové hedvábí) celulosa, NaOH, CS2 –xanthogenát celulosy folie (celofán), vlákno (hedvábí)
acetáát celulosy acet celulosy celulosa, anhydrid kys. octové esterifikací acetátové hedvábí
Modifikace celulosy celulosy nitráty celulosy - nitrocelulosa bezdýmý střelný prach, výbušniny
kolodium nitrát celulosy, alkohol, ether zdravotnictví, popáleniny
celuloid nitrát celulosy, kafr, ether, alkohol
vulkanfíbr celulosa, ZnCl2
Hemicelulóza Menší relativní hmotnost než celulóza, kterou provázejí v rostlinných tkáních Pestrá směs polysacharidů (různé stavební jednotky)
Chitin Základní složka exoskeletu členovců (korýši, hmyz, pavouci) a dalších bezobratlých, ale také většiny hub a mnoha řas
Strukturními jednotkami jsou DD-glukosaminy
Pektiny Složité polysacharidy, přítomné zejména v mladých tkáních vyšších rostlin. Získávají se ze slupek ovoce a slouží při výrobě džemů Složeny z molekul kyseliny galakturonové
