Οργανική Χηµεία. Κεφάλαιο 26: Βιοµόρια: υδατάνθρακες

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Οργανική Χηµεία. Κεφάλαιο 26: Βιοµόρια: υδατάνθρακες"

Ἔραστος Δημητρακόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Οργανική Χηµεία Κεφάλαιο 26: Βιοµόρια: υδατάνθρακες

2 1. Γενικά Ενώσεις που απαντούν σε κάθε ζωντανό οργανισµό Άµυλο και ζάχαρη στις τροφές και κυτταρίνη στο ξύλο, χαρτί και βαµβάκι είναι καθαροί υδατάνθρακες Τροποποιηµένοι υδατάνθρακες συνιστούν µέρος του περιβλήµατος των κυττάρων ή στα µόρια DNA Ονοµασία προέρχεται ιστορικά από τη γλυκόζη (το 1 ο µόριο υδ/κα που αποµονώθηκε) και ονοµάστηκε «υδρίτης του άνθρακα» C 6 (H 2 O) 6 Σήµερα υδατάνθρακες ονοµάζεται µία ευρεία κατηγορία πολυ-υδροξυλιωµένων αλδευδών και κετονών, κοινώς τα σάκχαρα

3 2. Σηµασία υδατανθράκων στη ζωή 1. Υδατάνθρακες βιοσυντίθενται από τα φυτά µέσω φωτοσύνθεσης (διαδικασία όπου ηλιακό φως προσφέρει ενέργεια για µετατροπή του CO 2 σε γλυκόζη) 2. Πολλά µόρια γλυκόζης συνδέονται χηµικά και σχηµατίζουν κυτταρίνη και άµυλο 3. Κατανάλωση υδ/κων µέσω τροφών και µεταβολισµός τους αποτελεί κύρια πηγή ενέργειας ζωντανών οργανισµών 4. Υδατάνθρακες ενδιάµεσες χηµικές ουσίες µέσω βιοσύνθεσης όπου ηλιακή ενέργεια αποθηκεύεται και χρησιµοποιείται για τη συντήρηση της ζωής

4 3. Ταξινόµηση των υδατανθράκων 1. Απλά σάκχαρα ή µονοσακχαρίτες π.χ. γλυκόζη,φρουκτόζη: σάκχαρα που δεν υδρολύονται σε µικρότερα µόρια Αλδόζες και κετόζες (-οζη υποδηλώνει υδατάνθρακα, αριθµός ατόµων C υποδηλώνεται χρησιµοποιώντας τα προθέµατα τρι-, τετρ-, πεντ-, εξ- κ.ο.κ.) 2. Σύνθετοι υδατάνθρακες, π.χ σακχαρόζη, κυτταρίνη: δύο ή περισσότερα απλά σάκχαρα συνδεδεµένα µεταξύ τους

5 4. Απεικονίσεις µονοσακχαριτών, προβολές κατά Fischer Yδατάνθρακες περιέχουν στερεογονικά άτοµα C Συνηθέστερη µέθοδος απεικόνισης στερεογονικών κέντρων σε ένα επίπεδο οι προβολές κατά Fischer Τετραεδρικός C αναπαρίσταται µε δύο γραµµές, οι οριζόντιες αναπαριστούν δεσµούς µπροστά από το επίπεδο, οι κάθετες δεσµούς πίσω από το επίπεδο

6 5. Αναπαράσταση γλυκόζης κατά Fischer Yδατάνθρακες µε πάνω από ένα στερεογονικό C αναπαρίστανται τοποθετώντας ασύµµετρα κέντρα σε κατακόρυφη σειρά µε κατεύθυνση από κάτω προς τα πάνω µε καρβονυλικό C στην κορυφή

7 6. D Σάκχαρα Στη φύση απαντά µόνο δεξιόστροφο ισοµερές γλυκεραλδεϋδης Για ιστορικούς λόγους (πριν την καθιέρωση R & S), R-(+)- γλυκεραλδεΰδη αναφέρεται σαν D-γλυκεραλδεΰδη (D: δεξιόστροφη) S-( _ )-γλυκεραλδεΰδη: L-γλυκεραλδεΰδη (L:αριστερόστροφη) Στις προβολές κατά Fischer των φυσικών σακχάρων, το υδροξύλιο στο κατώτερο στερεογονικό κέντρο έχει διεύθυνση προς τα δεξιά και οι ενώσεις αυτές ονοµάζονται D σάκχαρα

8 7. L Σάκχαρα Στις προβολές κατά Fischer των L σακχάρων η υδροξυλοµάδα στο κατώτερο στερεογονικό κέντρο έχει διεύθυνση προς τα αριστερά και ένα L σάκχαρο αποτελεί κατοπτρικό είδωλο (εναντιοµερές) του D σακχάρου

9 8. Απεικονίσεις των αλδοζών Αλδοτετρόζες: 4 C, 2 στερεογονικά κέντρα, 2 2 =4 πιθανά στερεοϊσοµερή ή δύο ζεύγη D, L εναντιοµερών Αλδοπεντόζες: 5 C, 3 στερεογονικά κέντρα, 2 3 =8 πιθανά στερεοϊσοµερή ή τέσσερα ζεύγη D, L εναντιοµερών Αλδοεξόζες: 6 C, 4 στερεογονικά κέντρα, 2 4 =16 πιθανά στερεοϊσοµερή ή οκτώ ζεύγη D, L εναντιοµερών

10 9. D-Αλδόζες

11 10. Κυκλικές δοµές µονοσακχαριτών-ηµιακετάλες Αλκοόλες πραγµατοποιούν γρήγορη και αντιστρεπτή πυρηνόφιλη προσθήκη σε κετόνες και αλδεΰδες προς σχηµατισµό ηµιακεταλών Αν υδροξυλοµάδα και καρβονύλιο στο ίδιο µόριο, λαµβάνει χώρα ενδοµοριακή πυρηνόφιλη προσθήκη και σχηµατισµός κυκλικής ηµιακετάλης 5µελείς και 6µελείς κυκλικές ηµιακετάλες ιδιαίτερα σταθερά µόρια

12 11. Γλυκόζη και φρουκτόζη: κυκλικές δοµές

13 12. Μετατροπή προβολής κατά Fischer σε προβολή κατά Haworth Δακτύλιοι αναπαρίστανται κυρίως µε προβολές κατά Haworth Προβολές κατά Haworth: ηµιακεταλικός δακτύλιος σχεδιάζεται επίπεδος, όπου άτοµο ηµιακεταλικού οξυγόνου βρίσκεται πίσω δεξιά Κατά τη µετατροπή, κάθε ΟΗ που έχει κατεύθυνση προς τα δεξιά σε προβολή κατά Fischer κατευθύνεται προς τα κάτω σε προβολή κατά Haworth Κάθε ΟΗ µε κατεύθυνση προς τα αριστερά στην προβολή κατά Fischer κατευθύνεται προς τα πάνω στην προβολή κατά Haworth

14 13. Μετατροπή προβολής κατά Fischer της γλυκόζης σε προβολή κατά Haworth

15 14. Ανωµερή µονοσακχαριτών: πολυµορφισµός Κατόπιν κυκλοποίησης ενός µονοσακχαρίτη και απόκτησης δοµής φουρανόζης ή πυρανόζης, σχηµατίζεται νέο στερεογονικό κέντρο στη θέση του καρβονυλικού άνθρακα Νέα διαστερεοισοµερή ονοµάζονται ανωµερή και ο ηµιακεταλικός άνθρακας ανωµερικό κέντρο

16 15. Πολυστροφισµός α ανωµερές: οµάδα ΟΗ του C1 βρίσκεται σε θέση trans ως προς την οµάδα CH 2 OH του C5 β ανωµερές: οµάδα ΟΗ του C1 βρίσκεται σε θέση cis ως προς την οµάδα CH 2 OH του C5 (κύριο ανωµερές) Πολυστροφισµός: κατόπιν διάλυσης ενός ανωµερούς σε νερό γίνεται σταδιακή µετατροπή της αρχικά καθαρής µορφής στο άλλο ανωµερές µέχρι να επιτευχθούν συνθήκες ισορροπίας

17 16. Διαµορφώσεις µονοσακχαριτών Προβολές κατά Howarth δεν παρέχουν ακριβή τρισδιάστατη εικόνα της διαµόρφωσης του µορίου Στην πραγµατικότητα δακτύλιοι πυρανόζης έχουν γεωµετρία τύπου ανάκλινδρου µε αξονικούς και ισηµερινούς υποκαταστάτες

18 17. Κανόνες µετατροπής προβολών κατά Haworth σε ανάκλινδρα 1. Προβολές κατά Howarth: οξυγόνο δακτυλίου επάνω δεξιά 2. Ύψωση αριστερότερου ατόµου C (C4) πάνω από το επίπεδο του δακτυλίου 3. Χαµηλώνουµε ανωµερικό C (C1) ώστε να βρεθεί κάτω από το επίπεδο του δακτυλίου

19 18. Αντιδράσεις µονοσακχαριτώνσχηµατισµός εστέρων και αιθέρων Εστεροποίηση µέσω κατεργασίας του υδατάνθρακα µε χλωρίδιο ή ανυδρίτη οξέος παρουσία βάσης Σχηµατισµός σε αιθέρα κατά την επίδραση ενός αλκυλαλογονιδίου παρουσία βάσης

20 19. Σχηµατισµός γλυκοζιτών Αντίδραση ηµιακετάλης µε αλκοόλη παρουσία όξινου καταλύτη οδηγεί στο σχηµατισµό ακετάλης Αντίδραση ηµιακετάλης ενός µονοσακχαρίτη µε αλκοόλη παρουσία όξινου καταλύτη οδηγεί στο σχηµατισµό ακετάλης όπου το ανωµερικό ΟΗ έχει αντικατασταθεί από -ΟR

21 20. Δισακχαρίτες Δισακχαρίτες: περιέχουν γλυκοζιτικό ακεταλικό δεσµό ανάµεσα σε C1 ενός σακχάρου και OH σε οποιαδήποτε πιθανή θέση άλλου σακχάρου Σύνδεσµος 1,4 ο πιο συνηθισµένος (τόνος υποδηλώνει ότι η θέση 4 είναι σε άλλο σάκχαρο από θέση 1) Γκυκοζιτικός δεσµός α ή β

22 21. Λακτόζη-Σακχαρόζη Λακτόζη: δισακχαρίτης στο ανθρώπινο και αγελαδινό γάλα 1,4 -β-γλυκοζίτης Αποτελείται από D-γλυκόζη και D-γαλακτόζη Σακχαρόζη: δισακχαρίτης, πλέον διαδεδοµένη οργανική ένωση 1,2 -γλυκοζίτης Αποτελείται από γλυκόζη και φρουκτόζη

23 22. Πόλυσακχαρίτες Κυτταρίνη: µονάδες D γλυκόζης συνδεδεµένες µε 1,4 -β-γλυκοζιτικούς δεσµούς Άµυλο: κλάσµα αδιάλυτο στο νερό, αµυλόζη (20% αµύλου), και κλάσµα διαλυτό στο νερό, αµυλοπηκτίνη (80%)

24 23. Υδατάνθρακες κυτταρικών τοιχωµάτων Υδατάνθρακες: σηµαντικό ρόλο στη αλληλο-αναγνώριση κυττάρων Σχηµατισµός γλυκοπρωτεϊνών, βιοχηµικοί ιχνηθέτες στην επιφάνεια των κυττάρων όπως π.χ. στην περίπτωση αντιγόνων του ανθρώπινου αίµατος Συµβατότητα οµάδων ανθρώπινου αίµατος Μετάγγιση αίµατος µόνο αν υπάρχει συµβατότητα στην οµάδα Ανοσοποιητική αντίδραση οργανισµού σε µη συµβατό αίµα λόγω αναγνώρισης πολυσακχαριτών δεικτών στο κυτταρικό τοίχωµα (αντιγονικές ορίζουσες)

25 24. Δοµή αντιγονικών οριζουσών οµάδων Α, Β & Ο

Σχετικά έγγραφα

Οργανική Χημεία. Κεφάλαιο 26: Βιομόρια: υδατάνθρακες

Οργανική Χημεία. Κεφάλαιο 26: Βιομόρια: υδατάνθρακες Οργανική Χημεία Κεφάλαιο 26: Βιομόρια: υδατάνθρακες 1. Γενικά Ενώσεις που απαντούν σε κάθε ζωντανό οργανισμό Άμυλο και ζάχαρη στις τροφές και κυτταρίνη στο ξύλο, χαρτί και βαμβάκι είναι καθαροί υδατάνθρακες