Cukry

Klasifikace sacharidů

Základní rozdělení cukrů zahrnuje dvě podskupiny: jednoduché cukry, nazývané také monosacharidy nebo monosy, a složené cukry (polyózy). Příklady z první skupiny zahrnují triózy, tetrózy, pentózy a hexózy. Druhá skupina shromažďuje oligosacharidy, včetně disacharidů, trisacharidů a tetrasacharidů, stejně jako polysacharidy. Složené cukry vznikají kondenzací minimálně dvou molekul jednoduchých cukrů, na které se při hydrolýze opět rozkládají. Na rozdíl od komplexních cukrů jednoduché cukry nehydrolyzují.

Struktura monosacharidů

Zobecněný vzorec cukrů je stejný pro jednoduché a složité sacharidy a počet atomů uhlíku v molekulách monosacharidů se pohybuje od 3 do 10. Na základě tohoto počtu jsou monosacharidy klasifikovány jako triózy, tetrózy, pentózy atd. z těchto skupin obsahuje aldózy (což jsou polyhydroxyaldehydy) a ketózy, které jsou jejich analogickými ekvivalenty. Jsou pojmenovány přidáním předpony aldo- nebo keto- k příslušnému názvu, který naznačuje počet uhlíků obsažených v molekule, například aldotriózy/ketotriózy, aldopentózy/ketopentózy a aldohexózy/ketohexózy. Struktura monosacharidů obecně obsahuje nerozvětvený uhlíkový řetězec. Funkční skupiny, které obsahují, mají svá obvyklá umístění: aldehydová skupina se nikdy nenachází uprostřed molekuly, ale na jejím okraji. V případě polyhydroxyketonů je karbonylová skupina –C=O vždy umístěna na uhlíku C-2. Počet hydroxylových skupin lze určit pomocí zobecněného vzorce; jejich počet se rovná počtu všech atomů kyslíku přítomných v molekule mínus jeden. Každá molekula kyslíku může být spojena maximálně s jednou hydroxylovou skupinou.

Základní chemické vlastnosti monosacharidů

Vlastnosti monosacharidů lze vysvětlit dvěma způsoby: některé z nich lze popsat pomocí Fischerových projekčních vzorců a jiné experimentem. Je důležité poznamenat, že roztoky monózy vykazují účinek desmotropní rovnováhy, která vede k intramolekulární cyklizaci řetězce. Dá se vyjádřit takto:

Charakteristické reakce monosacharidů

Jedná se o reakce, které nám umožňují detekovat jednoduché cukry v daném přípravku díky objevující se charakteristické barvě nebo jiné změně, kterou můžeme rozeznat.

1. Reakce s fenylhydrazinem

Jde o kondenzační reakci, která vede k substituci atomu kyslíku z karbonylové skupiny fenylhydrazinovým radikálem. Ekvimolární proces této reakce způsobuje tvorbu monosacharidových fenylhydrazonů. Skupina CHOH připojená k druhému atomu uhlíku se oxiduje spolu s přebytkem použitého činidla. Produktem této reakce je ketonová skupina, která pak reakcí s přebytkem fenylhydrazinu tvoří osazon. Vzhledem ke snadné krystalizaci produktu nám reakce umožňuje identifikovat monosacharid. Je to proto, že se liší tvarem a bodem tání.

2. Reakce s kyselinami

Při zahřívání monosacharidů s n _C >4 se silnými anorganickými kyselinami dochází k jejich dehydrataci a cyklizaci. To vede k tvorbě derivátů furanu, například hexózy produkují hydroxymethylfuran. Takové produkty při reakci s fenoly umožňují kvalitativní i kvantitativní identifikaci monosacharidů, se kterými vytvářejí barevné kombinace. Zvláštní kategorií reakcí je Molischův test, který zahrnuje reakci monosacharidu s alkoholovým roztokem α-naftolu v přítomnosti koncentrované kyseliny sírové . Pokud testovaný přípravek obsahuje cukr, pak na rozhraní vrstev můžeme vidět prstenec barvy od červené po fialovou.

3. Redukce monosacharidů

Pokud molekula obsahuje volnou aldehydovou skupinu, mohou oxidovat na kyseliny s využitím redukčních vlastností zásaditého prostředí.

4. Benediktův test

Reakce zahrnuje monosacharidy, které obsahují volnou aldehydovou skupinu. V přítomnosti hydroxidu sodného redukuje hydroxid měďnatý (II) na oxid měďnatý, což zase změní barvu roztoku z modré na zelenou. Tato charakteristická barva je výsledkem překrytí dvou barev: oranžové Cu2O suspenze a modré Cu(OH) _{2 .} Je to extrémně citlivý test, který dává výsledek již tehdy, když se sacharum roztok rovná 0,1 %. Při vysokých koncentracích můžeme vidět zřetelně červenou usazeninu.

5. Barfoedův test

Reakce umožňuje stanovit rychlost iontů mědi a odlišit jednoduché cukry od redukujících disacharidů. V důsledku reakce s octanem měďnatým cukr oxiduje na karboxylovou kyselinu a vytváří kyselinu octovou a oxid měďný ve formě červeného usazeniny. Disacharidy oxidují mnohem pomaleji než monosacharidy.

6. Selivanoffův test

Jde o metodu průkazu ketohexóz v preparátu. Aby reakce proběhla, je nutné vzorek zahřát s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou a resorcinem. Jeho specifikem je tvorba 5-hydroxymethylfurfuralu a charakteristická třešňová barva nebo přítomnost hnědočerveného ložiska. Jejich vznik po 2 minutách zahřívání ukazuje na přítomnost ketohexózy.

7. Tollensův test

Jde o charakteristickou reakci pentóz a hexóz, která spočívá v vystavení přípravku kyselině chlorovodíkové . Způsobuje přítomnost třešňové barvy v případě pentóz nebo žlutohnědé barvy v případě hexóz.

8. Bialův test

Bialův test umožňuje identifikovat pentózu ve vzorku, která během reakce ztrácí vodu a produkuje furfural v přítomnosti kyseliny chlorovodíkové a železitých iontů. Furfural vytváří charakteristický zelený komplex.

Chemická struktura komplexních cukrů

Uhlíkové řetězce cukrů se mohou vzájemně spojovat, protože obsahují mnoho hydroxylových skupin. S použitím O-glykosidových vazeb vytvářejí molekuly monosacharidů mezi sebou vazby acetalového nebo ketalového typu.

Disacharidy

Cukry z této skupiny se vyrábějí spojením hydroxylových skupin dvou monosacharidů glykosidovou vazbou. Mezi oblíbené příklady disacharidů patří sacharóza, maltóza, laktóza a trechalóza.

Polysacharidy

Tyto cukry obsahují také glykosidové vazby, ale na rozdíl od disacharidů se jedná o monosacharidové polymery. V závislosti na jejich struktuře to mohou být homoglykany, pokud se jedná o opakování struktury pouze jednoho typu monosacharidu, nebo heteroglykany, pokud se skládají z různých typů jednoduchých cukrů. Molekuly normálně existují jako lineární nebo rozvětvené řetězce. Nejdůležitějšími sloučeninami tohoto typu jsou glukózové polymery, tj. glukany: škrob, celulóza a glykogen.

Škrob

Tento rostlinný polysacharid je velmi častým úložištěm glukózy, je záložním zdrojem energie. Chemicky se jedná o směs amylózy a amylopektinu v různých poměrech v závislosti na původu. Oba jsou vytvořeny ze stejného monosacharidu (α-D-glukopyranózy), ale liší se počtem glukózových radikálů. Amylóza je rozpustný škrob, který má jednoduché a nerozvětvené řetězce, které se navíjejí do spirály, a také 200 až 300 glukózových radikálů s křivkou na každých 6 až 8 z nich. Amylopektin je nerozpustný, rozvětvený škrob, který může obsahovat i stovky tisíc glukózových radikálů. Tvoří také šroubovici, ale křivka může klesnout každých 24 až 30 glukózových radikálů.

Charakteristické vlastnosti polysacharidů

1. Hydrolýza

Na rozdíl od většiny monosacharidů podléhají polysacharidy reakci hydrolýzy. Existuje v podmínkách zahřívání se zředěnými kyselinami nebo v přítomnosti enzymů. V závislosti na reakčních podmínkách mohou být produkty polysacharidy s menšími molekulami, oligosacharidy a monosacharidy, které tvoří polysacharid, který prošel reakcí.

2. Kvalitativní analýza škrobu s použitím jódu

Amylóza přítomná ve škrobu se po rozpuštění vine v prostoru a vytvoří levou šroubovici, která je stabilizována vodíkovými vazbami vytvořenými mezi volnými hydroxylovými skupinami monosacharidů. Jakmile je přidán jód, amylóza tvoří modrý komplex, který není výsledkem reakce, ale spíše efektem zachycení molekul činidla uvnitř šroubovice. Barva, charakteristická pro jód, je výsledkem pohybu elektronů po řetězci molekul jódu a absorpcí světla vytvořeným komplexem. Pokud se zahřeje, vodíkové vazby se přeruší, jód se uvolní a barva vybledne. V reakci mezi amylopektinem a jódem můžeme vidět fialovočervenou barvu. Přidáme-li ke škrobu jód, barva bude fialovo-modrá.