Zuccheri

Classificazione dei carboidrati

La divisione base degli zuccheri comprende due sottogruppi: zuccheri semplici, detti anche monosaccaridi o monosi, e zuccheri complessi (poliosi). Esempi del primo gruppo includono triosi, tetrosi, pentosi ed esosi. Quest’ultimo gruppo raccoglie oligosaccaridi, inclusi disaccaridi, trisaccaridi e tetrasaccaridi, nonché polisaccaridi. Gli zuccheri complessi sono formati dalla condensazione di almeno due molecole di zuccheri semplici, in cui si decompongono nuovamente durante l’idrolisi. A differenza degli zuccheri complessi, gli zuccheri semplici non si idrolizzano.

La struttura dei monosaccaridi

La formula generalizzata degli zuccheri è la stessa per i carboidrati semplici e complessi, e il numero di atomi di carbonio nelle molecole di monosaccaridi varia da 3 a 10. Sulla base di tale numero, i monosaccaridi sono classificati rispettivamente come triosi, tetrosi, pentosi, ecc. Ciascuno di questi gruppi contiene aldosi (che sono poliidrossialdeidi) e chetosi, essendo i loro equivalenti analogici. Sono denominati aggiungendo il prefisso aldo- o keto- al nome appropriato che suggerisce il numero di atomi di carbonio contenuti nella molecola, ad esempio aldotriosi/chetotriosi, aldopentosi/chetopentosi e aldoesosi/chetoesosi. La struttura dei monosaccaridi generalmente contiene una catena di carbonio non ramificata. I gruppi funzionali che contengono hanno le loro posizioni abituali: il gruppo aldeidico non si trova mai al centro della molecola ma al suo bordo. Nel caso dei poliidrossichetoni, il gruppo carbonilico –C=O si trova sempre sul carbonio C-2. Il numero di gruppi idrossilici può essere determinato utilizzando una formula generalizzata; il loro numero è uguale al numero di tutti gli atomi di ossigeno presenti nella molecola meno uno. Ogni molecola di ossigeno può essere collegata con massimo un gruppo ossidrile.

Principali proprietà chimiche dei monosaccaridi

Le proprietà dei monosaccaridi possono essere spiegate in due modi: alcune di esse possono essere descritte con formule di proiezione di Fischer, altre sperimentalmente. È importante notare che le soluzioni monose mostrano l’effetto dell’equilibrio desmotropico, che porta a una ciclizzazione della catena intramolecolare. Può essere espresso come segue:

Reazioni caratteristiche dei monosaccaridi

Queste sono reazioni che ci permettono di rilevare gli zuccheri semplici in una data preparazione a causa del colore caratteristico che appare o di un altro cambiamento che possiamo discernere.

1. Reazione con fenilidrazina

È una reazione di condensazione che porta alla sostituzione di un atomo di ossigeno dal gruppo carbonilico con il radicale fenilidrazina. Il processo equimolare di quella reazione provoca la formazione di fenilidrazoni monosaccaridi. Il gruppo CHOH collegato al secondo atomo di carbonio viene ossidato insieme al reagente in eccesso utilizzato. Il prodotto di tale reazione è un gruppo chetonico, che quindi forma osazone reagendo con l’eccesso di fenilidrazina. Data la facile cristallizzazione del prodotto, la reazione permette di identificare il monosaccaride. Questo perché differiscono per forma e punto di fusione.

2. Reazioni con acidi

Quando i monosaccaridi con n _C >4 vengono riscaldati con acidi inorganici forti, si verifica la loro disidratazione e ciclizzazione. Ciò porta alla formazione di derivati del furano, ad esempio gli esosi producono idrossimetil furano. Tali prodotti, reagendo con i fenoli, consentono l’identificazione qualitativa e quantitativa dei monosaccaridi, con i quali creano combinazioni colorate. Una particolare categoria di reazioni è il test di Molisch che prevede la reazione di un monosaccaride con una soluzione alcolica di α-naftolo in presenza di acido solforico concentrato. Se la preparazione testata contiene uno zucchero, allora, all’interfaccia degli strati possiamo vedere un anello con un colore che va dal rosso al viola.

3. Riduzione dei monosaccaridi

Se la molecola contiene un gruppo aldeidico libero, possono ossidarsi ad acidi con l’uso delle proprietà riducenti di un ambiente basico.

4. Prova di Benedetto

La reazione copre i monosaccaridi che contengono un gruppo aldeidico libero. In presenza di idrossido di sodio , riduce l’idrossido di rame (II) in ossido di rame (I), che a sua volta cambia il colore della soluzione da blu a verde. Quel colore caratteristico è il risultato della sovrapposizione di due colori: la sospensione arancione Cu ₂ O e il blu Cu(OH) ₂ . È un test estremamente sensibile che dà un risultato già quando la soluzione saccarica è pari allo 0,1%. Ad alte concentrazioni, possiamo vedere un chiaro deposito rosso.

5. Il test di Barfoed

La reazione permette di determinare la velocità degli ioni rame e di differenziare gli zuccheri semplici dai disaccaridi riducenti. Come risultato della reazione con l’acetato di rame, lo zucchero si ossida ad acido carbossilico e produce acido acetico e ossido di rame (I) sotto forma di un deposito rosso. I disaccaridi si ossidano molto più lentamente dei monosaccaridi.

6. Il test di Selivanoff

È un metodo per rilevare i chetoesosi nella preparazione. Perché avvenga la reazione è necessario riscaldare il campione con acido cloridrico concentrato e resorcina. La sua caratteristica specifica è la formazione di 5-idrossimetilfurfurolo e il caratteristico colore ciliegia o la presenza di un deposito bruno-rosso. La loro comparsa dopo 2 minuti di riscaldamento indica la presenza di chetoesosi.

7. Test di Tollen

È una reazione caratteristica dei pentosi e degli esosi, che consiste nel sottoporre il preparato ad acido cloridrico . Provoca la presenza di un colore ciliegia nel caso dei pentosi o giallo/marrone nel caso degli esosi.

8. Il test di Bial

Il test di Bial permette di identificare nel campione un pentoso che, durante la reazione, perde acqua e produce furfurolo in presenza di acido cloridrico e ioni ferro (III). Il furfurolo produce un caratteristico complesso verde.

Struttura chimica degli zuccheri complessi

Le catene di carbonio degli zuccheri possono legarsi tra loro poiché contengono molti gruppi idrossilici. Con l’uso di legami O-glicosidici, le molecole di monosaccaridi producono tra loro legami di tipo acetale o chetale.

Disaccaridi

Gli zuccheri di questo gruppo sono prodotti collegando i gruppi idrossilici di due monosaccaridi con un legame glicosidico. Esempi popolari di disaccaridi includono saccarosio, maltosio, lattosio e trecalosio.

Polisaccaridi

Questi zuccheri contengono anche legami glicosidici, ma a differenza dei disaccaridi, sono polimeri monosaccaridi. A seconda della loro struttura possono essere omoglicani, se sono presenti ripetizioni della struttura di un solo tipo di monosaccaride, o eteroglicani, se sono costituiti da vari tipi di zuccheri semplici. Le molecole normalmente esistono come catene lineari o ramificate. I composti più importanti di questo tipo sono i polimeri del glucosio, cioè i glucani: amido, cellulosa e glicogeno.

Amido

Questo polisaccaride vegetale è un deposito molto comune di glucosio, essendo una fonte di energia di riserva. In termini chimici è una miscela di amilosio e amilopectina in vari rapporti a seconda della provenienza. Entrambi sono costituiti dallo stesso monosaccaride (α-D-glucopiranosio) ma differiscono per il numero di radicali di glucosio. L’amilosio è un amido solubile che ha catene semplici e non ramificate che si avvolgono per formare un’elica, così come da 200 a 300 radicali di glucosio con una curva ogni 6-8 di essi. L’amilopectina è un amido insolubile e ramificato che può contenere anche centinaia di migliaia di radicali del glucosio. Forma anche un’elica, ma la curva può cadere ogni 24-30 radicali di glucosio.

Proprietà caratteristiche dei polisaccaridi

1. Idrolisi

A differenza della maggior parte dei monosaccaridi, i polisaccaridi subiscono la reazione di idrolisi. Esiste in condizioni di riscaldamento con acidi diluiti o in presenza di enzimi. A seconda delle condizioni di reazione, i prodotti possono essere polisaccaridi con molecole più piccole, oligosaccaridi e monosaccaridi che compongono il polisaccaride che ha subito la reazione.

2. Analisi qualitativa dell’amido con l’uso di iodio

L’amilosio presente nell’amido, una volta dissolto, si avvolge nello spazio formando un’elica sinistra che viene stabilizzata dai legami idrogeno prodotti tra i gruppi idrossilici liberi dei monosaccaridi. Una volta aggiunto lo iodio, l’amilosio forma un complesso blu che non è il risultato di una reazione ma piuttosto l’effetto di intrappolare le molecole del reagente all’interno dell’elica. Il colore, caratteristico dello iodio, risulta dal moto degli elettroni lungo la catena delle molecole di iodio e dall’assorbimento della luce da parte del complesso prodotto. Se viene riscaldato, i legami idrogeno si rompono, lo iodio viene rilasciato e il colore svanisce. In una reazione tra amilopectina e iodio, possiamo vedere un colore viola e rosso. Se aggiungiamo iodio all’amido, il colore sarà viola e blu.