Suikers

Classificatie van koolhydraten

De basisverdeling van suikers omvat twee subgroepen: enkelvoudige suikers, ook wel monosacchariden of monosen genoemd, en complexe suikers (polyoses). Voorbeelden uit de eerstgenoemde groep zijn triosen, tetrosen, pentosen en hexosen. De laatste groep verzamelt oligosacchariden, waaronder disacchariden, trisacchariden en tetrasacchariden, evenals polysacchariden. Complexe suikers worden gevormd door de condensatie van minimaal twee moleculen enkelvoudige suikers, waarin ze tijdens hydrolyse weer uiteenvallen. In tegenstelling tot complexe suikers hydrolyseren enkelvoudige suikers niet.

De structuur van monosacchariden

De algemene formule van suikers is hetzelfde voor eenvoudige en complexe koolhydraten, en het aantal koolstofatomen in monosaccharidemoleculen varieert van 3 tot 10. Op basis van dat aantal worden monosacchariden geclassificeerd als respectievelijk triosen, tetrosen, pentosen, enz. Elk van deze groepen bevat aldosen (die polyhydroxyaldehyden zijn) en ketosen, zijnde hun analoge equivalenten. Ze worden benoemd door het voorvoegsel aldo- of keto- toe te voegen aan de juiste naam die het aantal koolstofatomen in het molecuul suggereert, bijvoorbeeld aldotrioses/ketotrioses, aldopentoses/ketopentoses en aldohexoses/ketohexoses. De structuur van monosacchariden bevat over het algemeen een niet-vertakte koolstofketen. De functionele groepen die ze bevatten hebben hun gebruikelijke locaties: de aldehydegroep bevindt zich nooit in het midden van het molecuul, maar aan de rand. In het geval van polyhydroxyketonen bevindt de carbonylgroep –C=O zich altijd op de C-2 koolstof. Het aantal hydroxylgroepen kan worden bepaald met behulp van een algemene formule; hun aantal is gelijk aan het aantal van alle zuurstofatomen in het molecuul minus één. Elk zuurstofmolecuul kan verbonden zijn met maximaal één hydroxylgroep.

Belangrijkste chemische eigenschappen van monosacchariden

De eigenschappen van monosacchariden kunnen op twee manieren worden verklaard: sommige kunnen worden beschreven met Fischer-projectieformules en andere door experimenten. Het is belangrijk op te merken dat monose-oplossingen het effect van desmotroop evenwicht vertonen, wat leidt tot een intramoleculaire ketencyclisatie. Het kan als volgt worden uitgedrukt:

Karakteristieke reacties van monosacchariden

Dit zijn reacties die ons in staat stellen eenvoudige suikers in een bepaald preparaat te detecteren vanwege de verschijnende karakteristieke kleur of een andere verandering die we kunnen waarnemen.

1. Reactie met fenylhydrazine

Het is een condensatiereactie die leidt tot de vervanging van een zuurstofatoom van de carbonylgroep door het fenylhydrazineradicaal. Het equimolaire proces van die reactie veroorzaakt de vorming van monosacharidefenylhydrazonen. De CHOH-groep verbonden met het tweede koolstofatoom wordt samen met de overtollige gebruikte reagens geoxideerd. Het product van die reactie is een ketongroep, die vervolgens osazon vormt door te reageren met de overmaat fenylhydrazine. Gezien de gemakkelijke kristallisatie van het product, stelt de reactie ons in staat om de monosaccharide te identificeren. Dit komt omdat ze verschillen in vorm en smeltpunt.

2. Reacties met zuren

Wanneer monosacchariden met n _C >4 worden verwarmd met sterke anorganische zuren, is hun uitdroging en cyclisatie opgetreden. Dit leidt tot de vorming van furanderivaten, bijvoorbeeld hexosen produceren hydroxymethylfuran. Dergelijke producten maken, wanneer ze reageren met fenolen, de kwalitatieve en kwantitatieve identificatie van monosacchariden mogelijk, waarmee ze gekleurde combinaties creëren. Een speciale categorie reacties is de test van Molisch, waarbij een monosaccharide wordt omgezet met een alcoholische oplossing van α-naftol in aanwezigheid van geconcentreerd zwavelzuur . Als het geteste preparaat een suiker bevat, dan kunnen we op het grensvlak van de lagen een ring zien met een kleur variërend van rood tot violet.

3. Vermindering van monosacchariden

Als het molecuul een vrije aldehydegroep bevat, kunnen ze oxideren tot zuren met behulp van de reducerende eigenschappen van een basische omgeving.

4. Benedictus test

De reactie omvat monosacchariden die een vrije aldehydegroep bevatten. In aanwezigheid van natriumhydroxide reduceert het koper(II)hydroxide tot koper(I)oxide, dat op zijn beurt de kleur van de oplossing verandert van blauw in groen. Die karakteristieke kleur is het resultaat van het overlappen van twee kleuren: de oranje Cu ₂ O-suspensie en de blauwe Cu(OH) ₂ . Het is een uiterst gevoelige test die al een resultaat geeft als de saccharumoplossing gelijk is aan 0,1%. Bij hoge concentraties zien we een duidelijke rode aanslag.

5. Barfoeds test

De reactie maakt het mogelijk om de snelheid van koperionen te bepalen en eenvoudige suikers te onderscheiden van reducerende disacchariden. Door de reactie met koperacetaat oxideert de suiker tot carbonzuur en ontstaat azijnzuur en koper(I)oxide in de vorm van een rode aanslag. Disachariden oxideren veel langzamer dan monosachariden.

6. Selivanoffs test

Het is een methode om ketohexosen in het preparaat te detecteren. Om de reactie te laten plaatsvinden, is het nodig om het monster te verwarmen met geconcentreerd zoutzuur en resorcine. Het specifieke kenmerk is de vorming van 5-hydroxymethylfurfural en de karakteristieke kersenkleur of de aanwezigheid van een bruin-rode afzetting. Hun opkomst na 2 minuten verhitten wijst op de aanwezigheid van ketohexose.

7. Tollens-test

Het is een karakteristieke reactie van pentosen en hexosen, die bestaat uit het onderwerpen van het preparaat aan zoutzuur . Het veroorzaakt de aanwezigheid van een kersenkleur in het geval van pentosen of een geel/bruine kleur in het geval van hexosen.

8. Bials test

Met de test van Bial kan pentose in het monster worden geïdentificeerd, dat tijdens de reactie water verliest en furfural produceert in aanwezigheid van zoutzuur en ijzer(III)-ionen. De furfural produceert een karakteristiek groen complex.

Chemische structuur van complexe suikers

De koolstofketens van suikers kunnen aan elkaar gekoppeld worden omdat ze veel hydroxylgroepen bevatten. Met het gebruik van O-glycosidebindingen produceren monosaccharidemoleculen onderlinge bindingen van het acetaal- of ketaaltype.

Disachariden

Suikers uit deze groep worden geproduceerd door de hydroxylgroepen van twee monosacchariden te koppelen met een glycosidebinding. Populaire voorbeelden van disachariden zijn sucrose, maltose, lactose en trechalose.

Polysacchariden

Deze suikers bevatten ook glycosidebindingen, maar in tegenstelling tot disacchariden zijn het monosaccharidepolymeren. Afhankelijk van hun structuur kunnen ze homoglycanen zijn, als er herhalingen zijn van de structuur van slechts één type monosaccharide, of heteroglycanen, als ze uit verschillende soorten enkelvoudige suikers bestaan. De moleculen bestaan normaal gesproken als lineaire of vertakte ketens. De belangrijkste verbindingen van dit type zijn glucosepolymeren, dwz glucanen: zetmeel, cellulose en glycogeen.

Zetmeel

Deze plantaardige polysaccharide is een veel voorkomende opslag van glucose, omdat het een back-up energiebron is. Chemisch gezien is het een mengsel van amylose en amylopectine in verschillende verhoudingen, afhankelijk van de herkomst. Beide zijn opgebouwd uit hetzelfde monosaccharide (α-D-glucopyranose) maar verschillen door het aantal glucoseradicalen. Amylose is een oplosbaar zetmeel dat eenvoudige en niet-vertakte ketens heeft die winden om een helix te vormen, evenals 200 tot 300 glucoseradicalen met een curve op elke 6 tot 8 daarvan. Amylopectine is een onoplosbaar, vertakt zetmeel dat zelfs honderdduizenden glucoseradicalen kan bevatten. Het vormt ook een helix, maar de curve kan elke 24 tot 30 glucoseradicalen dalen.

Karakteristieke eigenschappen van polysacchariden

1. Hydrolyse

In tegenstelling tot de meeste monosacchariden ondergaan polysacchariden de reactie van hydrolyse. Het bestaat in verhittingsomstandigheden met verdunde zuren of in aanwezigheid van enzymen. Afhankelijk van de reactieomstandigheden kunnen de producten polysacchariden zijn met kleinere moleculen, oligosacchariden en monosacchariden waaruit het polysaccharide is samengesteld dat de reactie onderging.

2. Kwalitatieve analyse van zetmeel met behulp van jodium

De amylose die in zetmeel aanwezig is, slingert zich, eenmaal opgelost, in de ruimte en vormt een linkerhelix die wordt gestabiliseerd door waterstofbruggen die worden geproduceerd tussen de vrije hydroxylgroepen van monosacchariden. Zodra jodium is toegevoegd, vormt amylose een blauw complex dat niet het resultaat is van een reactie, maar eerder het effect van het opsluiten van de reagensmoleculen in de helix. De kleur, kenmerkend voor jodium, is het resultaat van de beweging van elektronen langs de keten van jodiummoleculen en van de absorptie van licht door het geproduceerde complex. Als het wordt verwarmd, worden de waterstofbruggen afgebroken, komt het jodium vrij en vervaagt de kleur. Bij een reactie tussen amylopectine en jodium zien we een violet-rode kleur. Als we jodium aan zetmeel toevoegen, wordt de kleur paars-blauw.