Cukry

Klasifikácia uhľohydrátov

Základné rozdelenie cukrov zahŕňa dve podskupiny: jednoduché cukry, nazývané aj monosacharidy alebo monosy a komplexné cukry (polyózy). Príklady z prvej skupiny zahŕňajú triózy, tetrózy, pentózy a hexózy. Posledná skupina zhromažďuje oligosacharidy, vrátane disacharidov, trisacharidov a tetrasacharidov, ako aj polysacharidy. Zložené cukry vznikajú kondenzáciou minimálne dvoch molekúl jednoduchých cukrov, na ktoré sa pri hydrolýze opäť rozkladajú. Na rozdiel od zložitých cukrov, jednoduché cukry nehydrolyzujú.

Štruktúra monosacharidov

Zovšeobecnený vzorec cukrov je rovnaký pre jednoduché a zložité sacharidy a počet atómov uhlíka v molekulách monosacharidov sa pohybuje od 3 do 10. Na základe tohto počtu sa monosacharidy klasifikujú ako triózy, tetrózy, pentózy atď. z týchto skupín obsahuje aldózy (ktoré sú polyhydroxyaldehydy) a ketózy, ktoré sú ich analogickými ekvivalentmi. Sú pomenované pridaním predpony aldo- alebo keto- k príslušnému názvu, ktorý naznačuje počet uhlíkov obsiahnutých v molekule, napríklad aldotriózy/ketotriózy, aldopentózy/ketopentózy a aldohexózy/ketohexózy. Štruktúra monosacharidov vo všeobecnosti obsahuje nerozvetvený uhlíkový reťazec. Funkčné skupiny, ktoré obsahujú, majú svoje obvyklé umiestnenie: aldehydová skupina sa nikdy nenachádza v strede molekuly, ale na jej okraji. V prípade polyhydroxyketónov je karbonylová skupina –C=O vždy umiestnená na uhlíku C-2. Počet hydroxylových skupín sa môže určiť použitím všeobecného vzorca; ich počet sa rovná počtu všetkých atómov kyslíka prítomných v molekule mínus jeden. Každá molekula kyslíka môže byť spojená maximálne s jednou hydroxylovou skupinou.

Základné chemické vlastnosti monosacharidov

Vlastnosti monosacharidov možno vysvetliť dvoma spôsobmi: niektoré z nich možno opísať pomocou vzorca Fischerovej projekcie a iné experimentom. Je dôležité poznamenať, že roztoky monózy vykazujú účinok desmotropnej rovnováhy, čo vedie k intramolekulárnej cyklizácii reťazca. Dá sa vyjadriť takto:

Charakteristické reakcie monosacharidov

Ide o reakcie, ktoré nám umožňujú odhaliť jednoduché cukry v danom prípravku vďaka objavenej charakteristickej farbe alebo inej zmene, ktorú dokážeme rozoznať.

1. Reakcia s fenylhydrazínom

Ide o kondenzačnú reakciu, ktorá vedie k substitúcii atómu kyslíka z karbonylovej skupiny fenylhydrazínovým radikálom. Ekvimolárny proces tejto reakcie spôsobuje tvorbu monosacharidových fenylhydrazónov. Skupina CHOH pripojená k druhému atómu uhlíka sa oxiduje spolu s nadbytkom použitého činidla. Produktom tejto reakcie je ketónová skupina, ktorá potom tvorí osazón reakciou s nadbytkom fenylhydrazínu. Vzhľadom na ľahkú kryštalizáciu produktu nám reakcia umožňuje identifikovať monosacharid. Je to preto, že sa líšia tvarom a teplotou topenia.

2. Reakcie s kyselinami

Pri zahrievaní monosacharidov s n _C >4 so silnými anorganickými kyselinami dochádza k ich dehydratácii a cyklizácii. To vedie k tvorbe derivátov furánu, napríklad hexózy produkujú hydroxymetylfurán. Takéto produkty pri reakcii s fenolmi umožňujú kvalitatívnu a kvantitatívnu identifikáciu monosacharidov, s ktorými vytvárajú farebné kombinácie. Špeciálnou kategóriou reakcií je Molischov test, ktorý zahŕňa reakciu monosacharidu s alkoholovým roztokom α-naftolu v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej . Ak testovaný prípravok obsahuje cukor, potom na rozhraní vrstiev môžeme vidieť prstenec s farbou od červenej po fialovú.

3. Zníženie monosacharidov

Ak molekula obsahuje voľnú aldehydovú skupinu, môžu oxidovať na kyseliny s využitím redukčných vlastností zásaditého prostredia.

4. Benediktov test

Reakcia zahŕňa monosacharidy, ktoré obsahujú voľnú aldehydovú skupinu. V prítomnosti hydroxidu sodného redukuje hydroxid meďnatý (II) na oxid meďnatý, čo následne mení farbu roztoku z modrej na zelenú. Táto charakteristická farba je výsledkom prekrytia dvoch farieb: oranžovej Cu20 suspenzie a modrej Cu(OH) _{2 .} Je to mimoriadne citlivý test, ktorý dáva výsledok už vtedy, keď sa roztok sacharum rovná 0,1 %. Pri vysokých koncentráciách môžeme vidieť zreteľne červenú usadeninu.

5. Barfoedov test

Reakcia umožňuje určiť rýchlosť iónov medi a odlíšiť jednoduché cukry od redukujúcich disacharidov. V dôsledku reakcie s octanom meďnatým sa cukor oxiduje na karboxylovú kyselinu a vytvára kyselinu octovú a oxid meďný vo forme červeného usadeniny. Disacharidy oxidujú oveľa pomalšie ako monosacharidy.

6. Selivanoffov test

Je to metóda zisťovania ketohexóz v prípravku. Aby reakcia prebehla, je potrebné vzorku zahriať s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou a rezorcínom. Jeho špecifikom je tvorba 5-hydroxymetylfurfuralu a charakteristická čerešňová farba či prítomnosť hnedo-červeného ložiska. Ich vznik po 2 minútach zahrievania indikuje prítomnosť ketohexózy.

7. Tollensov test

Ide o charakteristickú reakciu pentóz a hexóz, ktorá spočíva v vystavení prípravku kyseline chlorovodíkovej . Spôsobuje prítomnosť čerešňovej farby v prípade pentóz alebo žltej/hnedej farby v prípade hexóz.

8. Bialov test

Bialov test umožňuje identifikovať pentózu vo vzorke, ktorá počas reakcie stráca vodu a vytvára furfural v prítomnosti kyseliny chlorovodíkovej a železitých iónov. Furfural vytvára charakteristický zelený komplex.

Chemická štruktúra komplexných cukrov

Uhlíkové reťazce cukrov sa môžu navzájom spájať, pretože obsahujú veľa hydroxylových skupín. Pri použití O-glykozidových väzieb vytvárajú molekuly monosacharidov medzi sebou väzby acetálového alebo ketálového typu.

Disacharidy

Cukry z tejto skupiny sa vyrábajú spojením hydroxylových skupín dvoch monosacharidov glykozidovou väzbou. Populárne príklady disacharidov zahŕňajú sacharózu, maltózu, laktózu a trechalózu.

Polysacharidy

Tieto cukry obsahujú aj glykozidové väzby, ale na rozdiel od disacharidov sú to monosacharidové polyméry. V závislosti od štruktúry to môžu byť homoglykány, ak sa v štruktúre opakuje len jeden typ monosacharidu, alebo heteroglykány, ak pozostávajú z rôznych typov jednoduchých cukrov. Molekuly normálne existujú ako lineárne alebo rozvetvené reťazce. Najdôležitejšími zlúčeninami tohto typu sú glukózové polyméry, tj glukány: škrob, celulóza a glykogén.

škrob

Tento rastlinný polysacharid je veľmi bežným zásobníkom glukózy, ktorý je záložným zdrojom energie. Z chemického hľadiska ide o zmes amylózy a amylopektínu v rôznych pomeroch v závislosti od pôvodu. Obidve sú postavené z rovnakého monosacharidu (α-D-glukopyranóza), ale líšia sa počtom glukózových radikálov. Amylóza je rozpustný škrob, ktorý má jednoduché a nerozvetvené reťazce, ktoré sa navíjajú do špirály, ako aj 200 až 300 glukózových radikálov s krivkou na každých 6 až 8 z nich. Amylopektín je nerozpustný, rozvetvený škrob, ktorý môže obsahovať aj stovky tisíc glukózových radikálov. Tvorí tiež špirálu, ale krivka môže klesnúť každých 24 až 30 glukózových radikálov.

Charakteristické vlastnosti polysacharidov

1. Hydrolýza

Na rozdiel od väčšiny monosacharidov, polysacharidy podliehajú reakcii hydrolýzy. Existuje v podmienkach zahrievania so zriedenými kyselinami alebo v prítomnosti enzýmov. V závislosti od reakčných podmienok môžu byť produktmi polysacharidy s menšími molekulami, oligosacharidy a monosacharidy, ktoré tvoria polysacharid, ktorý prešiel reakciou.

2. Kvalitatívna analýza škrobu s použitím jódu

Amylóza prítomná v škrobe sa po rozpustení vinie v priestore a vytvára ľavostrannú špirálu, ktorá je stabilizovaná vodíkovými väzbami vytvorenými medzi voľnými hydroxylovými skupinami monosacharidov. Po pridaní jódu amylóza vytvorí modrý komplex, ktorý nie je výsledkom reakcie, ale skôr účinkom zachytenia molekúl činidla vo vnútri špirály. Farba, charakteristická pre jód, je výsledkom pohybu elektrónov pozdĺž reťazca molekúl jódu a absorpciou svetla vytvoreným komplexom. Ak sa zahreje, vodíkové väzby sa prerušia, jód sa uvoľní a farba vybledne. Pri reakcii medzi amylopektínom a jódom môžeme vidieť fialovo-červenú farbu. Ak do škrobu pridáme jód, farba bude fialovo-modrá.