GLUCOZA SI OBTINEREA ACESTEIA

Cuprins 1)PROVENIENTA SI CONSTITUTIE CHIMICA

A)PROVENIENTA IN NATURA B)CONSTITUTIE CHIMICA

2)PROPRIETATI FIZICO-CHIMICE

A)ACTIVITATEA OPTICA B)ROTATIA SPECIFICA C)MUTAROTATIA D)CRISTALIZAREA SI FORMELE DE CRISTALIZARE E)COMPORTAREA LA TEMPERATURA F)COMPORTAREA FATA DE ACIZI G)COMPORTAREA FATA DE ALCALII H)REDUCEREA I)OXIDAREA J)TRANSFORMARI ALE GRUPARII HIDROXIL K)ALTE REACTII

Introducere

Glucoza este cea mai cunoscut monozaharid. Formul chimic C6H12O6. Alt denumire : pentahidroxihexanol. Glucoza este numit dup un cuvnt grecesc care inseamn zahr sau dulce. Una dintre cele mai importante componente ale vieii ,glucoza,a fost descoperit de Andreas Marggraf n 1747. Structura glucozei a fost descoperit de Emil Fischer n secolul al IX-lea. Glucoza se gsete n toate formele de via i este folosit ca o form de stocare a energiei. Atunci cnd polimerizeaz formeaz celuloza componenta a structurilor plantelor.

a. Proveniena n natur. Glucoza ocup primul loc n procesul de regenerare esuturilor i n biochimia glucidelor. Sub forma ei pur (d-glucoza sau dextroza, C6H12O6 H2O), este cel mai important dintre zaharuri, n special pentru fiziologia vegetal i animal. n natur, ea este fie sub form liber, fie n amestec cu alte substane zaharoase. Se gsete n proporii mici, aproape n toate esuturile organismelor animale i vegetale. Procesul de formare a glucozei prin fenomenul fotosintezei are loc prin reacia endoterm ntre bioxid de carbon i ap Procesele de sintetizare care au loc n plantele verzi i organismul animal au ca efect nmagazinarea de substane de rezerv sub form de amidon (la plante), respectiv glicogen (la regnul animal), care sunt apoi consumate n timpul proceselor enzimatice complexe ce au loc pentru eliberarea energiei necesare proceselor vitale. n stare liber, d-glucoza se gsete n multe fructe i n special n struguri (n proporie de 25%), iar n amestec echimolecular cu d-fructoza, se gsete n miere. Combinat cu ea nsi sau cu alte monozaharide, formeaz substane ca maltoza, lactoza, zaharoza, celobioza, precum i polizaharidele cele mai importante, amidonul i celuloza. n regnul animal, d-glucoza joac un rol nsemnat, n snge gsindu-se n concentraie constan de 0,1%, fiind format ca urmare a unui mecanism hormonal complicat.

b.Constituie chimic. Din punct de vedere chimic, glucoza face parte din clasa hidrailor de carbon, i anume din grupa monozaharidelor, care pot fi considerate ca produi de oxidare ai polialcoolilor alifatici simpli, n care o grup alcoolic este oxidat n aldehid, sau una de alcool secundar, n ceton. Monozaharidele conin o caten neramificat cu grupe alcoolice, care se pot recunoate prin reacii de esteficare i eterificare. Structura liniar deschis a glucozei a fost stabilit la nceput prin oxidarea d-glucozei pn la acid gluconic i reducerea cu acid iodhidric, pn la acid capronic. S-a dovedit ns ulterior, c grupa carbonil a acestor combinaii nu se afl n stare liber ca n aldehidele i cetonele simple, ci formeaz, cu una din grupele alcoolice din molecul, un semiacetal. Prin urmare, glucoza este un monozaharid din grupa hexozelor cu o formul de constituie neramificat, cu patru carboni asimetrici, grupa carbonil (CHO) fiind legat n poziie 1-5, aa cum se poate vedea n formula de constituie: Din cauza atomilor de carbon asimetrici iau natere mai muli izomeri (substane cu aceeai compoziie chimic, dar cu structur diferit ca dispoziie a atomilor), care pot aprea la rndul lor n dou forme nestabile, transformndu-se uor una n alta i denumite, n general, forma i . Aceste forme, care nu se pot reprezenta dect cu ajutorul formulelor ciclice, difer ntre ele prin poziia grupei oxidrilice de la atomul C1 care devine i el asimetric: Prima form se denumete cis, deoarece hidroxilii de la C1, C2 se gsesc de aceeai parte a catenei, spre deosebire de forma trans, n care unul este de o parte, iar cellalt n partea opus. Formulele artate sunt reprezentate ntr-o form schematic simpl, liniar, caracterizat printr-o claritate evident, atomii cu aceeai configuraie steric, avnd substituenii (grupele OH) n acelai plan.

Adevrata dispoziie a atomilor de carbon, determinat prin msurtori cu raza X, este ins spaial. Mai aproape de forma real sunt reprezentrile tridimensionale n care ciclul celor ase atomi de carbon este nchipuit perpendicular pe planul hrtiei, iar legturile situate n faa i deasupra planului inelului, sunt trasate cu linii groase:

Proprieti fizico-chimice a. Activitatea optic. Grupa carbonil, care constituie caracteristica principal a monozaharidelor, imprim combinaiilor din aceast clas diverse proprieti, dintre care cea mai important este activitatea optic, adic proprietatea pe care o au unele substane de a roti cu un anumit unghi planul luminii polarizate atunci cnd sunt strbtute de aceast lumin. Aceast proprietate se datorete faptului c n constituia glucozei ntr patru carboni asimetrici (C2, C3, C4, C5), n reprezentarea ciclic a formulei devenind asimetric i C1. Aceasta are ca efect formare de izomeri, care pot aprea, aa cum s-a artat, n dou forme nestabile i , ce se pot transforma uor una n alta. Aceti izomeri nu au fost descoperii dect datorit proprietii monozaharidelor de a roti planul luminii polarizate. n ce privete dispoziia celor patru carboni asimetrici, se presupune c acetia nu sunt aezai n plan, ci formeaz n spaiu un tetraedru, aa cum se poate vedea n figura n care sunt artate cele dou formule spaiale corespunztoare reprezentrii celor doi izomeri suplimentari ( i ) ai glucozei. Aceti izomeri care se deosebesc ntre ei prin aezarea spaial a atomilor n molecul sunt stereoizomeri.

b. Rotaia specific. Intensitatea deviaiei planului luminii polarizate se caracterizeaz prin unghiul a crui valoare depinde de mai muli factori: natura substanei, grosimea stratului strbtut de lumin, temperatura, concentraia soluiilor. Unghiurile de rotaie se msoar n mod practic cu ajutorul polarimetrelor folosind lumin monocromatic (de obicei se folosete lumina de sodiu, adic linia D din spectrul sodiului, = 5890 ). Indicele care caracterizeaz activitatea optic a unei substane se numete rotaie specific, se noteaz cu 20D i reprezint unghiul cu care este deviat planul luminii polarizate, cnd lumina trece printr-un strat de 1 dm grosime al unei soluii de 1 g substan optic activat n 1 ml soluie. Simbolul D reprezint linia din spectrul de sodiu, iar cifra 20 indic temperatura luat ca referin. O dat cu valoarea rotaiei specifice se menioneaz i sensul de rotaie a planului luminii polarizate ( + pentru dreapta i pentru stnga). c. Mutarotaia. S-a artat mai nainte, c fiecare izomer al glucozei se poate prezenta n dou forme de cristalizare i . Dac se dizolv n ap d-glucoza cristalizat i se msoar imediat rotaia specific, se gsete []20D = +109,60, care dup ctva timp scade la +52,50 meninndu-se constan la acest nivel (este forma ). Forma are imediat dup dizolvare []20D = +20,50 i ajunge dup cteva ore la acelai nivel de +52,50. Soluia de glucoz cu aceast rotaie specific de +52,50 conine ambele forme ( i ) n echilibru, nivelul procentual al celor dou componente fiind de 38 pentru i 62 pentru . Mutarotaia este deci un fenomen specific zaharurilor simple, care se datoreaza prezenei n molecul a unui anumit carbon asimetric (C1), avnd ca rezultat formarea de izomeri optici instabili, cu rotaie specific diferit. Aceast instabilitate se manifest prin trecerea dintr-o forma n alta pn la atingerea punctului de echilibru. Viteza de atingere a valorii finale depinde n mare msur de concentraia ionilor de hidrogen a soluiei i de regimul de temperatur. O cantitate redus de alcalii produce o dezvoltare rapid a fenomenului de mutarotaie.

d. Cristalizarea i formele de cristalizare. Monozaharidele sunt n general substane cristalizate, fiind uor solubile n ap din cauza grupelor hidroxil din molecul. Sunt greu solubile n alcool i insolubile n eter, cloroform i hidrocarburi. Timpul de cristalizare i forma cristalelor de glucoz sunt diferite, fiind dependente de dizolvantul folosit i de regimul de temperatur. Cristale mari se obin prin prepararea unei soluii concentrate n alcool metilic diluat, ns ntrun timp foarte ndelungat (cteva sptmni). Sub form de cristale mai mici, glucoza anhidr se obine i prin cristalizarea unei soluii apoase (concentraia 70-80%), procesul de cristalizare desfurndu-se la temperaturi de 20-40 0C n 38 zile. -d-glucoza se obine totdeauna prin cristalizare dintr-o soluie apoas, dac temperatura nu depete 50 0C. n acest fel, rezult aa numita glucoz monohidrat (C6H12O6 H2O), care cristalizeaz n sistemul monoclinic i al crei punct de topire este de circa 83 0C. Peste 50 0C, glucoza cristalizeaz din soluii apoase ca anhidrid a -d-glucozei i se prezint sub form de ace i cilindri, n sistemul ortorombic. Aceast anhidrid se obine paralel cu monohidratul din soluii alcoolice sau din soluii concentrate, la temperatura de 30-35 0C i are un punct de topire de 146 0C. La temperaturi mai mari de 115 0C, se obine forma , care cristalizeaz tot n sistemul ortorombic i se topete la 148 0C. Dac se pune -glucoza monohidrat n ap de 25 0C, are loc o solubilizare rapid pn se atinge un nivel de 30 %, dup care, fenomenul are loc cu viteze mai reduse, pn la un coninut de 51 % glucoz. Prima faz a acestui proces de solubilizare se termin prin solubilitatea limitat a -d-glucozei, pn atunci neschimbat. n faza a doua are loc o frnare temporar a acestui proces, datorit fenomenului de transformare a unei pri de -d-glucoz n form . Cnd n final gradul de saturare atinge 50 %, se stabilete un echilibru ntre cele dou forme izomere i anume, 64 % forma i 36% forma . Cristalele de -d-glucoz se dizolv foarte repede n ap pn la 25 0C i se obine o soluie cu circa 60 % glucoz.

n timpul evaporrii unei soluii care conine ambele forme izomere, se depune mai repede forma care este mai greu solubil, iar n timpul procesului de evaporare, din cauza stricrii echilibrului, forma se transform n . n acest fel, la sfritul operaiei de evaporare, se obine un produs care conine numai forma . n cazul n care se alege un alt dizolvant (acid acetic, piridin), n care forma este mai greu solubil, fenomenul de separare se desfoar n acelai fel, cu singura deosebire c, de data aceasta, se separ i se obine n final forma . n general, asupra selectivitii formrii uneia din cele dou stri, are influen i temperatura, -glucoza formndu-se la temperaturi mai reduse (30-50 0C), iar forma , la temperaturi mai mari de 100 0C, deoarece este mai greu solubil.

e. Comportarea la temperatur.S-au artat mai nainte temperaturile de topire ale cristalelor de glucoz, acestea fiind dependente de forma i sistemul cristalografic. nclzit peste punctul de topire, glucoza se coloreaz n brun deschis. n jurul temperaturii de 175 0C se transform ntr-o mas brun nchis, denumit caramel. Aproape de 200 0C, glucoza se descompune cu violen i se formeaz un amestec de substane diferite (acid formic, acid acetic, anhidrid acetic, aceton i derivate ale acestora). Reacia de descompunere are loc cu producere de metan, CO2, CO i degajarea unui ptrunztor. Reziduul din recipientul de topire const dintr-o substan carbonizat, care coloreaz apa n rou-brun. f. Comportarea fa de acizi. Fa de acizi, glucoza nu manifest n general sensibilitate deosebit. Acidul sulfuric nu atac glucoza la temperaturi normale, dect dup aciune ndelungat. Cnd glucoza se trateaz la cald cu acizi minerali concentrai, se formeaz sub aciunea hidrolitic a moleculelor de ap derivai ai furfurolului. n acest fel, d-glucoza este transformat cu uurin n acid levulic i acid formic, trecnd prin faza intermediar de hidroxi-metil-furfurol Acidul clorhidric concentrat descompune glucoza mai repede dnd un amestec de substane organice. n acelai fel reacioneaz i acidul acetic sau fosforic, dar la concetraii mai mari.

g. Comportarea fa de alcalii. Alcaliile diluate exercit asupra moleculei de glucoz o aciune de modificare a dispoziiei hidroxililor n configuraia steric, precum i fenomene de transpoziie a grupei > CO (de la C1 la C2) dnd produse epimere ntre ele. Monozaharurile care se deosebesc ntre ele numai prin configuraia atomilor de la C1 la C2 constituie forme epimere. Tratnd glucoza cu soluii diluate alcaline se formeaz un amestec de trei monozaharide epimere ntre ele, n final stabilindu-se un echilibru procentual bine determinat: d-glucoza 66,5 %, d-manoz 2,5% i d-fructoz 31%. Dac tratamentul alcalin se aplic iniial d-fructozei sau d-manozei se formeaz n final aceiai compui, dar n alte raporturi procentuale. O aciune mai ndelungat a alcaliilor poate duce, tot printr-un proces de izomerizare, la produse intermediare de tipul dienolilor cu dou legturi duble ntre C1-C2 i C3-C4. La folosirea soluiilor concentrate de alcalii, mai ales la temperaturi nalte, are loc o descompunere neunitar, cu formarea unui numr mare de compui, dintre care se poate izola metil-glioxalul, care este ns instabil i prin adiie de ap se poate transforma n acid lactic. Cu hidroxidul de sodiu sau de potasiu, soluia de glucoz se coloreaz la nclzire pn la galben-brun, depunnd rini brune. De altfel aceast comportare constituie chiar una din reaciile de recunoatere. Soluiile respective conin sarea acidului lactic (CH3CHOH-COOH) uneori n cantiti mari.

h. Reducerea. Grupa carbonil a monozaharidelor este elementul care particip aproape la toate transformrile i reaciile chimice la care este supus molecula. Procesul de reducere care se efectueaz n general cu amalgam de sodiu, de aluminiu, sau hidrogen activat catalitic, const n adiia de doi atomi de hidrogen la grupa carbonil, care n acest fel devine un produs de tipul alcoolilor hexavaleni denumit sorbitol sau sorbit Aceast reacie se desfoar n condiii bune n prezena unor catalizatori de nichel sau de paladiu, folosii i la scar industrial n procesul de hidrogenare. Sorbita se gsete i n natur n multe fructe dulci i este folosit ca materie prim pentru producerea acidului ascorbic (vitamina C). i. Oxidarea. Procesul de oxidare se poate realiza n general prin tratare cu soluii acide sau bazice. i)Oxidarea cu soluii acide se realizeaz prin tratarea blnd a glucozei cu ap de clor sau de brom n mediu acid, sau cu acid azotic. Grupa aldehidic, carbonilul, se oxideaz prin adiie de hidrogen la atomul C1 formnd astfel un acid, denumit acidul d-gluconic forma aciclic i care este greu solubil n alcaliile pmntoase. Acidul gluconic sub forma aciclic poate elimina cu uurin apa, trecnd n forme lactonice ciclice cu legtura 1, 4 sau 1, 5, care la rndul lor pot fi readuse n forma iniial prin reducere cu amalgam de sodiu. Prin tratarea cu hipoclorit a d-glucozei la un pH iniial de 11, aceasta se oxideaz, n timp de 30 h, transformndu-se n d-arabinoz, trecnd prin faze intermediare de d-gluconat. Prin tratament mai puternic, ca de exemplu cu acid azotic concentrat, nu se oxideaz numai grupa aldehidic a C1, ci mai ales grupa alcoolic primar a atomului 6 de carbon. Produsul obinut poart denumirea de acid d-zaharic. Oxidarea n soluii alcaline a glucozei este un proces deosebit de complex i nu totdeauna evident, deoarece decurge neunitar, cu ruperea moleculei i formare de acetaldehid, metil glioxal, acid formic i acid acetic, precum i ali compui.

j. Transformri ale grupei hidroxil. Grupele hidroxil din componena hexozelor sunt dotate cu nsuirile reactive de a forma esteri i eteri n combinaie cu grupe acide sau alcoolice. Esterificarea. Prin tratarea cu anhidrid acetic n prezena clorurii de zinc, a acidului sulfuric, se acetileaz toi hidroxilii din molecula de glucoz, att ceo alcoolici ct i cel glicozidic. Prin hidroliza esterilor astfel formai, se obine din nou monozaharida iniial. Hidroliza nu se realizeaz ns prin nclzire cu alcalii ca la ali esteri, ci cu soluii de amoniac n alcool sau metilat de sodiu n cloroform. Eterificarea. Prin tratarea monozaharidelor cu alcool n prezena unei cantiti de acid clorhidric uscat, se obin produi de eterificare numai la grupa hidroxil a atomului C1 (hidroxilul glicozidic), celelalte grupe OH din molecul nereacionnd la acest tratament. Aceast proprietate a fost deosebit de preioas la lucrrile executate de Hworth pentru stabilirea structurii monozaharidelor. Din reacia de condensare a unei molecule de glucoz cu grupa carbonil a unei aldehide sau cetone rezult un produs ciclic din grupa acetalilor diaceton-glucoza. k.Alte reacii. Grupa carbonil din constituia d-glucozei poate participa i la alte reacii chimice, printre care cea mai important este tratarea cu fenil-hidrazin care d natere la compui de tipul hidrazonelor, care au formule ciclice sau aciclice. Tratamentul la cald cu exces de fenil-hidrazin are ca efect formarea de osazone, care sunt substane galbene, greu solubile i frumos cristalizate. Prin hidroliza cu acizi concentrai osazonele se transform n osone care la rndul lor prin reducere cu zinc i acis acetic duc la formarea de cetoze. Cu ajutorul acestei reacii se poate realiza trecerea d-glucozei n d-fructoz.

BIBLIOGRAFIE:FABRICAREA AMIDONULUI ,GLUCOZEI SI DEXTRINEI CHIMIA ALIMENTELOR CHIMIA ORGANICA TRAIAN FLOREA

www.wikipedia.com

ELEV:BURLUC ELENA CLASA A-XI-A B

Prof. ndrumtor Lidia MnzC.N. Vasile Alecsandri Galati