HIDRAŢII DE CARBON SAU ZAHARIDELE

    Hidraţii de carbon (glucide sau zaharidele) sunt compuşi organici, molecula cărora constă  din  trei elemente - carbon, oxigen şi  hidrogen, iar raportul dintre numărul  de  atomi  de hidrogen şi oxigen este de 2:1 ca şi în apă. Formula lor generală este Cn(H2O)m.

                  I. CLASIFICARE. NOMENCLATURĂ. IZOMERIE

    Numirea  "hidraţii  de  carbon"  nu  este  cam  corectă.  Se cunosc aşa combinaţii,  ca  de  ex., acidul acetic C2H4O2, aldehida formică CH2O, care conţin  hidrogen  şi  oxigen  în acelaşi raport, dat nu pot fi incadrate în clasa  hidraţilor  de  carbon.  Numirea de glucide le-a fost dată, deoarece reprezentanţii  lor  cei mai cunoscuţi - glucoza, fructoza ş.a.m.d. au gust dulce.  Nici această denumire nu este corectă, deoarece multe substanţe din această  clasă  nu au gust dulce. Cea mai generală denumire a acestei clase de compuşi este de zaharide:

    Clasificarea  zaharidelor  este  elucidată  prin intermediul următoarei scheme:

            ┌──── Glucide: (glicos=dulce) ───┐       3 clase de compuşi

            │                                                            │

            ↓                                                        ↓

    1) monozaharide (oze)           ┌────ozide────┐

             │                                   │                          │

         dioze (C2)          2)oligozaharide   3)polizaharide

         trioze (C3)                     │                    │

         tetroze (C4)             diglucide      homopoliglucide

         pentoze (C5)            triglucide     heteropoliglucide

         hexoze (C6)             tetraglucide

         heptoze (C7)

         octoze (C8)

         nonoze (C9)

    Monozaharidele  sunt compuşi cu funcţiune mixtă, ce conţin în moleculă o grupă  carbonil şi mai multe grupe hidroxil. Unele monozaharide sunt hidroaldehide, iar altele sunt hidroxi-cetone sau cetoze.

    Dizaharidele  i-au  naştere  din  două molecule de monozaharide, care se unesc  prin  eliminarea unei molecule de apă. Polizaharidele provin, în mod asemănător, din mai multe molecule de monozaharide.

                      M o n o z a h a r i d e l e

     Cel  mai  răspîndit  reprezentant  al  hexozelor, este glucoza, care reprezintă o aldehidă-alcool cu următoarea structură:

                              

   Un alt reprezentant al hexozelor este fructoza, care este o cetonă-alcool:

                       II.  METODE DE PREPARARE

    Pe  scară industrială, glucoza, se obţine prin hidroliza amidonului (în prezenţa acizilor) şi prin hidroliza lemnului (celulozei).

    În natură glucoza se obţine în urma reacţiei de fotosinteză:

                      6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 - Q

    Pentru prima dată în laborator o zaharidă a fost obţinută de savantul rus A.M.Butlerov în 1861 din aldehidă formică în prezenţa Ca(OH)2:

                     III. PROPRIETĂŢILE CHIMICE

    Proprietăţile  chimice ale glucozei (cele mai importante) pot fi explicate de structura ei ca aldehidă-alcool.

    Ca  şi  aldehidele ea se reduce cu hidrogen în prezenţa catalizatorului de nichel în alcool formîndu-se un compus cu şase grupe hidroxilice - sorbitolul:

                                                                 Ni

      CH2OH-(CHOH)4-CH=O    +  H2    CH2OH-(CHOH)4-CH2OH.

    Glucoza  se oxidează la o încălzire slabă cu soluţie amoniacală de Ag2O (reacţia "oglinzii de argint"):

                                     

     CH2OH-(CHOH)4-CH=O     +  Ag2O CH2OH-(CHOH)4-COOH + 2Ag

                                                                                    acid gluconic

    Glucoza se mai oxidează prin fierbere cu hidroxid de cupru (II):

CH2OH-(CHOH)4-CH=O + 2Cu(OH)2 CH2OH-(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O

                                                                                                                   roşu

    În  cazul  cînd  glucoza interacţionează cu Cu(OH)2 în mediu alcanic la temperatura  camerei,  se  formează zaharat de cupru - substanţă de culoare albastră (reacţie de identificare a glucozei în urină):

    Fiind polialcool, glucoza interacţionează cu soluţia de Ca(OH)2 formînd

zaharat de calciu:

    Sub  acţiunea  catalizatorilor  biologici, fermenţii, glucoza se supune fermentării alcoolice:

                               C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

    În  dependenţă  de  fermentul  folosit  se  poate obţine acidul acetic, acidul butiric, acidul lactic, alcoolul izopropilic ş.a.

                            C6H12O6     2CH3-CHOH-COOH

                                                             acid lactic

    În ţesuturi la oxidarea glucozei se eliberează energia, necesară pentru

activitatea vitală a organismelor:

                          C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

    Pentru  glucoză  s-a  observat fenomenul de existenţă sub formă de două structuri:  aldehidică şi cicliciă. Acest fenomen de existenţă a substanţei sub cîteva forme se numeşte tautomerie. Aceasta poate fi redat astfel:

   

Tautomeria este o formă a izomeriei.

   

             Fructoza.

    Fructoza este un izomer al glucozei cu următoarea formulă de structură:

Ca şi glucoza formează zaharaţi şi esteri. Într-o măsură mai mică se supune oxidării

     

Riboza şi dezoxiriboza.

   Riboza şi dezoxiriboza sunt pentoze (au 5 atomi de carbon):

     Ambele zaharide prezintă un interes prin faptul că intră în componenţa acizilor nucleici.

     Din punct de vedere chimic riboza şi dezoxiriboza reprezintă polialcooli-aldehide, astfel ele pot participa în aceleaşi reacţii ca şi glucoza: reacţia oglinzii de argint, reacţia de reducere, reacţia cu hidroxizii de cupru sau de calciu.

                    D i z a h a r i d e l e

    Dizaharidele reprezintă combinaţii eterice a două molecule de monozaharide.

    Astfel, prin unirea eterică în poziţia 1,4 a două molecule (forma ciclică glucoză se obţine MALTOZA - un dizaharid cristalin, bine solubil în apă, cu gust dulce:

   Maltoza se formează la hidroliza fermentativă a amidonului şi se foloseşte la fabricarea berei, alcoolului etilic. În organizmele vii maltoza uşor se asimilează.

         Din reacţiile chimice caracteristice sunt:

   1) reacţia de hidroliză, care decurge uşor în mediu acid sau bazic:

                                                          H

         C6H10O5-O-C6H10O5 + H2O       2C6H12O6

                   maltoza                                  glucoza

 

   2) reacţia oglinzii de argint deoarece în molecula maltozei există o grupă liberă aldehidică:

    Un alt dizaharid este LACTOZA, care se conţine în lapte şi reprezintă un eter format dintr-o moleculă de galactoză unită în poziţia C4 cu o moleculă de glucoză:

    Lactoza este uşor asimilată de organizmele vii. Pentru ea sunt caracteristice aceleaşi reacţii ca şi pentru maltoză.

    ZAHAROZA - un alt reprezentant al dizaharidelor, se află în cantităţi considerabile în sfecla de zăhar, în trestia de zăhar, în cantităţi mai mici - în multe plante.

    Molecula de zaharoză este formată dintr-un rest de glucoză ciclică, unită printr-o legătură eterică cu o un rest de fructoză ciclică:

   La încălzire în prezenţa acizilor zaharoza hidrolizează, formînd un amestec de glucoză şi fructoză, cunoscut sub denumirea de miere artificială

      Spre deosebire de maltoză şi lactoză zaharoza nu participă la reacţia oglinzii de argint, deoarece grupa aldehidică a glucozei după ciclizare nu mai există în zaharidă.

                 P o l i z a h a r i d e l e

   Polizaharidele sunt polimeri naturali, care se formează la policondensarea monozaharidelor.

   Polizaharidele sunt descrise în capitolul "Compuşii macromoleculari" tema "Compuşii naturali"