węglowodany, cukrowce, sacharydy

Prezentacja na temat: "węglowodany, cukrowce, sacharydy"— Zapis prezentacji:

1 węglowodany, cukrowce, sacharydy

2 Cukry to związki węgla i wody (węglowodany)
Cn(H2O)m -C , O:H (1:2)80% suchej masy roślin (główny produkt fotosynteza),1% suchej masy zwierząt Zawierają w swojej budowie łańcuch lub pierścień węglowy i liczne grupy hydroksylowe (-OH) oraz grupę karbonylową (-CO) (ketonową –KETOZY, bądź aldehydową- ALDOZY) lub półacetalową: W węglowodanach złożonych występują wiązania glikozydowe. Wiązanie glikozydowe w cukrach tworzone jest pomiędzy karbonylowym atomem węgla i grupą hydroksylową drugiej cząsteczki cukru.(dwucukry- wielocukry) (1-4 węgiel) Dzięki występowaniu grupy aldehydowej lub mostka półacetalowego jest możliwe utlenianie prostszych węglowodanów do kwasów karboksylowych

3 Dzięki występowaniu grupy aldehydowej czy mostka półacetalowego możliwe jest utlenianie prostych węglowodanów do kwasów karboksylowych (reakcja -monocukry (glukoza, galaktoza-aldozy, fruktoza-ketoza)-mają właściwości redukujące i dają pozytywny wynik w próbie Trommera, Tollensa,Fehlinga (dwuskładnikowe),Benedicta, Hayensa -dwucukry (laktoza, sacharoza), reakcje hydrolizy i nastepnie próba trommera -wielocukry (skrobia , glikogen, celuloza, chityna, kwas hialuronowy, heparyna) wykrywanie płyn Lugola, jodyna

4 Cukry można podzielić ze względu na:
a) Liczbę atomów węgla w cząsteczce - cukry proste (monosacharydy, monozy: triozy (aldehyd glicerynowy), tetrozy. pentozy, heksozy, heptozy, itd.) cukry złożone (wielocukry, poliozy: disacharydy, oligosacharydy, polisacharydy). b) Wielkość cząsteczek - monosacharydy(cukry proste, jednocukry), sązwiązkami nie ulegającymi hydrolizie do postaci prostszych; ogólny wzór tej grupy to CnH2nOn - disacharydy(dwucukry), zbudowane z dwóch cząstek cukrów prostych np. sacharoza, maltoza, celobioza, laktoza i trehaloza; ogólny wzór tej grupy to CnH2n-2On-1- -oligosacharydy hydrolizujące do 2-10 monosacharydów, np.rafinoza (trójcukier, hydrolizuje do glukozy, fruktozy i galaktozy), stachioza (czterocukier),werbaksoza (pięciocukier) -polisacharydy(wielocukry), zawierają więcej niż 10 monosacharydów; ich wzór ogólny to (C6H10O5)x, np. skrobia, celuloza, glikogen, inulina, galaktan, dekstran, pektyna c) Obecność grup funkcyjnych - polihydroksyaldehydy (aldozy) - polihydroksyketony (ketozy).

5 Właściwości fizyczne monosacharydów
- bezbarwne, bezwonne, o słodkim smaku (dzięki obecności grup –OH), rozpuszczalne w wodzie, nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych, skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego, wodny odczyn jest obojętny. Właściwości chemiczne monosacharydów: - redukcja Redukcja aldoz i ketoz prowadzi do wytworzenia alkoholi wielowodorotlenowych. - utlenianie Glukoza w reakcji z wodą bromową utlenia się do kwasu glukonowego, a fruktoza reakcji nie ulega, gdyż nie posiada grupy aldehydowej. Jest to reakcja służąca do odróżniania aldoz od ketoz w wyniku której grupa aldehydowa utlenia się do grupy karboksylowej tworząc kwasy -onowe. Kwas azotowy(V) jest silniejszym środkiem utleniającym od wody bromowej. W wyniku utleniania aldoz powstaje kwas cukrowy (dwie grupy karboksylowe). Dzięki biologicznemu utlenianiu aldoz otrzymuje się kwasy -uronowe. - reakcja estryfikacji Ze względu na obecność grup –OH, cukry ulegają estryfikacji. Glukoza z bezwodnikiem kwasu octowego (silniejszy czynnik acylujący niż kwas octowy) tworzy pentaoctan glukozy. Obecność grup –OH potwierdza także reakcja, prowadzona w temperaturze pokojowej z Cu(OH)2, w wyniku której powstaje kompleks o barwie fiołkowoniebieskiej (podobnie, jak w reakcji gliceryny z Cu(OH)2).

6 - reakcja z zasadami Cukry w stężonych roztworach zasad ulegają karmelizacji, tworzą się sole oraz produkty barwne. W rozcieńczonych roztworach zasad cukry ulegają epimeryzacji. Epimerem glukozy jest fruktoza i mannoza. - reakcja z kwasami Cukry pod wpływem kwasów mineralnych np. H2SO4, HCl, ulegają częściowej dehydratacji tworząc związki cykliczne. Heksozy dają w wyniku tej reakcji 5-hydroksymetylofurfural, a pentozy furfural. Otrzymywane substancje wykazują zdolność do kondensacji z niektórymi fenolami. Reakcje te wykorzystywane są do identyfikacji niektórych cukrów. - własności redukujące cukrów Wszystkie cukry proste redukują wodorotlenki metali (próba Trommera, próba z odczynnikiem Fehlinga) lub tlenki metali (próba Tollensa). Fruktoza, mimo Ŝe nie zawiera grupy aldehydowej daje pozytywny wynik reakcji Tollensa, Trommera i Fehlinga, ponieważ w środowisku zasadowym ulega epimeryzacji - reakcja fermentacji

7 Monosacharydy Cukry proste ze względu na ilość atomów węgla w pojedynczej cząsteczce dzielimy na: triozy o 3 atomach węgla, np. aldehyd glicerynowy, dihydroksyaceton tetrozy o 4 atomach węgla, np. treoza pentozy o 5 atomach węgla, np. ryboza, rybuloza, deoksyryboza heksozy o 6 atomach węgla, np. glukoza, galaktoza i fruktoza heptozy o 7 atomach węgla, np. sedoheptuloza Większość biologicznie ważnych monosacharydów ma 5 lub 6 atomów węgla, choć w fizjologii komórek (fotosynteza, cykl Krebsa) znaczenie mają też monosacharydy 3- i 4-węglowe Monosacharydy można także podzielić na: aldozy, w których występuje grupa aldehydowa (-CHO), np. deoksyryboza, ryboza, glukoza, galaktoza ketozy, w których występuje grupa ketonowa (=C=O), np. rybuloza, fruktoza Wszystkie monosacharydy posiadają właściwości redukcyjne, czyli dają pozytywny wynik prób zarówno Tollensa, jak i Trommera. Prawie wszystkie monosacharydy są optycznie czynne. Np.: stereoizomery glukozy

8 Czyli cukry mają właściwość skręcania kąta światła spolaryzowanego
Czyli cukry mają właściwość skręcania kąta światła spolaryzowanego. Na podstawie tej właściwości wyróżnia się izomery + (skręcają światło zgodnie z ruchem wskazówek zegara – w prawo) i izomery – (skręcają światło spolaryzowane w lewo), mogą występować wszystkie kombinacje tych izomeryzacji (L+, L-, D+, D-). Glukoza głównie występuje w postaci pierścienia, w którym występuje wiązanie półacetalowe. Właściwości redukujące posiada forma łańcuchowa z wolna grupa aldehydową.

9 Właściwości: -Są chemicznie obojętne Dobrze rozpuszczalne w wodzie Mają aktywność osmotyczną (podwyższają stężenie roztworu) roztworach wodnych mogą tworzyć struktury pierścieniowe (powstaje mostek tlenowy między grupą aldehydową /ketonową C4-pentozy, C5 heksozy a hydroksylową C1)

10 OLIGOSACHARYDY: 2-5 cząsteczek cukru połączonych wiązaniem O- glikozydowym- MOSTKIEM TLENOWYM
Najpopularniejsze DISACHARYDY (DWUCUKRY) Popularne disacharydy to: Sacharoza – glukoza + fruktoza Maltoza – glukoza + glukoza Laktoza – glukoza + galaktoza Procesem odwrotnym do powstawania wiązania glikozydowego jest hydroliza dwucukru do dwóch monosacharydów. OLIGOSACHARYDY :Łańcuchy polimerowe mogą się rozgałęziać. Przykładem oligosacharydów są dekstryny oraz cukry receptorowe na powierzchni komórek stanowiące o ich przynależności osobniczej (lącza się wówczas z białkami lub tłuszczami).

11 Wszystkie disacharydy ulegają łatwo kwasowej hydrolizie do monosacharydów. W przyrodzie reakcja ta jest katalizowana przez enzymy – glikozydazy. Częśc dwucukrów, które maja wolna grupę aldehydowa to cukry redukujące. SACHAROZA JEST PRZYKŁADEM DWUCUKRU NIEREDUKUJĄCEGO.

12 POLISACHARYDY Wielocukry są grupą bardzo dużych polimerów. Składają się z bardzo wielu monosacharydów połączonych wiązaniem O-glikozydowym (dany polimer składa się z głównie, ale nie wyłącznie takich samych monomerów – inaczej niż w przypadku białek) połączonych wiązaniami glikozydowymi. Polimery mogą się rozdzielać. -Nadają bardzo dużą wytrzymałość (niekiedy twardość) tkankom lub samodzielnie stanowią warstwy ochronne lub strukturalne komórkom i tkankom. Np.: chityna, celuloza -mogą stanowić tez materiał zapasowy (nie ropuszczają się w wodniczce rośliny, czy w komórce zwierzęcej)np.: skrobia, glikogen -lość podjednostek polisacharydów jest tak duża, że łatwiej jest szacować ich ilość po wadze. Skrobia: (C6H10O5)n gdzie n= ; występuje w roślinach głównie jako magazyn energii; występuje w dwóch formach (jako mieszanka obu): amyloza – nie rozgałęzione nici złożone z α-D-glukoz połączonych wiązaniem α-1,4-glikozydowym, stanowi około jedną piątą część skrobi amylopektyna – rozgałęziona forma, stanowi większą część skrobi bo 4/5, łańcuchy polimeru rozgałęziają się wiązaniami α-1,6-glikozydowymi, trudniej od amylozy rozpuszczalne w wodzie

13 Glikogen: jest to zwierzęcy odpowiednik skrobi, polimer α-D-glukanu o wiązaniach α-1,4-glikozydowych z częstymi rozgałęzieniami wiązań α-1,6-glikozydowych; bardzo dużo rozgałęzień, stosunkowo łatwo rozpuszczalny w wodzie. ok reszt D-glukozy. W organizmach zwierzęcych jest gromadzony w wątrobie, w mniejszym stężeniu występuje też w tkance mięśni poprzecznie prążkowanych. Celuloza: (C6H10O5)n gdzie n= ( )cząsteczek cukier roślinny, bardzo podobna do skrobi jednak podjednostkami są cząsteczki β-glukozy, więc występują wiązania β-1,4-glikozydowe (nie rozgałęziają się), prawie połowa węgla organicznego roślin tworzy celulozę (główny składnik ścian komórkowych); nie rozpuszczalna, bardzo trudno trawiona tylko przez niektóre bakterie.

14 chityna Wymiana części atomów tlenu na atomy azotu w strukturze chityny w stosunku do struktury celulozy powoduje, że w chitynie występują dużo silniejsze międzycząsteczkowe wiązania wodorowe, co skutkuje większą wytrzymałością mechaniczną chityny w stosunku do celulozy. Pektyny są polisacharydami występującymi u roślin w ścianie komórkowej oraz tworzącymi strukturę blaszki środkowej, czyli lepiszcza międzykomórkowego. Roztwory pektyn łatwo tworzą żele. Zjawisko to wykorzystywane jest podczas przygotowywania galaretek owocowych. W polimerach tych powtarzającym się elementem jest 6-metyloester kwasu D-galakturonowego, którego cząsteczki połączone są wiązaniem a-1,4-glikozydowym. WzdłuŜ łańcucha tego polisacharydu nie kaŜda cząsteczka kwasu galakturonowego jest metylowana.

15 Panel doświadczalny Materiały: -miód -wzorzec glukozy (czysta glukoza) -sacharoza -sok jabłkowy (wyciśnięty z jabłka i nieznacznie rozcieńczony wodą -plastry ziemniaka -ugotowany ryż -kromka chleba -wacik celulozowy -serek (twarożek- sprawdzamy czy nie został doprawiony skrobią ziemniaczaną) Odczynniki: -płyn Lugola (jodyna) -odczynniki Fehlinga A i B -woda destylowana -wodny roztwór (5%) CuSO4 -30% roztwór wodny NaOH -stężony H2SO4 Gorąca woda, palnik Film:Węglowodany. Właściwości i wykrywanie glukozy, sacharozy, skrobii, celulozy, carbohydrates

16 Sposoby Wykrywania cukrów prostych (glukozy, fruktozy)
Stosujemy gotowe odczynniki np.: jednoskładnikowy Hayensa, lub Benedicta NIE MAMY ODCZYNNIKA HAYENSA ANI BENEDICTA Odczynnik Hayensa: który w produktach zawierających glukozę, po podgrzaniu próbki z odczynnikiem, zabarwia się na ceglasty kolor; Płyn Haynesa (granatowo – niebieskie zabarwienie). Zmiana barwy następuje na skutek obecności w roztworze cukru prostego – glukozy, która redukuje zawartą w płynie Haynesa miedź (w siarczanie miedzi II) z dwuwartościowej ( barwa niebieska) do jednowartościowej (tlenek miedzi I), co poznaje się po zmianie zabarwienia (barwa ceglasto-pomarańczowa ). W probówkach zawierających jabłko i cebulę nastąpiła zmiana barwy, natomiast w probówce z ziemniakiem nie nastąpiła zmiana barwy, co świadczy o braku glukozy w ziemniaku (jest tam skrobia)

17 Próba z odczynnikiem Fehlinga (wykrywanie cukrów redukujących gotowym odczynnikiem)
WYKONUJEMY W KLASIE Dodajemy roztwór Fehlinga A (CuSO4 w H2SO4) wodny roztwór siarczanu miedzi(II) z rozcieńczonym kwasem siarkowym oraz roztwór Fehlinga B (NaKC4H4O6•4H2O w NaOH) wodny roztwór wodorotleneku sodu oraz winianu sodowo-potasowego. Stosowany jest m.in. jako stabilizator kationów miedziowych(Cu2+) w reakcjach na wykrywanie obecności aldehydowych grup redukujących, np. przy próbach na wykrywanie właściwości redukujących aldoz – Fehlinga czy Nylandera. 1:1 Hipoteza – jabłko zawiera cukry proste (glukoza i fruktoza) Notatki – wodny roztwór z soku z jabłka łączymy z 2ml odczynnika Fehlinga (po zmieszaniu A i B 1:1); otrzymaną mieszaninę zagotowujemy. W przypadku obecności aldehydów wytrąca się ceglastoczerwony osad tlenku miedzi(I) Wniosek: wytrącenie się czerwonego osadu oznacza obecność cukrów prostych w jabłku. Odczynnik Fehlinga wykrywa m.in. cukry proste. Jest to zasadowy roztwór siarczanu miedzi(II) - niebieski, z którego pod wpływem związków redukujących wypada czerwony osad tlenku miedzi(I) (konieczne jest ogrzanie badanej próbki) Kolor zmienia się stopniowo, przechodzi przez kolor zielony, potem żółty i pomarańczowy – bardzo ładne zjawisko. Próba Fehlinga to reakcja redoks. Aldehydy ulegają utlenieniu do kwasów karboksylowych, miedź z stopnia utlenienia II redukuje się do I: 2Cu2+ (roztw. Fehlinga) + R-CHO + NaOH + H2O → Cu2O↓ + R-COONa + 4H+ Wytrącający się tlenek miedzi(I) Cu2O jest produktem szybkiej reakcji powstających jonów Cu+ z jonami hydroksylowymi: 2Cu+ + 2OH− → Cu2O + H2O

18 KNaC4H4O6·4H2O- winian sodowo potasowy
Winian sodowo-potasowy – organiczny związek chemiczny, tzw. sól Seignette'a lub sól z Rochelle. Jest pochodną kwasu winowego. Wikipedia Wzór: KNaC4H4O6·4H2O Masa molowa: 282,1 g/mol Temperatura topnienia: 75 °C Temperatura wrzenia: 220 °C

19 Wykonanie: Do probówek dodano roztwór glukozy, sacharozy, miodu, przesączu z ugniecionego jabłka oraz wody destylowanej Co jest kontrolą? Nastepnie dodano odczynniki Fehlinga A i B w stosunku 1:1 np.:2 ml A i 2 ml B Probówki podgrzano nad palnikiem. Gdzie są cukry redukujące? Odp: w probówce z glukozą, jabłkiem (glukoza, fruktoza), miodem (glukoza) powstaje ceglasty osad Glukoza – α-D- glukopiranoza posiada w formie liniowej grupę aldehydowa zdolna do redukcji w próbie Trommera

20 2. Próba Tromera 1.strącamy świeży wodorotlenek miedzi Cu(OH)2 przy użyciu CuSO4 i NaOH CuSO4 + 2NaOH →→→-> Na2SO4 +Cu(OH)2 a następnie dodajemy do próbki z badanymi substancjami. Dodajemy NaOH jeszcze raz wstrząsając aż do rozpuszczenia „gluta”. Podgrzewamy. Tam gdzie są cukry redukujące powinien wytracić się ceglasty osad Wykonanie 1-2% wodny roztwór CuSO4 (morski odcień) połączono z 30% NaOH-wytrącił się „glut” Cu(OH)2, zmiana barwy na niebieską Dodano glukozę, sacharozę (jeśli trzeba dodać jeszcze NaOH az do rozpuszczenia osadu) i podgrzano Gdzie są cukry proste? obserwacja - Niebieski osad zmienia barwę na czerwoną (ew.pomarańczową) wniosek - miedź (II) zredukowała się do (I) w reakcji z glukozą, wykazującą właściwości redukujące 2Cu(OH)2 + C6H12O6 → Cu2O + C6H12O7 (kwas glukonowy) + 2 H2O Jest to reakcja redoks. Aldehydy ulegają utlenieniu do kwasów karboksylowych, miedź z +II stopnia utlenienia redukuje się do +I. Ketony dają negatywne wyniki próby.

21 Glukoza posiada 2 grupy hydroksylowe (-OH) po tej samej stronie, więc powinna (jak gliceryna) tworzyc rozpuszczalny szafirowy kompleks CuOH2,(uzyskamy go własnie po dodaniu NaOH) W próbie kontrolnej CuOH2 nie rozpuszcza się w nadmiarze NaOH (nadal pozostaje morski odcień straconego tlenku) Podgrzanie: Podczas reakcji CuOH2 z grupa aldehydową glukozy glukoza utlenia się do kwasu glukonowego a miedx redukuje się do tlenku miedzi I Cu2O Próba kontrolna „zczerniała” z powodu rozkładu pod wpływem temperatury nietrwałego CuOH2 do czarnego tlenku miedzi II CuO

22 Wykrywanie sacharozy (dwucukry):Sacharoza, C12H22O11 – organiczny związek chemiczny z grupy węglowodanów będący zasadniczym składnikiem cukru trzcinowego i cukru buraczanego. CUKIER NIEREDUKUJACY (brak wolnej grupy aldehydowej) Ulega hydrolizie w środowisku kwaśnym do cukrów redukujących :glukozy i fruktozy, które następnie można wykryć w reakcjach dla monocukrów. Doświadczenie: 3 probówki : 1-woda, 2,3-roztwór sacharozy-próbka 2 kontrola nie podlegająca hydrolizie. Do probówki 1i3 dodajemy kilka ml H2SO4 stężony. Wszystkie próbki umieszczamy w gorącej wodzie. Zachodzi reakcja hydrolizy ( w probówce 1 i3) sacharozy do fruktozy i glukozy. Obecność cukrów prostych sprawdzamy dodając do wszystkich próbek strącony Cu(OH)2 po uprzednim zalkalizowaniu środowiska NaOH (bo wcześniej dodano do 2 probówek silny kwas)-REAKCJA TROMMERA Tam gdzie są cukry redukujące pojawi się po ponownym ogrzaniu ceglasty osad

23 Wielocukry: długołańcuchowe związki:
-liniowe np.: celuloza -rozgałęzione np.: skrobia Sposoby wykrywania skrobii: Płyn Lugola lub Jodyna próba z płynem Lugola Hipoteza – jeden z produktów A i B zawiera skrobię; Notatki – produkt A umieszczamy w probówce I, a produkt B w probówce II; do obydwu probówek wkraplamy po 1-2 krople płynu Lugola; w tym przypadku produkt A barwi się na fioletowo a produkt B na brązowo Wniosek – w probówce I umieszczony został produkt zawierający skrobię Płyn Lugola to uniwersalny wykrywacz skrobi kukurydzianej, ziemniaczanej i sojowej. Wykrywanie w produktach skrobi jest ważne u osób chorych dla celiakię, którzy nie mogą spożywać mąki pszennej, w której zawarta jest skrobia. Płyn Lugola zawiera jod, który barwi skrobię na kolor fioletowy. Sam płyn ma zabarwienie rubinowo-czerwone. Białka barwią się pod wpływem płynu Lugola na brązowo. Tak więc tylko fioletowe zabarwienia próbki badanego produktu (wędliny, ketchupy, desery mleczne) świadczy o obecności w nim mąki. Wykonaj również preparat mikroskopowy z plasterka ziemniaka zakroplonego Lugola (widać ziarna skrobii)

24 PRÓBA LUGOLA – wykrywanie wielocukrów.
Zasada metody Wielocukry, w odróżnieniu od oligo- i monosacharydów tworzą z jodem barwne kompleksy. Glikogen tworzy kompleks czerwonobrunatny, skrobia barwę na granatowoczarną a przy niewielkich stężeniach na niebieskofioletową, a oligosacharydy zawierające mniej niŜ 6 cząsteczek glukozy nie dają barwnych reakcji z jodem. Dodatkowo preparat mikroskopowy zabarwionej skrobii