Download - Carbohidratos I
Introducción• Carbohidrato significa hidrato de carbono.• Este nombre se derivó de las investigaciones de
los primeros químicos, quienes observaron que al calentar azúcares por un período prologado de tiempo, en un tubo de ensayo abierto, obtenían un residuo negro, carbón y gotas de agua condensadas en las paredes del tubo.
• Además, el análisis químico de los azúcares y otros carbohidratos indicaron que contenían únicamente carbono, hidrógeno y oxígeno y muchos de ellos tenían la fórmula general Cx(H2O)y.
Clasificación por el grupo funcional
• Actualmente, el nombre de carbohidratos se utiliza para designar una clase de compuestos que son aldehídos o cetonas polihidroxiladas, o sustancias que producen estos compuestos por hidrólisis (reacción con agua).
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
C
CH2OH
O
H
D-Glucosa
CH2OH
C O
C
C
C
CH2OH
HHO
OHH
OHH
D-Fructosa
C
CH OH
CH2OH
OH
D-Gliceraldehido
CH2OH
C O
CH2OH
Glicerona(Dihidroxiacetona)
Polihidroxialdehidos Polihidroxicetonas
Clasificación por su hidrólisis ácidaMonosacáridos: (ejemplo, la glucosa), o azúcares
simples, no pueden ser fragmentados en moléculas más pequeñas por hidrólisis.
Disacáridos: (ejemplo, la sacarosa), producen dos moléculas de monosacárido por hidrólisis.
CHO
C
C
OHH
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Glucosa
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
O
CH2OH
OH
HOH
HH
CH2OH
Sacarosa
Clasificación por su hidrólisis ácidaOligosacáridos: producen de tres a diez unidades de
monosacáridos Polisacáridos: (ejemplo, la amilosa o la celulosa que
por ser tan grandes, solo se muestra un segmento de su estructura), forman muchas (más de diez) moléculas de monosacáridos por hidrólisis
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OH
n
Amilosa
Terminología de monosacáridos
Es frecuente referirse a los carbohidratos como sacáridos, de la palabra griega que significa algo dulce. Este término es un nombre inapropiado, pues muchos sacáridos, si no es que la mayor parte, no son dulces. Sin embargo, esta terminología nos permite hablar de manera conveniente acerca de unidades individuales de carbohidratos, los monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.
Nombres de monosacáridos
Los nombres generales de los monosacáridos se obtienen en forma análoga a la nomenclatura de compuestos orgánicos por el sistema IUPAC. El número de átomos de carbono de la molécula se denota mediante el prefijo adecuado; el sufijo osa es la designación genérica para todos los azúcares. Por ejemplo, los términos triosa, tetrosa, pentosa y hexosa indican que se trata de monosacáridos de 3, 4, 5, y 6 átomos de carbono, respectivamente.
• Además, aquellos monosacáridos que contienen un grupo aldehído reciben el nombre de aldosas; los que poseen un grupo cetónico se llaman cetosas.
• Combinando estos términos, se expresan fácilmente tanto el tipo de grupo carbonilo como el número de átomos de carbono de la molécula. Así, los monosacáridos suelen denominarse, aldopentosas, cetopentosas, cetohexosas. aldotetrosas.
Propiedades FísicasMono y disacáridos:• Casi todos los mono y disacáridos son sólidos
cristalinos e incoloros. • Aunque todos los monosacáridos son de sabor dulce,
algunos son más dulces que otros. La palabra azúcar nos hace pensar en su sabor dulce, siendo éste su significado, si bien es cierto que todos los azúcares son dulces, éstos difieren en el grado de dulzura que se puede percibir al probarlos.
• La fructosa se conoce como azúcar para diabéticos. Se utiliza en la elaboración de postres y productos para diabéticos. Es 1.7 veces más dulce que la sacarosa.
• Como pueden formarse puentes de hidrógeno entre sus grupos -OH polares y el agua. Todos los monosacáridos son muy solubles en agua. Son poco solubles en alcohol, y son insolubles en disolventes no polares como el éter dietílico.
• Los polisacáridos• Frecuentemente son compuestos amorfos,
insolubles e insípidos, con masas molares sumamente grandes.
• Son los carbohidratos más abundantes en los seres vivos
Enantiómeros
Ojo: Existen moléculas quirales que no tienen estereocentro: Alenos, Bifenilos,…
En 1848 Pasteur encontró dos formas de ácido tartárico idénticas en todas sus propiedades físicas y químicas salvo en la rotación del plano de la luz polarizada. Aunque en la misma cuantía, una variedad era
dextrógira y otra levógira
Sus moléculas son quirales, pueden existir en dos formas no superponibles que son imágenes especulares
No hay plano de simetría porque (por ejemplo) existe un carbono que tiene cuatro sustituyentes diferentes (carbono asimétrico, estereocentro, …)
¿Por qué algunas sustancias desvian el plano de polarización de la luz?
Los estereoisómeros que se relacionan entre sí como objeto
e imagen especular se denominan enantiómeros
QUIRALES AQUEL QUE NO ES SUPERPONIBLE CON SU IMAGEN EN
EL ESPEJO
Moléculas No Quirales
Superponibles
Moléculas Quirales
Imágenes especulares
No Superponibles
Plano de simetría No hay ningún planode simetría
Ejemplos
2-butanol
Ácido 2-hidroxipropanoico
(ácido láctico)
Ácido 2-aminopropanoico
(alanina)
Una sustancia ópticamente activa es la que desvía el plano de la luz polarizada
El polarímetro mide la rotación específica de la muestra
l longitud celda
c concentración muestra
D longitud onda luz sodio
Sustancia dextrógira: Sustancia levógira:
Ácido (+) Láctico
Extraído del tejido muscular
(-)2-metil-1-butanol
Giro en el sentido de las agujas del reloj Giro en sentido contrario de las agujas del reloj
Las moléculas que contienen un estereocentro son siempre quirales
Los enantiómeros tienen las mismas propiedades químicas y físicas, a excepción de su respuesta ante la luz polarizada (actividad óptica). Por ello se les denomina isómeros ópticos.
Las moléculas aquirales son ópticamente inactivas.
La mezcla 1:1 de los enantiómeros (+) y (-) de una molécula quiral se denomina mezcla racémica o racemato y no desvía la luz polarizada
Ojo: Existen moléculas sin estereocentro que son quirales y moléculas con más de un estereocentro que no son quirales
Ejemplos:
Moléculas quirales sin estereocentro
Alenos
Bifenilos
Binaftilos
DIASTEROISOMEROS
SON ESTEREOISOMEROS NO ENANTIOMEROS
Uno no es la imagen en el espejo del otro
Se dice que 2 moléculas serían diastereoisómeros, si solo, un centro quiral difiriera entre los dos estereoisómeros.
Aldotriosas y cetotriosas
Aldotriosas
CHO
CH OH
CH2OH
CH2OH
C O
CH2OH
D-Gliceraldehido Glicerona(Dihidroxiacetona)
Cetotriosa
C
CHO
CH2OH
HO H
L-Gliceraldehido
C
CHO
CH2OH
H OH
D-Gliceraldehido
Configuración absoluta en el D-gliceraldehído
L-gliceraldehído D-gliceraldehído
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Configuración y proyección de Fischer
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CHO
CH2OH
D-Glucosa
1
2
3
4
5
6C
CHO
CH2OH
H OH
D-Gliceraldehido
Los carbonos 2, 4 y 5 de la glucosa tienen la misma configuración que el D-Gliceraldehido
El carbono 3 tiene la configuracióndel L-gliceraldehido
C
CHO
CH2OH
HO H
L-Gliceraldehido
CHO
C
C
CH2OH
OHH
OHH
CHO
C
C
CH2OH
HHO
OHH
D-Eritrosa D-Treosa
CH2OH
C O
C OHH
CH2OH
D-Eritrulosa
Aldotetrosas Cetotetrosas
CHO
C
C
OHH
OHH
C
CH2OH
OHH
CHO
C
C
HHO
OHH
C
CH2OH
OHH
CHO
C
C
OHH
HHO
C
CH2OH
OHH
CHO
C
C
HHO
HHO
C
CH2OH
OHH
D-Ribosa D-Arabinosa D-Xilosa D-Lixosa
Aldopentosas
CHO
C
C
HHO
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Manosa
CHO
C
C
OHH
HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
D-Galactosa
CHO
C
C
OHH
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Glucosa
Epímeros: difieren en un solo carbono asimétrico:- D-Manosa es el 2-epímero de la D-Glucosa- D-Galactosa es el 4-epímero de la D-Glucosa
Forma cíclica de la glucosa
1. La D-Glucosa no da todas las reacciones de los aldehidos
2. La D-Glucosa presenta el fenómeno de mutarrotación:
- Al disolver D-Glucosa sólida, la rotacióndel plano de polarización de la luz varía con el tiempo.
3. Se pueden obtener dos formas distintas de D-Glucosa:
- Una tiene una rotación de 112º : forma - Otra tiene una rotación de 18.7º: forma
Mutarrotación
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CH OH
OC OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CHO
CH2OH
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CHO H
O
Carbonoanomérico
Nuevo centro de asimetríaen la D-Glucosa al formarse el ciclo
Forma abierta Forma Forma
Formas cíclicas:Formación de hemiacetal interno
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CH OH
O
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
CH2OH
-D-Glucopiranosa
Proyección de Fischer
Proyección de Haworth
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CHO H
OO
H
OH
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
-D-Glucopiranosa
Proyección de Fischer
Proyección de Haworth
α-D-glucopiranosa β-D-glucopiranosa
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OO
Conformación silla Conformación bote
eq
ax
O
eq
eq
eq
eqax
ax
ax
axSustituyentes:
- Axiales - Ecuatoriales
Conformación de bote Conformación de silla
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Formas cíclicas de la D-ribosa
C
C
C
CH2OH
OHH
OHH
OHH
CHO
O H
OHH
OH
H
OH
CH2OH
H
O OH
HH
OH
H
OH
CH2OH
HD-Ribosa
(forma abierta)
-D-Ribofuranosa
-D-Ribofuranosa
Aldohexosas
OH
OHOH
H
H
OH
H
CH2OH
OH
H
O
H
OH
OH
H
H
CH2OH
OH
H
H
OH
D-Manosa(-D-Manopiranosa)
D-Galactosa(-D-Galactopiranosa)
Cetohexosas: D-fructosaO CH2OH
OHOH
OH
CH2OH
H
H
H
O
OH
OH
CH2OH
H
H
OH
CH2OH
H
-D-Fructofuranosa
-D-Fructofuranosa
CH2OH
C O
C
C
C
CH2OH
HHO
OHH
OHH
D-Fructosa
Desoxiderivados
O OH
HHH
OH
CH2OH
H
H
-D-2-Desoxirribosa
Reacciones QuímicasLa prueba de Molisch es una prueba cualitativa para la presencia de carbohidratos en una muestra de composición desconocida. Para determinar la cantidad y naturaleza específica de los carbohidratos se requieren otras pruebas.
• La prueba de Benedict es una prueba específica para las sustancias reductoras con grupos carbonilos libres.