ugljeni hidrati 4. razred gimnazije - opšti i prirodno ... · monosaharidi su polihidroksilni...

Ugljeni hidrati 4. razred gimnazije - opšti i prirodno-matematički smer

1

2018

UGLJENI HIDRATI Ugljeni hidrati su najrasprostranjenija jedinjenja u živom svetu. Organska jedinjenja ugljenika, vodonika i kiseonika u kojima je odnos vodonika i

kiseonika 2:1 (otuda i naziv, postoje i jedinjenja gde odnos nije zadovoljen, a pripadaju ovoj klasi).

Drugi nazivi su saharidi ili šećeri. Sintetizuju se iz ugljen-dioksida i vode.

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Prema složenosti, ugljeni hidrati se mogu podeliti u tri grupe:


2

2018

C OHH

C

C

CH2OH

H OH

O

H

1

2

3

4

D-eritroza

C HOH

C

CH2OH

O

HC OHH

C

CH2OH

O

H

1

2

3

D-gliceraldehidL-gliceraldehid

MONOSAHARIDI Monosaharidi su polihidroksilni aldehidi ili ketoni (ima aldo ili keto funkcionalnu grupu

i više hidroksilnih grupa). Podela monosaharida:

1. Prema funkcionalnoj grupi 2. Prema broju C-atoma

ALDOZE

a) Aldotrioze – predstavnik je gliceraldehid. Služi za određivanje apsolutne konfiguracije bilo kog monosaharida koji sadrži hiralni centar.

Svi oni monosaharidi koji imaju –OH grupu na najudaljenijem hiralnom C-atomu sa desne strane pripadaju D-seriji, a sa leve strane L-seriji (u prirodi su zastupljeniji monosaharidi D-serije). Enantiomeri su takva jedinjenja koja se međusobno razlikuju po položaju –OH grupa na hiralnim C-atomima. Takva jedinjenja imaju iste fizičko-hemijske karkteristike. b) Aldotetroze – najpoznatija je D-eritroza (nastaje u procesu fotosinteze).

ALDOZE

KETOZE

TRIOZE

TETROZE

PENTOZE

HEKSOZE


3

2018

C OHH

C

C

C

H OH

O

H

CH2OH

H OH

C HHO

C

C

C

H OH

O

H

CH2OH

H OH

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

CH2OH

H OH

D-riboza D-arabinoza D-ksiloza

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

1

2

3

4

5

6

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

HO H

CH2OH

H OH

C HHO

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-glukoza D-galaktoza D-manoza

CH2OH

C

CH2OH

O

1

2

3

CH2OH

C

C

O

C

H OH

CH2OH

H OH

CH2OH

C

C

O

C

HO H

CH2OH

H OH

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

6

CH2OH

C

C

O

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H OH

c) Aldopentoze D-riboza – ulazi u sastav ribonukleinskih kiselina D-arabinoza – ulazi u sastav biljnih polisaharida D-ksiloza – ulazi u sastav biljnih polisaharida

d) Aldoheksoze – najrasprostranjenija je D-glukoza (dekstroza ili grožđani šećer). Kao slobodna se nalazi u voću i u krvi kičmenjaka, a kao vezana u oligo- ili polisaharidima. D-galaktoza – nalazi se u disaharidu laktozi. D-manoza – ulazi u sastav biljnih polisaharida.

Epimeri su isti monosahridi koji se razlikuju po položaju –OH grupe na samo jednom asimetričnom (hiralnom) C-atomu, ne računajući onaj najudaljeniji koji određuje konfiguraciju. KETOZE

a) Ketotrioze b) Ketopentoze c) Ketoheksoze dihidroksiaceton D-ribuloza D-ksiluloza fruktoza


4

2018

R C

H

O

CH3OH R C OCH3

OH

H

ALDEHID ALKOHOL POLUACETAL

R C OCH3

OH

H

R C OCH3

OCH3

H

CH3OH

POLUACETAL ALKOHOL ACETAL

C OHH

C

C

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H

OHH

O

C OHH

C

C

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H

HHO

O

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

H

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

OH6

5

4

3

2

1

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

2

3

4

5

6

2

3

4

5

6

1

1

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

1

5

2

6

4

3C OHH

C

C

C

HO H

C

H

CH2OH

H

OHH

O

OH

C OHH

C

C

C

HO H

C

H

CH2OH

H

HHO

O

OH

3

4

6

2

5

1

O

OH

H

H

OHH

OH H

CH2OH

OH

H

1

23

4

5

6

6

5

4

3 2

1

O

OH

H

H

OHH

OH H

CH2OH

H

OH

H2O H2O

H2O H2O

D-glukoza

alfa-D-glukopiranoza

beta-D-glukopiranoza

alfa-D-glukofuranoza

beta-D-glukofuranoza

POLUACETALNI OBLICI KOD MONOSAHARIDA Monosaharidi su polihidroksilni aldehidi i ketoni, što znači da imaju aldehidnu ili keto

funkcionalnu grupu i više hidroksilnih grupa. Usled rotacija molekula, kada se jedna –OH grupa nađe na pogodnoj udaljenosti od

aldehidne ili keto grupe, dolazi do reakcije između ovih grupa pri čemu nastaju ciklični poluacetali ili poluketali.

To se dešava kod aldoheksoza i aldopentoza koji tada grade petočlane (furanozne) ili

šestočlane (piranozne) prstenove. Prilikom ovih untramolekulskih reakcija, stvara se novi asimetričan centar na C-1

atomu, tj. postoje dve mogućnosti za orijentaciju nastale poluacetalne hidroksilne grupe.

Poluacetalni obilci monosaharida koji se razlikuju samo po konfiguraciji na asimetričnom C-atomu koji nosi poluacetalnu hidroksilnu grupu, nazivaju se anomerni šećeri ili anomeri.

Rastvaranjem glukoze u vodi nastaju 4 anomerna oblika alfa i beta furanozni i alfa i beta piranozni (češći).

Promena ugla rotacije sa prelaska alfa u beta i obrnuto, naziva se mutarotacija.


5

2018

C OHH

C

C

C

H OH

O

H

CH2OH

H OH

1

2

3

4

5

5

4

3 2

1

O

OH

H

OH

HH

HOH2C

OH

H

C OHH

C

C

C

H OH

CH2OH

H

OHH

O3

4

2

5

1

1

5

2

4

3C OHH

C

C

C

H OH

CH2OH

H

HHO

O

O

OH

H

OH

HH

HOH2C

H

OH

1

23

4

5

5

4

3

1

1

5

2

4

3H

OH

H

OHOH

H

H

H

O

OH

H C OHH

C

C

C

OH

C

H OH

H

H

OHH

OH

2

2

C OHH

C

C

C

OH

C

H OH

H

H

HHO

OH

H

OH

H

OHOH

H

H

H

O

H

OH3

4

2

5

1

1

3

4

5

H2O H2O

H2O H2O

D-riboza

alfa-D-ribopiranoza

beta-D-ribopiranoza

alfa-D-ribofuranoza

beta-D-ribofuranoza

H2OH2O

H2OH2O

C O

CH2OH

C

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H OH

1

2

3

4

5

6

C HHO

C

C

C

OH

C

H OH

H

H

OH

OH

CH2OH

H

OH

OH

HOH

H

H

H

O

OH

CH2OH3

4

5

1

1

34

5

6

2

2

2

2

6

5

4 3 1

1

5

4

3H

OH

OH

HOH

H

H

H

O

CH2OH

OH C HHO

C

C

C

OH

C

H OH

H

H

HO

OH

CH2OH

1

5

4

3C HHO

C

C

C

H OH

CH2OH

H

O

CH2OH

OH

O

H

HO

OH

HH

HOH2C

OH

CH2OH1

34

5

6

6

2

2

2

2

6

6

5

4 3

1O

H

HO

OH

HH

HOH2C

CH2OH

OH

C HHO

C

C

C

H OH

CH2OH

H

O

CH2OH

HO

3

4

5

1

D-fruktoza

alfa-D-fruktofuranoza

beta-D-fruktofuranoza

alfa-D-fruktopiranoza

beta-D-fruktopiranoza

Ciklične strukture poluacetala su prikazane Hejvortovim perspektivnim formulama. I ketoheksoze i ketopentoze se u rastvoru takođe nalaze u cikličnim oblicima.


6

2018

C

C

H OH

CH2OH

H OH

C

C

HH

O

H

2-deoksi-riboza

H

OH

H

NH2H

OH

CH2OH

H

O

OH

H OH

H

H

NH2H

OH

CH2OH

H

O

OH

H

alfa-D-glukozamin alfa-D-galaktozamin

H

OH

H

NHCCH3H

OH

CH2OH

H

O

OH

H

O

OH

H

H

NHCCH3H

OH

CH2OH

H

O

OH

H

O

N-acetil-alfa-D-glukozamin N-acetil-alfa-D-galaktozamin

DEOKSI- I AMINO-ŠEĆERI

Deoksi-šećeri su monosaharidi kod kojih su jedna ili više hidroksilnih grupa zamenjeni vodonikom.

Najpoznatija je 2-deoksi-D-riboza koja ulazi u sastav deoksiribonukleinskih kiselina. Amino-šećeri su monosaharidi kod kojih je jedna hidroksilna grupa zamenjena amino

funkcijom. Najčešće su u piranoznom obliku. Najpoznatiji amino-šećeri su D-glukozamin i D-galaktozamin, kao i njihovi N-acetil

derivati.


7

2018

D-glukoza

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

O C OHH

C

C

C

HO H

O

OH

C

H OH

CH2OH

H OH

D-glukonska kiselina

+

- H2O

H2O

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O

D-glukonolakton

FIZIČKE I HEMIJSKE OSOBINE MONOSAHARIDA Fizičke osobine monosaharida: čvrste, kristalne supstance bele boje, po pravilu slatkog

ukusa, rastvaraju se u vodi, optički su aktivne supstance sem dihidroksiacetona, nepostojani su na povišenim temperaturama, svi obrću ravan polarizovane svetlosti u desno, osim fruktoze.

VIDEO 1

OGLED 1 : RASTVORLJIVOST ŠEĆERA U VODI Hemijske osobine monosaharida: Hemijske osobine monosaharida 1. Oksidacija – pri oksidaciji aldehidne grupe, nastaju aldonske kiseline. Nalaze se u

obliku laktona.

Ozazonska reakcija

Oksidacija

Redukcija

Esterifikacija

Reakcija vrenja

Reakcija sa min. kis.

Stvaranje glikozida


8

2018

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-glukoza

+ Ag(NH3)2OH

C OHH

C

C

C

HO H

O

OH

C

H OH

CH2OH

H OH


+ 2 Ag + 4 NH3 + H2O2

D-glukoza

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

2 Cu(OH)2+ +Cu2O+


C OHH

C

C

C

HO H

O

OH

C

H OH

CH2OH

H OH

H2O2

Mogu se oksidovati Felingovim, Tolensovim i Nilanderovim reagensom.

VIDEO 2

OGLED 2 : BENEDIKTOVA REAKCIJA NA GLUKOZU

VIDEO 3

OGLED 3 : FELINGOVA REAKCIJA

VIDEO 4

OGLED 4 : NILANDEROVA REAKCIJA

VIDEO 5

OGLED 5 : TOLENSOVA REAKCIJA ( REAKCIJA SREBRNOG OGLEDALA )


9

2018

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-glukoza

OC OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

C

H OH

OH

O

D-glukuronska kiselina

D-glukarna kiselina

C OHH

C

C

C

HO H

O

OH

C

H OH

C

H OH

OH

O

O

D-glukoza

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

CH2OH

C

C

O

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H OH

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

+

D-manoza

C HHO

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-glukozaD-fruktoza

Ako se aldehidna grupa blokira, može se oksidovati primarna hidroksilna grupa i takve kiseline se nazivaju uronske kiseline.

Sa jačim oksidacionim sredstvima, može se oksidovati i aldehidna i hidroksilna grupa pri čemu nastaju polihidroksilne i polikarbonske kiseline.

Ketoze se ne mogu oksidovati blagim oksidacionim sredstvima. Međutim , ako se fruktoza nalazi u alkalnoj sredini, ona prelazi u glukozu i manozu te se zbog toga mogu oksidovati.


10

2018

D-glukoza

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

+ H

C OHH

CH2OH

C

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-sorbitol

CH2OH

C

C

O

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H OH

H+

C OHH

CH2OH

C

C

HO H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-sorbitol D-manitolD-fruktoza

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

H

+ P OHO

OH

OH

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O

H

P O

OH

OH

glukoza glukoza-1-fosfat

+ H2O

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

H

P OHO

OH

OH

+H

OH

H

OHH

OH

CH2

H

O

OH

H

O P O

OH

OH

H2O+

glukoza-6-fosfat

glukoza

2. Redukcija – pri redukciji karboonilne grupe, nastaju šećerni (polihidroksilni) alkoholi.

VIDEO 6

OGLED 6 : SANIVALOVA REAKCIJA ( DOKAZIVANJE FRUKTOZE ) 3. Esterifikacija – Hidroksidne grupe monosaharida se mogu esterifikovti, pri čemu

nastaju šećerni estri. Reakcija između piranoznih monosaharida i fosforne kiseline, može se izvršiti na prvom C-atomu, na šestom C-atomu ili istovremeno i na prvom i na šestom.


11

2018

glukoza

glukoza-1,6-difosfat

+ H2OH

OH

H

OHH

OH

CH2

H

O

O

H

P O

OH

OH

O P

OH

O

OH+ P OHO

OH

OH

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

H

22

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-glukoza

C6H5NHNH2

H2O-

C OHH

C

C

C

HO H

NNHC6H5

H

C

H OH

CH2OH

H OH

C6H5NHNH2

C O

C

C

C

HO H

NNHC6H5

H

C

H OH

CH2OH

H OH

+ NH3 + C6H5NH2

- H2O

C6H5NHNH2C NNHC6H5

C

C

C

HO H

NNHC6H5

H

C

H OH

CH2OH

H OH

hidrazon

keto hidrazon

ozazoni

4. Ozazonska reakcija – reakcija između monosaharida i fenilhidrazina u slaboj kiseloj

sredini pri povišenoj temperaturi pri čemu nastaju ozazoni žute boje. Proces se odvija u tri faze:

a) Aldehidna grupa aldoze reaguje sa 1 molekulom fenilhidrazina i nastaje hidrazon. b) Reaguje –OH grupa sa 2. C-atoma sa fenilhidrazinom i nastaje keto hidrazon pri čemu

se izdvaja NH3 i anilin. c) Reaguje keto grupa i fenilhidrazin pri čemu nastaje ozazon.

I ketoze reaguju sa fenilhidrazinom samo je sledeći redosled:

a) Prvo reaguje keto grupa (sa 2. C-atoma) sa jednim molekulom fenil-hidrazina. b) Primarna -OH grupa (sa 1. C-atomom) pri čemu nastaje aldehidna grupa. c) Aldehidna grupa reaguje sa 3. molekulom fenilhidrazina i nastaje ozazon.


12

2018

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

H

+ CH3OHH2O- H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OCH3

H

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

OH- H2O

CH3OH+

H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

OCH3

α α

β β

-D-glukopiranoza -metl-D-glukozid

-D-glukopiranoza -metl-D-glukozid

C OHH

C

C

C

HO H

O

H

C

H OH

CH2OH

H OH

D-glukoza

O

C

O

H

ccHCl

3H2O-

furfuralD-riboza

C OHH

C

C

C

H OH

O

H

CH2OH

H OH

- 3H2O

ccHCl

O

C

O

H

HOH2C

5-hidroksimetilfurfural

5. Stvaranje glikozida – monosaharidi u poluacetalnom obliku reguju sa alkoholima i grade acetale koji daju glikozide, a veza se naziva glikozidna. Grade se dva glikozida u zavisnosti od položaja –OH grupe na anomernom C-atomu.

6. Reakcije sa mineralnim kiselinama – koncentrovana hlorovodonična i sumporna

kiselina reaguju sa monosaharidima i daju nezasićen ciklični aldehid furfural ili derivate furfurala.

VIDEO 7

OGLED 7 : DEHIDRATACIJA ŠEĆERA

VIDEO 8 OGLED 8 : MOLIŠOVA REAKCIJA


13

2018

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

C6H12O6 2 CH3 CH COOH

OH

7. Reakcije vrenja – monosaharidi podležu reakcijama vrenja.

a) Alkoholno vrenje -

VIDEO 9

OGLED 9 : ALKOHOLNO VRENJE ŠEĆERA

b) Mlečno vrenje –


14

2018

UGLJENI HIDRATI – MONOSAHARIDI – pitanja i zadaci 1. Definicija ugljenih hidrata. 2. Podela ugljenih hidrata prema složenosti. 3. Šta su monosaharidi? 4. Podela monosaharida prema broju C-atoma. 5. Strukturnim formulama napisati predstavnike svih aldoza i ketoza. 6. Fisherovim formulama napisati predstavnike svih aldoza i ketoza. 7. Definicija epimera sa primerom. 8. Definicija enantiomera sa primerom. 9. Šta je hiralan centar ( asimetričan C-atom )? 10. Hejvortovim formulama predstaviti ciklične oblike D-glukoze. 11. Hejvortovim formulama predstaviti ciklične oblike D-riboze. 12. Hejvortovim formulama predstaviti ciklične oblike D-fruktoze. 13. Šta su anomeri i dati primer. 14. Šta je mutarotacija i zbog čega se javlja? 15. Šta su deoksi-šećeri? 16. Napisati predstavnike deoksi-šećera. 17. Šta su amino-šećeri? 18. Napisati predstavnike amino-šećera. 19. Napisati fizičke osobine monosaharida. 20. Oksidacija monosaharida. 21. Redukcija monosaharida. 22. Esterifikacija monosaharida. 23. Ozazonska reakcija monosaharida. 24. Stvaranje glikozida i glikozidne veze. 25. Reakcija sa mineralnim kiselinama. 26. Vrste vrenja i napisati reakcije.

ugljeni hidrati 4. razred gimnazije - opšti i prirodno ... · monosaharidi su polihidroksilni...

Documents