탄수화물 화학이란 무엇입니까?

탄수화물 화학은 탄수화물로 알려진 탄소, 수소 및 산소 화합물의 구조, 특성 및 반응을 설명합니다. 이들 화합물은 화학식 C (H ₂ O) _{n을 가지며} , 여기서 n은 3 이상으로부터 임의의 수일 수있다. 탄수화물은 항상 물 (H ₂ O)의 비율로 수소와 산소를 함유하고 있기 때문에 이름의 "수화물"부분임을 알 수 있습니다. 탄수화물에는 설탕, 전분, 셀룰로오스 및 기타 여러 가지 일반적인 물질이 포함됩니다. 그들은 식물의 광합성에 의해 이산화탄소와 물로 제조되며 모든 동물의 식단에서 필수적인 에너지 원입니다.

가장 간단한 탄수화물은 단 3 개의 탄소 원자를 가진 트리 오스입니다. 그러나 많은 탄수화물 분자가 결합되어 훨씬 더 큰 구조를 형성 할 수 있기 때문에 탄수화물 화학은 상당히 복잡 할 수 있습니다. 포도당과 같은 단순 탄수화물은 단당류로 알려져 있습니다. 탄수화물 화학은 19 세기 후반 독일의 화학자 인 Emil Fischer가 많은 단당류의 세부 구조를 처음 밝힐 때 크게 발전했습니다. 복합 탄수화물은 함께 결합 된 단당류 단위로 구성됩니다.

2 개의 단당류로 구성된 분자는 이당류로 알려져 있습니다. 일반적인 예로는 단당류 포도당과 과당으로 구성된 자당 (테이블 설탕으로 더 잘 알려져 있음)이 있습니다. 올리고당은 몇몇 단당류 단위를 가지며, 다당류는 이들 단위의 장쇄로 구성되며, 때로는 수 천개; 예는 다양한 형태와 셀룰로오스의 전분입니다. 사슬의 각 분자 단위는 글리코 시드 결합에 의해 인접 분자에 연결되며, 이는 인접한 단당류 분자에서 수소 (H) 및 하이드 록실 (OH) 그룹 (물을 형성 함)을 제거하여 형성됩니다.

탄수화물 구조는 원자가 다르게 배열되어 다른 분자가 동일한 전체 공식을 가질 수 있도록한다. 예를 들어, 단당류는 알데하이드 그룹을 갖는 알도 오스 및 알데하이드 그룹 및 케토 그룹을 갖는 케토-카보 닐 그룹으로도 알려진 탄소-산소 이중 결합으로 나눌 수있다. 포도당과 과당은 같은 화학식 (C ₆ H ₁₂ O ₆ )을 갖지만, 다르게 구조화됩니다 : 포도당은 알도 오스이고 과당은 케토 오스입니다. 이것은 탄수화물 화학의 일반적인 특징입니다.

탄수화물 유형이 다른 형태로 존재할 수도 있습니다. 포도당은 6 개의 탄소 원자가 짧은 사슬을 형성하는 선형 형태를 취할 수 있습니다. 탄소 원자는 C1-C6으로 번호가 매겨 질 수 있고, C1은 알데히드기를 형성하고, 다른 쪽은 C6은 2 개의 수소 원자 및 히드 록 실기에 결합된다. 각각의 4 개의 탄소 원자는 한쪽에 수소 원자가 있고 다른쪽에 히드 록 실기가있다. 포도당에는 D- 글루코스와 L- 글루코스의 두 가지 형태가 있는데, 전자는 알데히드기의 산소와 분자의 같은면에 분자의 히드록시기 중 하나만 가지고 있다는 점만 다릅니다. 배열이 정확히 반대입니다. 이것은 많은 단당류에 적용되며, 천연 당 중에서 "D"형태가 우세합니다.

용액에서, D- 글루코스는 C6이 한쪽으로 밀리고 C5의 히드 록 실기가 C1의 알데히드기와 반응하여 6 원자 고리가 5 개의 탄소 원자와 하나의 탄소 원자로 형성되는 방식으로 고리 구조를 형성하는 경향이있다 산소 원자. 이것은 글루 코피 라노스 고리로 알려져 있습니다. 고리는 C1상의 하이드 록 실기의 위치에 따라 2 가지 상이한 형태를 취할 수있다. 그것이 고리와 동일한 평면에 있다면, 화합물은 β D- 글루 코피 라노스로 알려져 있지만, 그것이 고리의 평면에 직각 인 경우에는 α D- 글루 코피 라노스로 알려져있다. 두 가지 다른 형태는 아노 머로 알려져 있으며 C1 탄소 원자는 아노 머 탄소로 알려져 있습니다.

β 형태는보다 구조적으로 안정 해 보이고, D- 글루 코피 라노스의 경우에는 그렇지만 일부 단당류에서는 α 형태가 더 일반적입니다. 이는 이들 화합물에서, 아노 머 하이드 록실 그룹의 전자 쌍과 고리의 산소 원자의 전자 쌍 사이의 정전기 반발이 아노 머 효과로 알려진 현상 ​​인 β 형태의 더 큰 구조적 안정성을 극복 할 수 있기 때문이다. 보다 안정적인 형태는 화합물뿐만 아니라 용매 및 온도에 따라 달라집니다.

탄수화물의 하이드 록실, 알데히드 및 ​​케토 그룹은 다른 그룹으로 대체 될 수있어 광범위한 반응을 허용합니다. 탄수화물은 다른 많은 생물학적으로 중요한 화합물의 기초를 형성합니다. 예를 들어, 관련 화합물 인 리보스 및 데 옥시 리보스는 핵산 DNA 및 RNA가 형성되는 기본 단위이다. 글리코 시드는 탄수화물과 알코올로 형성됩니다. Emil Fischer의 이름을 따서 명명 된 Fischer glycosidation에는 포도당과 메탄올로부터 글리코 사이드 메틸 글루코 시드를 형성하기위한 촉매 사용이 포함됩니다. 글리코 사이드 생산의 또 다른 경로는 Koenigs-Knorr 반응이며, 글리코 실 할라이드와 알코올을 결합하여 글리코 사이드를 형성합니다.