Hva er karbohydratkjemi?
Karbohydratkjemi beskriver strukturen, egenskapene og reaksjonene til forbindelsene til karbon, hydrogen og oksygen kjent som karbohydrater. Disse forbindelsene har den generelle formelen C (h 2 o) n , hvor n kan være et hvilket som helst tall fra tre og oppover. Det kan sees at karbohydrater alltid inneholder hydrogen og oksygen i proporsjonene av vann (h 2 o), derav den "hydrat" -delen av navnet. Karbohydrater inkluderer sukker, stivelse, cellulose og mange andre vanlige stoffer. De er produsert av karbondioksid og vann ved fotosyntese i planter og er en essensiell energikilde i diettene til alle dyr.
De enkleste karbohydrater er trioser, med bare tre karbonatomer. Karbohydratkjemi kan imidlertid være ganske komplisert, ettersom antall små karbohydratmolekyler kan kobles sammen for å danne mye større strukturer. Enkle karbohydrater, som glukose, er kjent som monosakkarider. Karbohydratkjemi avanserte betydelig når detaljeneD -strukturer av mange monosakkarider ble først avklart av Emil Fischer, en tysk kjemiker, på slutten av 1800 -tallet. Komplekse karbohydrater består av monosakkaridenheter bundet sammen.
molekyler bestående av to monosakkarider er kjent som disakkarider; Et vanlig eksempel er sukrose - bedre kjent som bordsukker - som består av monosakkaridene glukose og fruktose. Oligosakkarider har flere monosakkaridenheter, og polysakkarider består av lange kjeder av disse enhetene, noen ganger nummererer tusenvis; Eksempler er stivelse i dens forskjellige former og cellulose. Hver molekylære enhet i kjeden er forbundet med sin nabo av en glykosidbinding, som dannes ved fjerning av hydrogen (H) og hydroksyl (OH) - dannende vann - fra tilstøtende monosakkaridmolekyler.
Karbohydratstrukturer er slik at forskjellige molekyler kan ha samme overall formel, med atomene anordnet annerledes. Monosakkarider kan for eksempel deles inn i aldoser, som har og aldehydgruppe, og ketoser, som har en Keto-gruppe-en karbon-oksygen-dobbeltbinding også kjent som en karbonylgruppe. Selv om glukose og fruktose har den samme kjemiske formelen (C 6 h 12 o
Det er også mulig for en type karbohydrat å eksistere i forskjellige former. Glukose kan ta en lineær form, med sine seks karbonatomer som danner en kort kjede; Karbonatomene kan nummereres C1-C6, med C1 som danner aldehydgruppen og C6, i den andre enden, bundet til to hydrogenatomer og en hydroksylgruppe. De fire karbonatomene mellom hver har et hydrogenatom på den ene siden og en hydroksylgruppe på den andre. Det er to former for glukose, D-glukose og L-glukose, som bare er forskjellige ved at førstnevnte harBare en av hydroksylgruppene på samme side av molekylet som oksygen fra aldehydgruppen, mens i sistnevnte er dette arrangementet nøyaktig reversert. Dette gjelder mange monosakkarider, med "d" -formene som er dominerende blant naturlige sukkerarter.
I løsning har D-glukose en tendens til å danne en ringstruktur, med C6 skyvet til den ene siden og hydroksylgruppen på C5 som reagerer med aldehydgruppen på C1 på en slik måte at en seks-atom ring dannes med 5 karbonatomer og ett oksygenatom. Dette er kjent som en glukopyranoserring. Ringen kan ta to forskjellige former, avhengig av plasseringen av hydroksylgruppen på C1. Hvis det er på samme plan som ringen, er forbindelsen kjent som β D-glukopyranose, men hvis den ligger vinkelrett på ringen plan, er det kjent som α D-glukopyranose. De to forskjellige formene er kjent som anomerer, og C1 karbonatom er kjent som det anomere karbon.
β-formen ser mer strukturelt stabil ut, og i tilfelle av D-GLUKopyranose er det, men i noen monosakkarider er a -formen mer vanlig. Dette er fordi i disse forbindelsene, kan den elektrostatiske frastøtningen mellom elektronparene i den anomere hydroksylgruppen og de fra oksygenatom i ringen overvinne den større strukturelle stabiliteten til β -formen, et fenomen kjent som den anomere effekten. Hvilken form som er mer stabil avhenger ikke bare av forbindelsen, men også av løsningsmidlet og på temperaturen.
Hydroksyl-, aldehyd- og ketokrupper i karbohydrater kan erstattes av andre grupper, noe som tillater et bredt spekter av reaksjoner. Karbohydrater danner grunnlaget for mange andre biologisk viktige forbindelser. For eksempel er ribose og deoksyribose, en beslektet forbindelse, de grunnleggende enhetene som nukleinsyrene DNA og RNA er dannet fra. Glykosider dannes fra karbohydrater og alkoholer; Fischer glykosidasjon, oppkalt etter Emil Fischer, innebærer bruk av en katalysator for å danne glykosidmetylglukosid fra glukose og metanol. En annen rute til glykosidproduksjon er Koenigs-Knorr-reaksjonen, som kombinerer en glykosylhalogenid med en alkohol for å danne glykosidet.