z lat. saccharum = cukr též glycidy, nepřesně cukry zastarale a chybně uhlovodany nebo karbohydráty

Transkript

1 Sacharidy

2 Sacharidy charakteristika z lat. saccharum = cukr též glycidy, nepřesně cukry zastarale a chybně uhlovodany nebo karbohydráty polyhydroxyaldehydy nebo polyhydroxyketony významné přírodní látky, řada dalších byla připravena synteticky.

3 Sacharidy výskyt a vznik nejrozšířenější přírodní látky na Zemi přítomné ve všech rostlinných i živočišných buňkách nejdůležitější vedle tuků a bílkovin v rostlinách vznikají FOTOSYNTÉZOU 6CO H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 +6H 2 O Chlorofyl Sluneční záření

4 zdroj energie Sacharidy - význam nezbytná složka potravy (při nedostatku může vznikat z bílkovin nebo lipidů) složité sacharidy stavební a zásobní látky složky nukleových kyselin, součástí hormonů, glykosidů, antibiotik význam pro průmysl (papírenský, dřevařský, potravinářský, textilní

5 Rozdělení sacharidů ALDOSY Aldotriosy 3C Aldotetrosy 4C Aldopentosy 5C Aldohexosy 6C atd. jednoduché Sacharidy složité MONOSACHARIDY OLIGOSACHARIDY (2-10 monosacharidových jednotek) POLYSACHARIDY Ketotriosy- 3C KETOSY Ketotetrosy 4C Ketopentosy 5C Ketohexosy- 6C atd. DISACHARIDY TRISACHARIDY atd. (11-n monosacharidových jednotek, M r > )

6 Monosacharidy obsahují 3-7 C nedají se štěpit na jednodušší sacharidy polyhydroxyaldehydy x polyhydroxyketony aldosy ketosy sladká chuť, ve vodě rozpustné, zahříváním karamelizují opticky aktivní, počet izomerů je 2 n odvozeny od cukerných ch alkoholů

7 Monosacharidy řada aldos Nejjednodušší aldosou je glyceraldehyd (D x L) Dvě řady aldos (D a L)

8 Sacharidy fyzikální vlastnosti optická aktivita a optická izomerie chirální (asymetrický) C atom enantiomery racemát polarimetr levotočivé (-) a pravotočivé (+) D řada a L -řada

9 Epimery Sacharidy, které se liší pouze konfigurací na jediném C*-atomu. Př. D-glukosa a D-mannosa

10 Typy vzorců 1. sumární (souhrnné) př. C 6 H 12 O 6 2. lineární 3. projekční (Fischerovy) 4. cyklické (Tollensovy, poloacetalové) 5. perspektivní (Haworthovy) 6. konformační

11 Vzorce monosacharidů

12 Vzorce monosacharidů

13 Vzorce monosacharidů

14 Anomery Na uhlíku C 1 vzniká nový asymetrický uhlík, tzn. u každého antipodu existují ještě dva izomery ANOMERY Anomery se tedy liší konfigurací na poloacetalovém uhlíku α- anomery- poloacetalový hydroxyl je vázán napravo (Tollensův vzorec), popř dolů (Hawortův vzorec) β- anomery - naopak

15 Mutarotace Postupná změna optické otáčivosti roztoku monosacharidu vyrovnávání koncentrací α- a β- anomerů přes acyklickou formu (štěpení poloacetalové vazby) př. optická otáčivost D-glukosy při vytvoření roztoku je +111,2,, u staršího roztoku +52,5

16 Reakce monosacharidů Probíhají buď A) na karbonylové skupině B) nebo na hydroxylových skupinách

17 Reakce na karbonylové skupině Oxidace Pomocí bromové vody vznik aldonových kyselin Pomocí kyseliny dusičné vznik aldarových kyselin

18 Reakce na karbonylové skupině Redukce Monosacharidy se redukují na alkoholické cukry (cukerné alkoholy) zvané alditoly D-glucitol (též D-sorbit) sladidlo pro diabetiky

19 Reakce na karbonylové skupině Vznik glykosidů (acetalů) - cyklická forma sacharidů + alkohol - význam při vzniku disacharidů a polysacharidů

20 Reakce na karbonylové skupině glykosidy - hologlykosidy vázána jiná cukerná složka (oligosacharidy, sacharóza) - heteroglykosidy vázána necukerná složka (aglykon), např. amygdalin ve střemše vznik glykosidické vazby

21 Reakce na hydroxylové skupině Esterifikace - zejména kyselinou fosforečnou - vznikají anorganické nebo organické estery - esterická vazba

22 Reakce na hydroxylové skupině Vznik alkoholátů - reakce s reaktivními kovy - vznikají alkoholáty

23 Důkazy monosacharidů Princip: oxidace karbonylové skupiny Fehlingovým roztokem vznik měděného zrcátka, Cu nebo Cu 2 O Tollensovým činidlem vznik stříbrného zrcátka nebo černého Ag Trommerovou reakcí vznik měděného zrcátka, Cu nebo Cu 2 O

24 Zástupci monosacharidů GLUKOSA (aldohexosa) - hroznový cukr - bílá, sladká látka, dobře rozpustná ve vodě - volná obsažena v rostlinných šťávách, ovoci, medu a v krvi živočichů - vázaná je součástí mnoha oligo a polysacharidů - je lehce stravitelná, rychlé přechází ze zažívacího traktu do krve, významný zdroj energie umělá výživa - základní surovinou pro její výrobu je škrob

25 Zástupci monosacharidů D-FRUKTOSA (ketohexosa) - ovocný cukr - vyskytuje se spolu s glukosou v ovoci a včelím medu - má největší sladivost - součást disacharidu laktosy - invertní cukr (směs glukosy a fruktosy)

26 Zástupci monosacharidů D-GALAKTOSA (aldohexosa) - součást krevních polysacharidů, hemicelulos a rostlinných slizů D-RIBOSA (aldopentosa) základní složka RNA 2-deoxy-D-RIBOSA základní složka DNA

27 Disacharidy Vznikají spojením monosacharidových jednotek za odštěpení molekuly vody 2 možnosti: a) Poloacetalový hydroxyl jedné molekuly monosacharidu se spojí s poloacetalovým hydroxylem druhé molekuly = neredukující sacharidy b) Poloacetalový hydroxyl jedné molekuly monosacharidu se spojí s některým alkoholickým hydroxylem = redukující sacharidy

28 Redukující disacharidy MALTOSA (sladový cukr) - spojení dvou molekul α-d-glukopyranosy - vznik enzymatickou hydrolýzou škrobu - potravinářství (pivo), lékařství - spojení α-1,4

29 Redukující disacharidy CELLOBIOSA - kondenzace dvou molekul β-d-glukopyranosy - vznik částečnou hydrolýzou celulosy - spojení β -1,4

30 cellobiosa Redukující disacharidy - zápis vzorce - β-d-glukopyranosyl- β-d-glukopyranosid

31 Redukující disacharidy LAKTOSA (mléčný cukr) - kondenzace molekuly α-d-glukopyranosy a β-d-galaktopyranosy - spojení β -1,4 - mléko savců

32 Redukující disacharidy Některé kvasinky zkvašují laktosu na ethanol a kyselinu mléčnou výroba kefíru

33 Neredukující disacharidy SACHAROSA (řepný nebo třtinový cukr) - spojením molekuly glukosy a fruktosy (1 2) - α-d-glukopyranosy a β-d-fruktofuranosy

34 Neredukující disacharidy SACHAROSA

35 SACHAROSA Bezbarvé, ve vodě rozpustné krystalky, zahříváním se mění na karamel V kyselém prostředí hydrolyzuje na glukosu a fruktosu Hydrolýza je provázena změnou optické otáčivosti z pravotočivé na levotočivou, glukosa je slabě pravotočivá a fruktosa silně levotočivá V důsledku toho je hydrolyzát sacharósy označován jako INVERTNÍ CUKR

36 Výroba cukru Řepa řepné řízky ( jsou vyluhovány horkou vodou uvolnění sacharózy). Zbylé řízky se používají jako krmivo. Ke šťávě - směsi látek - se přidává vápenné mléko (suspenze hydroxidu vápenatého ve vodě) ČEŘENÍ. Z roztoku se takto odstraní organické kyseliny, které se neutralizují a vznikají jejich nerozpustné vápenné soli. Nadbytek hydroxidu se dále odstraní vháněním oxidu uhličitého SATURACE. Vzniká objemná sraženina uhličitanu vápenatého, která usnadňuje oddělení nerozpustných složek z roztoku filtrací. Filtrací získaný roztok zahušťuje odpařováním vody a vyloučené krystaly se oddělují odstředěním. Takto se získává surový cukr (má hnědou barvu), který se ještě dále čistí (rafinuje). Zbylá sirupovitá směs (melasa), ze které již nelze získat sacharosu krystalizací obsahuje ještě 50% sacharosy. Využívá se jako surovina pro různé biotechnologie, při kterých se využívá činnost určitých mikroorganismů (např. výroba ethanolu, pekařského droždí, kyseliny citrónové).

37 POLYSACHARIDY vysokomolekulární látky kondenzace několika set až tisíc monosacharidů většinou nerozpustné ve vodě (bobtnají) kyselou, alkalickou nebo enzymatickou hydrolýzou se štěpí na jednodušší sacharidy

38 POLYSACHARIDY nemají sladkou chuť rozdělení: - podle funkce v živých organismech a) stavební - celulosa, hemicelulosa, chitin b) zásobní - škrob, glykogen

39 Škrob Makromolekulární látka syntetizována rostlinami zásobní látka rostlin - asimilační produkt rostlin Skládá se ze dvou částí: -α- amylosy (20 %, vnitřek škrobových zrn, nevětvená, několik tisíc glukosových zbytků, vazba α-1,4, tvar šroubovice) - amylopektinu (40 %, obal škrobových zrn, bohatě větvený, α-1,4 a α-1,6 ) Důležitá součást naší potravy (obiloviny, brambory )

40 Škrob výroba bramborová drť se propírá vodou, vymývání škrobových zrn bílý prášek nerozpustný ve vodě koloidní roztok důkaz škrobu jodem se barví modře rozkládá jej α-amylosa slin

41 Glykogen zásobní polysacharid živočichů ve všech buňkách (játra, svaly) strukturou připomíná amylopektin, je více větvený

42 Celulosa glukosa, spojení β-1,4, lineární stěny rostlinných buněk nejrozšířenější organická sloučenina na světě ve dřevě je doprovázená hemicelulosou, ligninem filtrační papír, vata jsou velmi čisté formy celulosy zcela nerozpustná ve vodě pro člověka nestravitelná x důl.složka potravy využití: papír, celulózové hedvábí, celofán, nitráty celulózy - výbušniny

43 Modifikace celulosy viskóza (viskózové hedvábí) celulosa, NaOH, CS 2 xanthogenát celulosy folie (celofán), vlákno (hedvábí) acetát t celulosy celulosa, anhydrid kys. octové esterifikací acetátové hedvábí

44 Modifikace celulosy nitráty celulosy - nitrocelulosa bezdýmý střelný prach, výbušniny kolodium nitrát celulosy, alkohol, ether zdravotnictví, popáleniny celuloid nitrát celulosy, kafr, ether, alkohol vulkanfíbr celulosa, ZnCl 2

45 Hemicelulóza Menší relativní hmotnost než celulóza, kterou provázejí v rostlinných tkáních Pestrá směs polysacharidů (různé stavební jednotky)

46 Chitin Základní složka exoskeletu členovců (korýši, hmyz, pavouci) a dalších bezobratlých, ale také většiny hub a mnoha řas Strukturními jednotkami jsou D-glukosaminy

47 Pektiny Složité polysacharidy, přítomné zejména v mladých tkáních vyšších rostlin. Získávají se ze slupek ovoce a slouží při výrobě džemů Složeny z molekul kyseliny galakturonové