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 andelene 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 karbohydratene 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 de detaljerte strukturene til mange monosakkarider først ble 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 mdash;bedre kjent som bordsukker mdash;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) -grupper mdash;danner vann mdash;fra tilstøtende monosakkaridmolekyler.

Karbohydratstrukturer er slik at forskjellige molekyler kan ha den samme generelle formelen, med atomene anordnet annerledes.Monosakkarider kan for eksempel deles inn i aldoser, som har og aldehydgruppe, og ketoser, som har en keto -gruppe mdash;En karbon-oksygen-dobbeltbinding også kjent som en karbonylgruppe.Selv om glukose og fruktose har den samme kjemiske formelen (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), er de forskjellig strukturert: glukose er en aldose og fruktose er en ketose.Dette er et vanlig trekk ved karbohydratkjemi.

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 skiller seg ut ved at førstnevnte bare har en av hydroksylgruppene på samme side av molekylet som oksygen fra aldehydgruppen, mens det er i sistnevnte, detteArrangementet er 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 presset til den ene siden og hydroksylgruppen på C5 som reagerer med aldehydgruppen på påC1 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 og beta;D-glukopyranose, men hvis den ligger vinkelrett på ringenes plan, er det kjent som alfa;D-glukopyranose.Formen ser mer strukturelt stabil ut, og i tilfelle av D-glukopyranose dener, men i noen monosakkarider, alfa;Form er mer vanlig.Dette skyldes at 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 beta;form, et fenomen kjent som den anomere effekten.Hvilken form som er mer stabil avhenger ikke bare av forbindelsen, men også av løsningsmidlet og på temperatur.

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, involverer 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.