Hóa học carbohydrate là gì?

Hóa học carbohydrate mô tả cấu trúc, tính chất và phản ứng của các hợp chất của carbon, hydro và oxy được gọi là carbohydrate.Các hợp chất này có công thức chung C (H

2 _O) N _{, trong đó n có thể là bất kỳ số nào từ ba trở lên.Có thể thấy rằng carbohydrate luôn chứa hydro và oxy theo tỷ lệ của nước (H} 2 _{o), do đó phần của hydrat hóa của tên.Carbonhydrate bao gồm đường, tinh bột, cellulose và nhiều chất phổ biến khác.Chúng được sản xuất từ carbon dioxide và nước bằng cách quang hợp trong thực vật và là một nguồn năng lượng thiết yếu trong chế độ ăn của tất cả các động vật. Các carbohydrate đơn giản nhất là Trioses, chỉ có ba nguyên tử carbon.Tuy nhiên, hóa học carbohydrate có thể khá phức tạp, vì số lượng các phân tử carbohydrate nhỏ có thể được nối để tạo thành các cấu trúc lớn hơn nhiều.Carbohydrate đơn giản, chẳng hạn như glucose, được gọi là monosacarit.Hóa học carbohydrate tiến bộ đáng kể khi các cấu trúc chi tiết của nhiều monosacarit được làm rõ lần đầu tiên bởi Emil Fischer, một nhà hóa học người Đức, vào cuối thế kỷ 19.Carbohydrate phức tạp bao gồm các đơn vị monosacarit liên kết với nhau. Các phân tử bao gồm hai monosacarit được gọi là disacarit;Một ví dụ phổ biến là sucrose mdash;Được biết đến nhiều hơn là Đường Mdash;bao gồm glucose và fructose monosacarit.Oligosacarit có một số đơn vị monosacarit và polysacarit bao gồm các chuỗi dài của các đơn vị này, đôi khi đánh số hàng ngàn;Ví dụ là tinh bột ở dạng khác nhau và cellulose.Mỗi đơn vị phân tử trong chuỗi được nối với hàng xóm của nó bởi một liên kết glycosid, được hình thành bằng cách loại bỏ các nhóm hydro (H) và hydroxyl (OH) mdash;tạo thành nước mdash;Từ các phân tử monosacarit liền kề. Các cấu trúc carbohydrate là các phân tử khác nhau có thể có cùng một công thức, với các nguyên tử được sắp xếp khác nhau.Ví dụ, monosacarit có thể được chia thành aldoses, có nhóm và aldehyd, và ketoses, có nhóm keto mdash;Một liên kết đôi carbon-oxy còn được gọi là nhóm carbonyl.Mặc dù glucose và fructose có cùng công thức hóa học (C} 6

H

12

o 6), chúng có cấu trúc khác nhau: glucose là aldose và fructose là ketose.Đây là một đặc điểm phổ biến của hóa học carbohydrate.

_{Cũng có thể cho một loại carbohydrate tồn tại dưới các dạng khác nhau.Glucose có thể có dạng tuyến tính, với sáu nguyên tử carbon tạo thành một chuỗi ngắn;Các nguyên tử carbon có thể được đánh số C1-C6, với C1 tạo thành nhóm aldehyd và C6, ở đầu kia, liên kết với hai nguyên tử hydro và nhóm hydroxyl.Bốn nguyên tử carbon ở giữa mỗi nguyên tử có một nguyên tử hydro ở một bên và một nhóm hydroxyl ở bên kia.Có hai dạng glucose, D-glucose và L-glucose, chỉ khác nhau ở chỗ trước chỉ có một trong các nhóm hydroxyl của nó ở cùng một phía của phân tử như oxy từ nhóm aldehyd, trong khi ở sau này, điều nàySắp xếp chính xác là đảo ngược.Điều này áp dụng cho nhiều monosacarit, với các hình thức D D Dọ chiếm ưu thế giữa các loại đường tự nhiên. Trong dung dịch, D-glucose có xu hướng tạo thành cấu trúc vòng, với C6 được đẩy sang một bên và nhóm hydroxyl trên C5 phản ứng với nhóm Aldehyd trênC1 theo cách mà một vòng sáu nguyên tử được hình thành với 5 nguyên tử carbon và một nguyên tử oxy.Đây được gọi là một vòng glucopyranose.Vòng có thể có hai dạng khác nhau, tùy thuộc vào vị trí của nhóm hydroxyl trên C1.Nếu nó nằm trên cùng một mặt phẳng với vòng, hợp chất được gọi là beta;D-glucopyranose, nhưng nếu nó nằm vuông góc với mặt phẳng của chiếc nhẫn, nó được gọi là alpha;D-glucopyranose.Hai dạng khác nhau được gọi là anomer và nguyên tử carbon C1 được gọi là carbon dị thường.} beta;hình thức trông ổn định về mặt cấu trúc hơn, và trong trường hợp D-glucopyranose nólà, nhưng trong một số monosacarit, alpha;Hình thức là phổ biến hơn.Điều này là do trong các hợp chất này, lực đẩy tĩnh điện giữa các cặp electron trong nhóm hydroxyl dị thường và các cặp từ nguyên tử oxy trong vòng có thể vượt qua sự ổn định cấu trúc lớn hơn của beta;hình thức, một hiện tượng được gọi là hiệu ứng dị thường.Hình thức nào ổn định hơn không chỉ phụ thuộc vào hợp chất mà còn vào dung môi và nhiệt độ. Các nhóm hydroxyl, aldehyd và keto trong carbohydrate có thể được thay thế bằng các nhóm khác, cho phép một loạt các phản ứng.Carbohydrate tạo thành cơ sở của nhiều hợp chất quan trọng về mặt sinh học khác.Ví dụ, ribose và deoxyribose, một hợp chất liên quan, là các đơn vị cơ bản mà từ đó DNA và RNA axit nucleic được hình thành.Glycoside được hình thành từ carbohydrate và rượu;Fischer glycosidation, được đặt theo tên của Emil Fischer, liên quan đến việc sử dụng chất xúc tác để tạo thành glycoside glucoside từ glucose và metanol.Một tuyến đường khác để sản xuất glycoside là phản ứng koenigs-knorr, kết hợp một halogen glycosyl với một cồn để tạo thành glycoside.