Hvad er kulhydratkemi?

Carbohydratkemi beskriver struktur, egenskaber og reaktioner af forbindelserne af kulstof, brint og ilt kendt som kulhydrater.Disse forbindelser har den generelle formel C (H ₂ o) _n , hvor n kan være et hvilket som helst tal fra tre opad.Det kan ses, at kulhydrater altid indeholder brint og ilt i andelene af vand (H ₂ O), og dermed den "hydrat" del af navnet.Kulhydrater inkluderer sukker, stivelse, cellulose og mange andre almindelige stoffer.De er fremstillet af kuldioxid og vand ved fotosyntesen i planter og er en vigtig energikilde i diæterne hos alle dyr.

De enkleste kulhydrater er trioser med kun tre carbonatomer.Kolhydratkemi kan imidlertid være ret kompliceret, da antallet af små kulhydratmolekyler kan sammenføjes for at danne meget større strukturer.Enkle kulhydrater, såsom glukose, er kendt som monosaccharider.Carbohydratkemi avancerede markant, når de detaljerede strukturer af mange monosaccharider først blev afklaret af Emil Fischer, en tysk kemiker, i slutningen af det 19. århundrede.Komplekse kulhydrater består af monosaccharidenheder bundet sammen.

Molekyler bestående af to monosaccharider er kendt som disaccharider;Et almindeligt eksempel er saccharose mdash;bedre kendt som bordsukker mdash;som består af monosacchariderne glukose og fruktose.Oligosaccharider har adskillige monosaccharidenheder, og polysaccharider består af lange kæder af disse enheder, som undertiden nummererer tusinder;Eksempler er stivelse i dens forskellige former og cellulose.Hver molekylær enhed i kæden er forbundet til sin nabo af en glycosidisk binding, der dannes ved fjernelse af brint (H) og hydroxyl (OH) grupper mdash;danner vand mdash;fra tilstødende monosaccharidmolekyler.

kulhydratstrukturer er sådan, at forskellige molekyler kan have den samme samlede formel, med atomerne arrangeret forskelligt.Monosaccharider kan for eksempel opdeles i aldoser, som har og aldehydgruppe og ketoser, der har en keto -gruppe mdash;En carbon-ilt dobbeltbinding også kendt som en carbonylgruppe.Selvom glukose og fruktose har den samme kemiske formel (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), er de forskelligt struktureret: glukose er en aldose og fruktose er en ketose.Dette er et almindeligt træk ved kulhydratkemi.

Det er også muligt for en type kulhydrat at eksistere i forskellige former.Glukose kan tage en lineær form, hvor de seks carbonatomer danner en kort kæde;Carbonatomerne kan nummereres C1-C6, hvor C1 danner aldehydgruppen og C6, i den anden ende, bundet til to hydrogenatomer og en hydroxylgruppe.De fire carbonatomer mellem hver har et hydrogenatom på den ene side og en hydroxylgruppe på den anden.Der er to former for glukose, D-glucose og l-glucose, der kun adskillerArrangement er nøjagtigt vendt.Dette gælder for mange monosaccharider, hvor "D" -formerne dominerer blandt naturlige sukkerarter.

I opløsning har D-glucose en tendens til at danne en ringstruktur, med C6 skubbet til den ene side og hydroxylgruppen på C5 reagerer med Aldehyd-gruppen påC1 på en sådan måde, at der dannes en seks-atomring med 5 carbonatomer og et iltatom.Dette er kendt som en glucopyranosering.Ringen kan have to forskellige former, afhængigt af hydroxylgruppens placering på C1.Hvis det er på det samme plan som ringen, er forbindelsen kendt som beta;D-glucopyranose, men hvis det ligger vinkelret på ringen plan, er det kendt som alpha;D-glucopyranose.De to forskellige former er kendt som anomerer, og C1 -carbonatomet er kendt som det anomere kulstof.

beta;form ser mere strukturelt stabil ud, og i tilfælde af D-glucopyranoseer, men i nogle monosaccharider alfa;form er mere almindelig.Dette skyldes, at i disse forbindelser kan den elektrostatiske frastødning mellem elektronparene i den anomere hydroxylgruppe og dem fra iltatomet i ringen overvinde den større strukturelle stabilitet af beta;form, et fænomen kendt som den anomere effekt.Hvilken form er mere stabil afhænger ikke kun af forbindelsen, men også af opløsningsmidlet og på temperaturen.

Hydroxyl-, aldehyd- og keto -grupperne i kulhydrater kan erstattes af andre grupper, hvilket tillader en lang række reaktioner.Carbohydrater danner grundlaget for mange andre biologisk vigtige forbindelser.For eksempel er ribose og deoxyribose, en beslægtet forbindelse, de grundlæggende enheder, hvorfra nukleinsyrerne DNA og RNA dannes.Glykosider dannes fra kulhydrater og alkoholer;Fischer glycosidation, opkaldt efter Emil Fischer, involverer brugen af en katalysator til dannelse af glycosidmethylglukosidet fra glukose og methanol.En anden rute til glycosidproduktion er Koenigs-Knorr-reaktionen, der kombinerer et glycosylhalogenid med en alkohol til at danne glycosidet.