Carbohidratos: Son biopolímeros o biomoléculas que se encuentrandistribuidas ampliamente en la naturaleza

Existen dos tipos de carbohidratos: simples y complejos, los primeros son compuestos de una o dos moléculas y saben más dulces ya que por su tamaño pueden empezarse a digerir desde la saliva, estos se encuentran en alimentos como azúcar de mesa, mieles, jaleas, chocolate y mermeladas así como en frutas y verduras. (monosacáridos)

Los carbohidratos de tipo complejo, son cadenas más largas de moléculas, debido a esto su sabor no es dulce ya que se no se digieren desde la boca, estos se encuentran en alimentos como pan, arroz, papa, elote, camote, pasta, tortillas y todos los derivados de los granos (polisacáridos)

Los monosacáridos son sustancias blancas, con sabor dulce, cristalizables y solubles en agua. Se oxidan fácilmente, transformándose en ácidos, por lo que se dice que poseen poder reductor (cuando ellos se oxidan, reducen a otra molécula).

Los monosacáridos son moléculas sencillas que responden a la fórmula general (CH2O)n. Están formados por 3, 4, 5, 6 ó 7 átomos de carbono. Químicamente son polialcoholes, es decir, cadenas de carbono con un grupo -OH cada carbono, en los que un carbono forma un grupo aldehído o un grupo cetona.

Se clasifican atendiendo al grupo funcional (aldehído o cetona) en aldosas, con grupo aldehído, y cetosas, con grupo cetónico.

Cuando aparecen carbonos asimétricos, presentan distintos tipos de isomería. Algunos de ellos pueden presentar su estructura ciclada.

LOS MONOSACÁRIDOS

CH2OH

CH2OH

O

H OHn

CHO

H OH

CH2OHn

Monosacáridos Aldosas(polihidroxialdehídos)

cetosas(polihidroxicetonas)

n = 1, 2, 3, 4, etc.

Número decarbonosquirales

n = 1, 2, 3, etc.

Número decarbonosquirales

grupo aldehído en el carbono # 1 grupo ceto en carbono # 2

n

1234

aldotriosa aldotetrosaaldopentosaaldohexosa

aldosaNúmero totalde carbonos

1 + 2 = 32 + 2 = 43 + 2 = 54 + 2 = 6

2 carbonos no quirales

n

123

cetotetrosa cetopentosacetohexosa

cetosaNúmero totalde carbonos

1 + 3 = 42 + 3 = 53 + 3 = 6

3 carbonos no quirales

Clasificación de los monosacáridos

Los monosacáridos se nombran atendiendo al número de carbonos que presenta la molécula:

Triosas: tres carbonos Tetrosas: cuatro carbonosPentosas: cinco carbonosHexosas: seis carbonos

Heptosas: siete carbonos

HO

CH2OHOHH

H OH

H

HCHO

OH

HO

CH2OH

CHO

HO H

HO HOH

H

H

C

CHO

OHH

CHHO

R

C

CHO

HCH

R

HO OHCC

último OH de carbonoquiral a la derecha

último OH de carbonoquiral a la izquierda

D-(+)-Glucosa L-(-)-Glucosa

Enantiómeros(Imágenes especulares)

1

2

3

1

2

3

espejo

11

22

3 3

44

SR

2 R2 S

1 1

3 S 3 R

Configuraciones D y L en monosacáridos (Enantiómeros)

Enantiómeros: imágenes especulares no superponibles

Carbono quiral: cuatro sustituyentes diferentes

Los isómeros especulares, llamados también enantiómeros, o enantiomorfos, o isómeros quirales, son moléculas que tienen los grupos -OH de todos los carbonos asimétricos, en posición opuesta, reflejo de la otra molécula isómera.

CHO

HOHO

H

H

CH2OH

L - Eritrosa

H OHCH2OH

CHO

HCH2OH

OH

HCHO

OH

CH2OH

CHO

OHHHO

H

OHOH

HCH2OH

H

HCHO

OHH OH

H

OHCH2OH

CHO

HO

HHO

HCH2OH

OH

H

HCHO

OH HOHO

CH2OHOH

HH

CHO

H

CH2OHOHH

H OHOHH

HCHO

OH

HO

CH2OHOHH

H OHH

H

CHO

OH HOHO

H

CH2OHOHOH

HH

CHO

H

H

OHHOHOH

CH2OH

H

CHO

HOH

HO

OHH

CH2OH

H

H

CHO

OH

HOH

HO

CH2OHOHH

H OH

OHHH

CHO

HO

OHCH2OH

H OHH

CHO

HOH

H

HOHO

OHH

CH2OH

HH

CHO

HOH

D-(+)-Gliceraldehído

D-(-)-Eritrosa D-(-)-treosa

D-(-)-Ribosa D-(-)-Arabinosa D-(+)-Xilosa D-(-)-Lixosa

D-(+)-Alosa D-(+)-Altrosa D-(+)-Glucosa D-(+)-Manosa D-(-)-Gulosa D-(-)-Idosa D-(+)-Galactosa D-(+)-Talosa

Aldotriosa

Aldotetrosas

Aldopentosas

Aldohexosas

Aldopentosas

Configuración de las D-aldosas

HO

CH2OHOHH

H OH

H

HCHO

OH HOHO

H

CH2OHOHOH

HH

CHO

H

D-(+)-Glucosa D-(+)-Manosa

Epímeros en el carbono 2

Epímeros: difieren únicamente en la estereoquímica de un solo carbono, los demas carbonos quirales tienen la misma configuración

2 R 2 S

diasterómeros: son estereoisómeos que no son imágenes especulares

Diastereómero I Diastereómero II

EpímerosUn par de aldosas diasterómeras que solo difieren

en configuración al carbono 2

Isomería óptica

Cuando se hace incidir un plano de luz polarizada sobre una disolución de monosacáridos que poseen carbonos asimétricos el plano de luz se desvía. Si la desviación se produce hacia la derecha se dice que el isómero es dextrógiro y se representa con el signo (+). Si la desviación es hacia la izquierda se dice que el isómero es levógiro y se representa con el signo ( - ).

Esta cualidad es independiente de su pertenencia a la serie D o L

Las formas isómeras de la glucosa difieren en muchas de sus propiedades, y en particular en su capacidad en desviar el plano de giro de la luz polarizada, dado que tienen distinta configuración en un carbono asimétrico

CHO

OH

OH

OH

H

H

H

H

HO

CH2-OH

CHO

OHH

H

HH

HO

CH2-OH

HOHO

D - (+) - Glucosa

Dextrógira

L - (-) - Glucosa

Levógira

Enantiómeros

CH2OH

H OHCH2OH

O

CH2OH

H OHH OH

CH2OH

O O

H OHH

CH2OH

CH2OH

HO

O

CH2OHOHH

H

CH2OH

H OHOH

OH

H

CH2OHOHH

CH2OH

OHHO

O

CH2OHOHH

CH2OH

HO

O

HH

OHHCH2OH

CH2OH

HOHO

H

OHH

D-(+)-Eritrulosa

D-(+)-Ribulosa D-(-)-Xilulosa

D-(+)-Psicosa D-(-)-Fructosa D-(+)-Sorbosa D-(-)-Tagatosa

cetotetrosa

cetopentosas

cetohexosas

Configuración de las D-cetosas

Ciclación

En disolución, los monosacáridos pequeños se encuentran en forma lineal, mientras que las moléculas más grandes ciclan su estructura. La estructura lineal recibe el nombre de Proyección de Fischer; la estructura ciclada de Proyección de Haworth. En la representación de Haworthla cadena carbonada se cicla situada sobre un plano. Los radicales de la cadena se encuentran por encima o por debajo de ese plano.

La estructura ciclada se consigue en aldopentosas y hexosas. El enlace de ciclación se genera entre el carbono que posee el grupo funcional y el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional. Cuando el carbono tiene un grupo aldehído, como grupo funcional, el enlace recibe el nombre de hemiacetálico. Cuando el carbono tiene un grupo cetona, como grupo funcional, el enlace recibe el nombre de hemicetálico.

O OH

H

CH2OH

HOOH

OH

2

6

1

3

4

5H

+

HOH

CH2OH

OHHO

OH CO

H4

12

3

5

6

+

OHCH2OH

OHHO

OH CO

H4

12

3

5

6

O OH

H

CH2OH

HOOH

OH

2

6

1

3

4

5 - H+O

H

CH2OH

OHHO

HO

HO1

5

32

4

6

OHH

CH2OH

HH

OHOH

CHO

HOH

=

2

3

4

5

6

1

D-(+)-Glucosa en forma de hemiacetal

H+

=

alfa o beta D-(+)-glucopiranosa

Conformación de silla los -OHde los carbonos 2, 3, 4 y elcarbono 6 estan en posición ecuatorial

Proyección de Haworth todos losOH de los carbonos 2, 3, y 4 y elcarbono 6 son verticales

Ciclización de una D-aldohexosa a una piranosa(proyecciones de Haworth y de silla)

-D-glucopiranosa

CHO

OH

OH

OH

H

H

HH

HO

CH2OH

D-Glucosa

Ciclación de la glucosa (forma piranosa)

Ciclación de la fructosa (forma furanosa)

CH2OHOH

CH2OH

HH

OHOH

HO OHHOH2C

OH

HO CO

CH2OH

OH

CH2OH

OHOH2C

HO

HO

H

+

OHHOH2C

OH

HO CO

CH2OH

H

1

2

34

5

6

+

- H+

H+

HOO

HCH2OH

OH

OH

HHO

H1

234

5 6 O OH

HO

HO

HO-CH2

CH2OH1

2

34

5

6

=

11

2

2

3

3

4

4 5

5

6

6

D-(-)-Fructosa en forma de un hemicetal

1234

5

6

alfa o beta D-(-)-Fructofuranosa

Conformación de silla de una D-cetohexosalos OH de los carbonos 3 y 4 estan enposición axial, el carbono 6 no tiene OH

Proyección de Haworthlos OH estan en posiciónvertical

Ciclización de una D-cetohexosa a una furanosa(proyecciones de Haworth y de silla).

La molécula ciclada puede adquirir el aspecto de un pentágono o de un hexágono. Los monosacáridos ciclados con aspecto de pentágono reciben el nombre de Furanosas. Los monosacáridos ciclados con aspecto de hexágono reciben el nombre de Piranosas

Al no ser plano el anillo de piranosa, puede adoptar dos conformaciones en el espacio. La forma "cis" o de nave (bote) y la "trans" o de silla

OHCH2OH

OHHO

OH CO

H

OHH

CH2OH

HH

OHOH

CHO

HOH

OH

HO

HOH2C

HOHO

HO H

OHO

HOH2C

HOHO

HO

H+

alfa D-(+)-glucopiranosa (36%)

Rotación óptica = +112.0o

beta D-(+)-Glucopiranosa (64%)

Rotación óptica = +18.7o

Mezcla en equilibrio (alfa + beta) Rotación óptica = + 52.7o

Anómero betamás estable

D-(+)-Glucosa en solución acuosa contiene una mezcla en equilibrio de los anómeros alfa y beta a través de la forma intermedia de cadena abierta

Anómero alfamenos estable

Mutarrotación: anómeros α y β (Diastereómeros)

α-glucosa β -glucosa Equilibrio

Rotación específica 112,0 18,7 52,7

CH2OH

OH

OHHO

H

O

O H

H

H+

+

CH2OH

OH

OHHO

H

O

O H

CH2OH

OH

OHHO

H

OH

HO

CH2OH

OH

OH

HO

HHO

O

CH2OH

OH

OHHO

O

H OH

D-glucosa

C

+nuevo carbono quiral

reacción entre el OH del C-5y el carbonilo protonado del aldehído hemiacetal cíclico

- H++

La beta-D-Glucosa y la alfa D-glucosa cíclicas son isómeros llamados Anómerospuesto que son diastereómeros que difieren en la configuración del carbono 1

anómerobeta

anómeroalfa

CC

+

C C

Ciclización de las proyecciones de Fischer a hemiacetales cíclicos de Fischer

CH2OH

COOH CH2OH

CH2OH

COOH

COOHCH2OH

C=N-NH-C6H5

N-NH-C6H5

H

COOH

CHO

NH-NH2

en excesoy H+

osazona ácido aldónico ácido aldárico alditol ácido urónico

Reactivo Br2 / H2O HNO3 NaBH4enzimas

Derivados de los monosacáridos al reaccionar confenilhidrazina, por oxidación, reducción y con enzimas

Disacáridos: Son oligosacáridos formados por dos monosacáridos. Son solubles en agua, dulces y cristalizables. Pueden hidrolizarse y ser reductores cuando el carbono anomérico de alguno de sus componentes no está implicado en el enlace entre los dos monosacáridos. La capacidad reductora de los glúcidos se debe a que el grupo aldehído o cetona puede oxidarse dando un ácido.

Maltosa.- Es el azúcar de malta. Grano germinado de cebada que se utiliza en la elaboración de la cerveza. Se obtiene por hidrólisis de almidón y glucógeno. Posee dos moléculas de glucosa unidas por enlace tipo alfa (1-4).

Isomaltosa.- Se obtiene por hidrólisis de la amilopectina y glucógeno. Se unen dos moléculas de glucosa por enlace tipo alfa (1-6)

Celobiosa.- No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa. y está formado por dos moléculas de glucosa unidas por enlace

beta (1-4).

Lactosa.- Es el azúcar de la leche de los mamíferos. Así, por ejemplo, la leche de vaca contiene del 4 al 5% de lactosa.

Se encuentra formada por la unión beta (1-4) de la beta -D-galactopiranosa(galactosa) y la alfa-D-glucopiranosa (glucosa)

Sacarosa.- Es el azúcar de consumo habitual, se obtiene de la caña de azúcar y remolacha azucarera. Es el único disacárido no reductor, ya que los dos

carbonos anoméricos de la glucosa y fructosa están implicados en el enlace Glucosídico (1-alfa,2-beta )

Formación del enlace glucosídico entre una molécula de galactosa y una de glucosa

Enlaces glucosidicos en la formación de disacaridos

Estructura y Nomenclatura

Isomería

Ciclización (mutarrotación)

Propiedades químicas: derivados

Proyecciones: Fischer, Haworth, silla

Disacáridos

Resumen del tema 4: carbohidratos