Vad är kolhydratkemi?

Kolhydratkemi beskriver strukturen, egenskaperna och reaktionerna för föreningarna med kol, väte och syre som kallas kolhydrater.Dessa föreningar har den allmänna formeln C (H ₂ O) _N , där n kan vara valfritt antal från tre uppåt.Det kan ses att kolhydrater alltid innehåller väte och syre i proportioner av vatten (H ₂ O), därmed "hydrat" -delen av namnet.Kolhydrater inkluderar sockerarter, stärkelse, cellulosa och många andra vanliga ämnen.De tillverkas av koldioxid och vatten genom fotosyntes i växter och är en väsentlig energikälla i dieterna hos alla djur.

De enklaste kolhydraterna är trioser, med bara tre kolatomer.Kolhydratkemi kan emellertid vara ganska komplicerat, eftersom antalet små kolhydratmolekyler kan förenas för att bilda mycket större strukturer.Enkla kolhydrater, såsom glukos, kallas monosackarider.Kolhydratkemi avancerade signifikant när de detaljerade strukturerna för många monosackarider först klargjordes av Emil Fischer, en tysk kemist, i slutet av 1800 -talet.Komplexa kolhydrater består av monosackaridenheter bundna samman.

.Ett vanligt exempel är sackaros mdash;bättre känd som bordsocker mdash;som består av monosackariderna glukos och fruktos.Oligosackarider har flera monosackaridenheter, och polysackarider består av långa kedjor av dessa enheter, ibland numrerar tusentals;Exempel är stärkelse i dess olika former och cellulosa.Varje molekylenhet i kedjan förenas till sin granne med en glykosidbindning, som bildas genom avlägsnande av väte (H) och hydroxyl (OH) -grupper mdash;bilda vatten mdash;från angränsande monosackaridmolekyler. Kolhydratstrukturer är sådana att olika molekyler kan ha samma övergripande formel, med atomerna arrangerade annorlunda.Monosackarider kan till exempel delas upp i aldoser, som har och aldehydgruppen, och ketoser, som har en keto -grupp mdash;En dubbelbindning av kol-syre, även känd som en karbonylgrupp.Även om glukos och fruktos har samma kemiska formel (C 6 H 12 O 6 ), är de annorlunda strukturerade: glukos är en aldos och fruktos är en ketos.Detta är ett vanligt drag i kolhydratkemi. Det är också möjligt för en typ av kolhydrat att existera i olika former.Glukos kan ta en linjär form, med sina sex kolatomer som bildar en kort kedja;Kolatomerna kan numreras C1-C6, med C1 som bildar aldehydgruppen och C6, i andra änden, bundna till två väteatomer och en hydroxylgrupp.De fyra kolatomerna mellan var och en har en väteatom på ena sidan och en hydroxylgrupp på den andra.Det finns två former av glukos, D-glukos och L-glukos, som bara skiljer sig åt att den förstnämnda bara har en av sina hydroxylgrupper på samma sida av molekylen som syre från aldehydgruppen, medan i den senare, dettaArrangemang är exakt omvänd.Detta gäller många monosackarider, med "D" -former som dominerar bland naturliga sockerarter. I lösning tenderar D-glukos att bilda en ringstruktur, med C6 pressad till ena sidan och hydroxylgruppen på C5 som reagerar med aldehydgruppen påC1 på ett sådant sätt att en sex-atomring bildas med 5 kolatomer och en syreatom.Detta är känt som en glukopyranosring.Ringen kan ta två olika former, beroende på hydroxylgruppens position på C1.Om det är på samma plan som ringen, är föreningen känd som beta;D-glukopyranos, men om den ligger vinkelrätt mot ringens plan är det känt som alfa;D-glukopyranos.De två olika formerna är kända som anomerer och C1 -kolatomen är känd som det anomera kolet. beta;formen ser mer strukturellt stabil ut och i fallet med d-glukopyranosär, men i vissa monosackarider, alfa;Form är vanligare.Detta beror på att i dessa föreningar kan den elektrostatiska avstötningen mellan elektronparen i den anomera hydroxylgruppen och de från syreatomen i ringen övervinna den större strukturella stabiliteten hos beta;form, ett fenomen som kallas den anomera effekten.Vilken form som är mer stabil beror inte bara på föreningen, utan också på lösningsmedlet och på temperaturen.

Hydroxyl-, aldehyd- och ketogrupperna i kolhydrater kan ersättas av andra grupper, vilket möjliggör ett brett spektrum av reaktioner.Kolhydrater utgör grunden för många andra biologiskt viktiga föreningar.Exempelvis är ribos och deoxyribos, en relaterad förening, de grundläggande enheterna från vilka nukleinsyrorna DNA och RNA bildas.Glykosider bildas av kolhydrater och alkoholer;Fischer -glykosidation, uppkallad efter Emil Fischer, involverar användning av en katalysator för att bilda glykosidmetylglukosiden från glukos och metanol.En annan väg till glykosidproduktion är Koenigs-Knorr-reaktionen, som kombinerar en glykosylhalogenid med en alkohol för att bilda glykosiden.