13-Hidratos de CarbonoBN

Generalidades
Fórmula Cn(H2O)n
Reserva de energía de plantas y animales
Fijación del CO2 de la atmósfera
Hidratos de Carbono
Tejidos de sostén y material de construcción
Existen como monómeros, dímeros, polímeros
Glucosa, galactosa, ribosa, desoxirribosa, etc.
Sacarosa, lactosa, rafinosa
Almidón, glucógeno, celulosa, etc.
Dra. Miriam Martins Alho
Desde un caramelo a la regulación de producción de proteínas a
partir de ARN
Son polialcoholes que poseen un grupo carbonilo:
aldehído: aldosas
cetona: cetosas
H
CHO
CHO
H
OH
OH
CH2OH
CHOH
CH2OH
CH2OH
OH
D-(+)-gliceraldehído
CHO
Tetrosas
CHOH
H
CH2OH
CHO
CH2OH
CHO
Azúcares de la Serie D
Generalidades
CH2OH
CHO
HO
CHO
H
gliceraldehído
HO
H
CH2OH
?
CHO
H
OH
HO
H
OH
H
H
OH
CH2OH
Pentosas
eritrosa
CHO
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
(-)
CHO
CHO
HO
ribosa
(-)
H
H
H
OH
H
OH
CH2OH
treosa
arabinosa
OH
HO
H
(-)
(-)
CHO
HO
H
xilosa
OH
(+)
HO
H
CH2OH
CH2OH
H
lixosa
H
OH
(-)
CH2OH
Hexosas
CHO
CN
CHO
H
CN-
H
CN
OH
H
(+)-gliceraldehído
H
Hid.
H
OH
H
OH
+
OH
CH2OH
HO
OH
H
CHO
CHO
OH
HO
+
H
H
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
Serie D => -OH a la derecha
H
CHO
CHO
CHO
OH
HO
H
OH
H
OH
HO
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
HO
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
CH2OH
CH2OH
CHO
H
CH2OH
H
CHO
OH
HO
H
H
OH
HO
H
HO
H
H
OH
H
CH2OH
CH2OH
H
OH
CH2OH
H
HO
H
CHO
H
CHO
OH
HO
H
H
OH
HO
H
HO
H
HO
H
HO
OH
CH2OH
H
OH
CH2OH
H
H
OH
CH2OH
alosa
altrosa
glucosa
manosa
gulosa
idosa
galactosa
talosa
(+)
(+)
(+)
(+)
(-)
(-)
(+)
(-)
1
Serie-D y Serie-L
CHO
CHO
H
H
OH
HO
Carbonilos e hidroxilos
HO
H
H
OH
H
H
OH
HO
H
HO
H
HO
OH
H
H
OH
HO
H
H
H
OH
HO
H
R'
H
HO
Una cetosa
El hidrato de carbono más dulce
que se conoce
H
H
OH
H
OH
H
OH
HO
O
Fructosa
H
H
OH
H
OH
HO
HOH 2C
H
H
OH
H
H
R
H
HO
H
H
OH
HO
H
H
OH
H
CH2OH
glucosa
OH
H
HO
R'
O
H
HO
H
HO
H
HOH 2C
OH
CH2 OH
OH
H
OH
CH2OH
Anó
Anómero β
OH
H CHO
OH
HOH2C O
OH
OH
OH
H
CH2 OH
OH
O
OH
O
OH
OH
CH2 OH
OH
O OH
OH
Anó
Anómero β
OH
PIRANO => PIRANOSAS
OH
Anó
Anómero α
OH
CH2OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
H
OH
H
HOH 2C O
R
H
O
H
H
OH
OH
galactosa
H
OH
H
OH
CH2OH
OH
H
R'
∗
HO
H
galactosa
H
HO
OH
H
H CHO
HO CH2OH
OH OH
R
CH2OH
Son epí
epímeros en C4
H
CHO
OH
OH
R
HO
HO
OH
H
H
CH2OH
H CHO
OH
CHO
OH
OH
Carbonilos e hidroxilos
OH
H
H
H
OR'
CH2OH
CHO
OH
∗
Anó
Anómero α
Carbonilos e hidroxilos
H
∗
H
CH2OH
CHO
R
OH
CHO
L-glucosa
CH2OH
H
Anó
Anómeros:
meros: difieren en la configuració
configuración del CC-1
CH2OH
CH2OH
D-glucosa
OH
R
OH
H
L-idosa
O
H
OH
CH2OH
CH2OH
D-glucosa
CHO
CHO
OH
OH
2
Carbonilos e hidroxilos
H
CHO
H
OH
HO
HOH 2C
OH
H
H
OH
OH
H
O
OH
H
O
OH
OH
OH
HO
H
H
OH
HO
OH
H
OH
H
OH
HO
H
H
OH
H
H
OH
H
O
H
OH
H
OH
H
OH
HO
H
R
H
R
CH2OH
CH2OH
?
HO
D-glucosa
H α-L-glucopiranosa OH
HO
H
HO
H
H
OH
H
O
H
HO
H
H
OH
HO
HO
OH
OH
O
H
H
OH
H
OH
HO
H
H
H
OH
H
O
HO
OH
H
α-D-glucofuranosa
H
H
R
O
O
O
OH
OH
R
OH
OH
α-D-galactofurano
sa
galactofuranosa
OH
OH
H
HO
R
O
OH
OH
CH2OH
D-galactosa
OH
OH
H
OH
CH2OH
R
OH
OH
CH2OH
Furanosas
CH2OH
O
α-D-glucopiranosa OH
CHO
O
OH
CH2OH
α-L-glucopirano
sa
glucopiranosa
H
H
O OH
CH2OH
OH
H
CH2OH
H
L-glucosa
HO
HO
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
Furano
HO
OH
H
H
α-D-glucofurano
sa
glucofuranosa
D-glucosa
OH
H
HO
OH
α-D-glucopiranosa
CHO
H
H
L-idosa
H
H
H
OH
H
CH2OH
H
O
OH
OH
OH
HOH2C
H
O
OH
O
OH
D-glucosa
CH 2OH
OH
OH
H
HO
HO
OH
HO
H
CH2OH
TODO LO QUE ESTÁ A LA IZQUIERDA EN LA FISCHER SE
ESCRIBE HACIA ARRIBA EN LA HAWORTH
OH
H
H
OH
OH
H
OH
HO
H
H
OH
H
?
H
O
OH
H
OH
HO
OH
OH
H
OH
HO
OH
galactosa CH OH
2
H
CH2OH
H CHO
H
HO
H
H
CHO
CHO
CHO
CHO
OH
H
OH OH
OH
CH2OH
3
α-D-fructofuranosa
HOH2C
HO
H
HO
H
O
H
H
H
H
OH
OH
HO
OH
HO
H
CH2OH
O
OH
H
OH
β-D-fructofuranosa
H
OH
H
HO
O
OH O
H
OH
H
H
CH2OH
O OH
OH
OH
OH
Silla
HO
HO
OH
OH
CH2OH
OH
Aldehídos y alcoholes
O
CH2OH
O OH
OH
OH
R
R'
OH
OH
H
R
[α
α]D = + 52
MUTARROTACION
CH2OH
O
β-D-glucopiranosa
[α
α]D = + 19
+
CH3CH2OH / H
CH2OH
O
100% α
H
Un glicó
glicósido
OCH2CH3
OH
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
Xα = 0.35
acetal
OH
OH
Xβ = 0.65
H
OR'
hemiacetal
OH
OH
100% β
+ H2O
R
OH
52 = Xα (112) + Xβ (19)
1 = Xα + Xβ
OR"
H+ / R"OH
H
OR'
OH
OH
OH
1C
4
4C
1
α-D-fructopiranosa
CHO
OH
O
OH
OH
OH
OH
α-D-glucopiranosa
[α
α]D = + 112
OH
Haworth
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
CH2OH
OH
OH
OH
OH
Fischer
Formación de ciclos y actividad
óptica
CH2OH
O
CH2OH
O OH
O
CH2OH
β-D-fructopiranosa
H
H
H
HO
OH
HO
OH
CH2OH
CH2OH
OH
OH
CH2OH
HOH2C
H
HO
H
β-D-glucopiranosa
H
HO
CH2OH
OH
CHO
CH2OH
OH
O
HOH2C
H
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
Un disacá
disacárido
OH
4
Reacciones de los
carbohidratos
Disacáridos
CH2OH
O
CH2OH
O
Sacarosa
(Azúcar de mesa)
OH
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
O O
OH
OH
OH
OH
Lactosa
Azúcar Invertido
OH
OH
(Miel)
CH2OH
H
(Leche)
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
HO
O
OH
OH
H
OH
H
OH
CHO
H
OH
HO
HO
H
H
OH
H
OH
O
O
I
CH2O
H
[Ag(NH3)2]
H
OH
H
O
HO
H
H
O
I
H
H
H
H
H
O
O
O
I
OH
O
HO
H
H
O
O
H
OH
H
H
O
O
O
HCOOH
HO
Reducción de
azúcares
HO
OH
H
H
OH
H
OH
CH2OH
H
O
O HO
HO
I
O
OH
H
O
I
O
O
H
O
OH
O
CH2OH
NaBH4
O
HO
H
H
OH
H
OH
OH
Un alditol
(glucitol)
RCOO- + Cu2O
O-
Sal Acido aldónico + CuO (ptado. rojo)
N
H
R
HC
H
H 2N
HO
R
OH
H
OH
H
CH 2OH
OH
H
OH
OH
CH2OH
OH
Por cada aldohexosa:
5 moles de fórmico y uno de formaldehído
H
RCHO
O
O
O
I
O-
O
H
O
OH
HO
H
OH
O
2 de HCOOH
CHO
H
I
H
OH
O
Cu
-
HCHO
CHO
H
O
O HO OH
H
O
O
H
O
CHO
O
OH
Reactivo de Fehling (Cu2+)
O-
H
OH
O
OH
CH2OH
Reacciones de los
carbohidratos
OH
HO
OH
H
O
RCHO
CHO
H
I
H
H
OH
+
Sal Acido aldónico + espejo de plata
O
O
OH
HO
O
OH
HO
H
H
CH2O
O
CHO
H
CHO
OH
OH
Acido aldónico
(glucónico)
RCOO- + Ag°
CHO
OH
HO
CH2OH
Ag+ + NH3
Sucralosa
H
Br2/H2O
H
H
O
CH2Cl
Reacciones de los
carbohidratos
H
HO
H
Maltosa
(hidrólisis de almidón)
COOH
OH
Reactivo de Tollens (Ag+)
CH2Cl
OH
O
OH
CH2OH
HO
O
Cl
HNO3
H
COOH
Acido aldárico
(glucárico)
HO
CH2OH
O
H
OH
HO
OH
O
CHO
COOH
R
Reactivo
-OH
Hidroxilamina
Producto
Oxima
-NHPh
Fenilhidrazina
Fenilhidrazona
-NHCONH2
Semicarbazida
Semicarbazona
-NHCSNH2
Tiosemicarbazida
Tiosemicarbazona
CH2OH
5
Reacciones de los
carbohidratos
H
CHO
H
OH
HO
NHNH2
H
OH
H
OH
H
C
H
H
HO
H
+
HO
OH
H
OH
H
OH
H
NH
H
NNHPh
C
HO
H
OH
H
OH
H
OH
NHNH2
NNH2Ph
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
NHNH2
H
H
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
osazona
Análisis de sacáridos
Extremo no reductor
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
H2 O / H+
OH
OH
OH
glucosa : galactosa
2:1
O
OH
OH
OH
1.- NaBH4;
2.-H2O / H+
1.- IMe / HO- ;
2.- H2O / H+
CH2OMe
O
OMe
glucosa, galactosa y glucitol
CH2OMe
O
OMe
OH
OMe
OH
OH
IMe / HOCH2OMe
O
OMe
H 2O / H +
OMe
CH2OMe
O
OMe
OH
OMe
OMe
OMe
OMe
Reacciones de gran utilidad para analizar polisacáridos
Análisis de sacáridos
OH
OMe
OMe
• Se aisló un trisacárido A, cuya hidrólisis ácida dio
unicamente D-glucosa y D-manosa.
• Da positiva la reacción con Fehling
• Por tratamiento con NaBH4 seguida de hidrólisis dio Dglucosa y manitol.
• Tratado con (Me)2SO4 en medio básico y posterior hidrólsis
ácida se obtuvo
• 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glucosa
• 2,3,6-tri-O-metil-D-glucosa
• 2,3,6-tri-O-metil-D-manosa
CH2OMe
O
OH
OH
OMe
OR
OH
Extremo reductor
CH2OH
O
O
H2O / H+
OH
NNH2Ph
OH
OH
OH
OH
C
PhNH2
CH2OH
O
CH 2OH
H
H
CH2OH
OH
H
H
ROH / H+
anhidro
CH2OH
O
OH
OH
O
H
NH NHPh
H
NH
C
+
H
CH2OH
NH NHPh
HO
H
OH
HO
H
O
NHPh
C
H
CH 2OH
H
N
C
Reacciones de los
carbohidratos
OMe
Uso de enzimas = α y β -glicosidasas => hidrolizan enlaces α o β selectivamente
• Por tratamiento de A con una α-glicosidasa se obtuvo Dglucosa y un disacárido B
• Por tratamiento de A con una β-glicosidasa se obtuvo Dmanosa y un disacárido C.
6
Polisacáridos
Celulosa
Compuestos por muchas unidades de monosacáridos unidos a través del C-1 y
cualquier otro C de la unidad siguiente, con diferentes tipos de enlaces
glicosídicos (α o β)
Forman parte de la pared celular en las plantas.
La gran funcionalidad y variada estereoquímica de los hidratos de carbono
proveen infinitas posibilidades de unión.
Elemento de construcción
Estas variaciones les confieren a cada uno distintas propiedades.
Se obtiene principalmente de pasta de madera y
algodón
Celulosa (β-glucano)
CH2OH
OH
O
O
CH2OH
O
OH
OO
O
O
OH
OH
CH2OH
OH
O
OH
HO
OH
OO
HO
OOH
HO
O
CH2OH
O
O
OH
O
O
HO
O
O
OH
OH OH
HO
OH
HO
Amilosa (α-glucano)
CH2OH
O
CH2OH
O
CH 2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
O
O
O
OH
O
OH
HO
O
OH
OH
OH
OH
Solo puede ser asimilada por algunos animales (fibra
dietaria)
OH
O
O
Fabricación de papel
O
HO
Presente en numerosas fibras textiles (algodón, lino)
Celulosas modificadas
Rayón/Celofán
Nitrocelulosa
Acetato de celulosa
Carboximetilcelulosa
O
OH
OH
Celulosas modificadas:
Rayón
RAYON: Fibra textil fabricada a partir de filamentos compuestos de celulosa
regenerada. Es la fibra comercial manufacturada más antigua.
Celulosas modificadas:
Rayón
CH2OR
O
S
O
R=
OH
CH2OR
O
O
OR
O
CH2OR
O
OR
CH2OR
O
O
O
OH
S-Na+
OR
Celulosa blanqueada
(prensada en hojas)
Chips de madera
CH2OO
O
OH
CH2OO
O
O-
-
O
O
OH
CH2OR
O
O
OR
CH2OO
O-
O
CH2OR
O
OR
O
OH
OH
OR
OH
Prensado y añejado
(Despolimerización)
OH
CH2OR
O
O
O
OH
S-Na+
OR
OR
Tratamiento básico
NaOH 18%
CH2OO
O
O-
OH
CH2OR
O
S
R=
O
OH
S2C, formación
de xantato
S2C, formación
de xantato
OH
7
Celulosas modificadas:
Rayón
Solubilización del
xantato (NaOH)
CH2OR
O
O
OH
OR
OR
Filtrado y
desgasificado
Viscosa
CH2OR
O
O
CH2OR
O
OR
O
OH
Celulosas modificadas:
Rayón
CH2OR
O
O
OR
H2SO4
OH
CH2OH
O
O
Hilado húmedo
O
OH
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
Viscosa
Láminas
Celulosas modificadas
Celulosas modificadas
O
CH2OAc
O
OAc
OAc
H2SO4/ AcOH / Ac2O
O
CH2OH
O
OH
OH
O
CH2OAc
O
OAc
O
OAc
CH2OAc
O
OAc
O
CH2OAc
O
O
OAc
CH2OH
O
O
OH
OH
OAc
OAc
CH2OH
O
O
OH
O
CH2OH
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
O
CH2OH
O
OH
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
O
OH
O
Rayó
Rayón al acetato
O
O
OH
CH2OH
O
OH
Celofán
HO
HO
Cl
O
Carboximetil celulosa
OH
Algodó
Algodón
O
CH2O
O
CH2O
O
OH
OH
O
O
CH2OH
O
OH
O
N+ O-
H2SO4/ HNO3
O
CH2O
O
ONO2
O
ONO2
plastificación
OH
CH2ONO2
O
ONO2
O
ONO2
CH2ONO2
O
ONO2
O
ONO2
CH2ONO2
O
O
ONO2
ONO2
Nitrocelulosa o algodó
algodón pó
pólvora
Celuloide
•
•
•
Laxantes
Auxiliar en dietas hipocalóricas
Espesantes
• Pastas de dientes
• Detergentes
•
•
•
•
OH
OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
Estabilizantes de emulsiones (helados)
Lágrimas artificiales (lubricante)
Aprestos para textiles
Pinturas en base acuosa
8
Almidones
Almidón
Insoluble
• Reserva energética de las plantas y animales
CH2OH
O
CH2OH
O
CH 2OH
O
CH2OH
O
• Fuentes habituales
OH
OH
OH
OH
O
O
O
OH
• Cereales (trigo, maíz, arroz, etc.)
O
OH
O
OH
OH
• Tubéculos (papas, batatas, nabos)
• Legumbres (arvejas, porotos, garbanzos)
• Componente mayoritario de las harinas de panificación y
repostería
• Sustrato de las levaduras en masas levadas y panificados.
• Producen CO2
CH2OH
O
OH
O
CH2OH
O
OH
O
O
OH
O
OH
OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
OH
O
CH2OH
O
O
OH
OH
O
OH
H2O
• El agua caliente penetra los
gránulos separando la
amilopectina
• Se liberan los granos de
amilosa y se “desenroscan”
H2O
H2O
H2O
H2O
• Se forman redes
tridimensionales por uniones
hidrógeno
• Se forma un gel
H2O • En frío o por acción del
H2O
H2O
tiempo, la amilosa retrograda,
liberando agua (sinéresis,
endurecimiento del pan)
• Se pueden usar almidones sin
amilosa (baja retrogradación)
H2O
H2O
H2O
H2O
O
OH
O
Almidón
O
OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
Soluble
O
OH
O
OH
Usos del Almidón
• Industria de la alimentación
• Panificados, pastas, masas horneadas y/o
levadas (harinas).
• Gelificantes y estabilizantes
• Preparación de filmes y empaques
• Maltodextrinas (almidones digeribles)
• Endulzantes líquidos
Más fáciles de trabajar
Más estables microbiológicamente
Mayor poder endulzante que la sacarosa
• Espesantes
• Almidones de alta amilosa
(resistentes a la digestión)
9
Usos del Almidón
Glucógeno: almidón animal
CH2OH
O
CH2OH
O
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
O
O
O
OH
O
OH
OH
O
OH
Hidrólisis
CH 2 OH
O
CH2OH
O
OH
Glucosa
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Amilosa
CH 2 OH
O
OH
O
OH
Maltodextrinas
(oligosacáridos)
Maltosa
Enzimas
(hidrolasas – isomerasas)
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
OH
Glucosa
CH2OH
OH
OH
OH
HO
Jarabe de
Alta Fructosa
Fructosa
Otros polisacáridos
Goma guar (galactomanano)
Manosas β 1 4, con galactosas α 1 6
agente tixotrópico
• Mejora el rendimiento de masas
horneadas,
Amilopectina
Otros polisacáridos
Goma arábiga
• Excipiente en farmacéutica (laxantes,
desintegradores de tabletas),
• Disminuye la sinéresis manteniendo las • Espesante en cosmética (pastas de
pastas crujientes.
Glucógeno
dientes, shampoo y acondicionadores),
• Espesante en leche, yogourt y quesos
• En industria petrolera para fractura
ayuda a mantener la homogenidad y la
textura de helados
• Aglutinante en productos cárneos
• Favorece la formación de hojas en la
hidráulica y perforación,
Se usa en medio oriente y áfrica en industria alimenticia, como en helados, salsas
y cremas, jaleas de consistencia gomosa, bebidas sin alcohol, dulces y pastelería,
en algunos casos, en reemplazo de la gelatina. Tambien se la utiliza para
estabilizar helados.
La goma guar se usa en la producción de pinturas artísticas al agua, como
vehículo del pigmento y posterior protección del mismo. Tambien se lo utilizó para
preparar barnices, en perfumería y cosmética
producción de papel
10