CO2 + H2O + energía [CH2O]n + O2

[CH2O]n + O2 CO2 + H2O + energía

Metabolismo:

Carbohidratos

Fotosíntesis:

CarbohidratosCx(H2O)y70-80% cubren las necesidades de energía en los humanos (~50%)Son más del >90% de materia seca en las plantasSon Monómeros y polímerosPropiedades Funcionales

Poder edulcoranteReactividad químicaFuncionalidad de los Polímeros

Caña de azúcar Azúcar de remolacha

Azúcares Simples

Ya no se pueden degradar (romper) por medio de una hidrólisis ácida bajo condiciones suavesPolialcoholes con un grupo funcional de aldehído o cetonaMuchos son compuestos quiralesC tiene hibridación sp3 (ángulos de valencia tetraédricos)

Ejemplos de algunos “carbohidratos”

OOH

HOHO

OH

O

HO

OH

HO

OH

O

Sucrosa (azúcar de caña)

O

O

HO

H

H

OH

Isosorbide

OH

H

OH

CH2OH

H

HO

H

OHH

CH2OH

sorbitol

HO

HO

OH

OHOH

OH

mio-Inositol

HO

O

OH

OH

O

OH

Ácido meso-tartárico

N

NN

N

NH2

O

OHOH

HO

Adenosina

Monosacáridos “Comunes”

O

OH

OH

HO

NHAc

HO

2-Acetamido-2-desoxiglucosa

O

O H

O H

HO

O H

O H

Galactosa

O

OH

OH

HO

OH

HO

Glucosa

O

OH

HOHO

OH

OH

Manosa

O

HO

HO

OH

O

O

O

OH

OH

HO

H

H

1,6-anhidro-b-D-idopiranosa β-D-glucofuranurono-6,3-lactona(se usa en algunas bebidas

energéticas)

Algunos azúcares forman anhídridos o lactonas…

… y algunas pocas tienen más de una función aldehído o cetona

Azúcar Invertido

Sacarosa → Glucosa + Fructosa[α]D=+66 [α]D=+53 [α]D=−92

Más dulce que la sacarosa

Más difícil de cristalizar (e.g. se usa como endulzante, en el chocolate)

Glucosa (“azúcar de uva”) también se conoce como dextrosa

Fructosa (“azúcar de la fruta”) también se conoce comolevulosa

Los Carbohidratos también se llaman sacáridos ó, cuando ellos son relativamente pequeños, azúcares. Hay varias clasificaciones, las cuales han probado ser relativamente útiles

ComplejidadCarbohidratosSimples monosacáridos

CarbohidratosComplejosdisacáridos, oligosacáridosy polisacáridos

(+)-LACTOSAC12H22O11

D-GLUCOSA D-GALACTOSA

¿QUE ES LA (+)-LACTOSA, SI SU HIDRÓLISIS ÁCIDA DA LOS SIGUIENTES PRODUCTOS?

Un disacárido consiste de dos monosacáridos

MALTOSA + H2O GLUCOSA + GLUCOSA

LACTOSA + H2O GLUCOSA + GALACTOSA

SUCROSA + H2O GLUCOSA + FRUCTOSA

Tamaño TetrosaAzúcares con C4

PentosaAzúcares con C5

HexosaAzúcares con C6

HeptosaAzúcares con C7

etc.

Tres carbonos: una triosa

Por el grupo

funcionalC=O

AldosaAzúcares que tienen la función aldehído o un equivalente a un acetalCetosaAzúcares que tienen la función cetona o un equivalente a un cetal

Tres carbonos: una triosa

Grupo ALDEHÍDO: UNA ALDOTRIOSA

CLASIFICACIÓN DELOS CARBOHIDRATOS

RibosaAldosaPentosa

GliceraldehídoAldosaTriosa

FructosaCetosa y Hexosa

GlucosaAldosaHexosa

Una aldohexosa Una cetohexosa Una aldotetrosa Una cetotetrosa

CLASIFICACIÓN DE AZÚCARES

Reactividad Azúcares ReductoresSon azúcares que son oxidados por el reactivo de Tollens(o por los reactivos Benedict o Fehling).Azúcares No ReductoresSon azúcares que no son oxidados porel reactivo de Tollens u otros reactivos oxidantes

La proyección de Rosanoff

H O

H

OHHHOHOHHOHHOHH

D-glucosa

D-glucosa

ó

glucosa fructosa

ó

ESTRUCTURAS DE LA GLUCOSA Y DE LA FRUCTOSA

(+)-GliceraldehídoSerie D de azúcares Serie L de azúcares

(-)-Gliceraldehído

SERIES D Y L DE AZÚCARES

(R)-Gliceraldehído

(S)-Gliceraldehído

D-Gliceraldehído

L-Gliceraldehído

derecha

izquierda

(R)-Gliceraldehído (S)-Gliceraldehídoespejo

Los dos enantiómeros del azúcar más simple: el gliceraldehído

No hay relación entre los descriptores D y L y el signo de la rotación óptica, (+) y (-)

D-(+)-Gliceraldehído L-(-)-Gliceraldehídoespejo

espejoD-(-)-Eritrosa

L-(+)-Eritrosa

D-(+)-glucosa D-(-)-arabinosa D-(-)-eritrosa D-(+)-gliceraldehído

Degradación Degradación

Degradación

DEGRADACIÓN DE ALDOPENTOSAS

LA FAMILIA D DE LAS ALDOSAS

D-(+)-gliceraldehído

D-(-)-eritrosa D-(-)-treosa

D-(-)-ribosa D-(-)-arabinosa D-(+)-xilosa D-(-)-lixosa

D-(-)-gulosa D-(-)-idosaD-(+)-alosa D-(+)-altrosa D-(+)-manosaD-(+)-glucosa D-(+)-galactosa D-(+)-talosa

Escriba las proyecciones de Fischer para las siguientes moléculas

All altruists gladly make gum in gallon tanks

CHO

OH

OH

OH

OH

CH2OH

CHO

OH

OH

OH

CH2OH

HO

CHO

OH

OH

OH

CH2OH

HO

CHO

OH

OH

CH2OH

HO

HO

CHO

OH

OH

OH

CH2OH

HO

CHO

OH

OH

CH2OH

HO

HO

CHO

OH

OH

CH2OH

HO

HO

CHO

OH

CH2OH

HO

HO

HO

AlloseAlosa

AltroseAltrosa

Glucoseglucosa

Mannosemanosa

GuloseGulosa

IdoseIdosa

Galactosegalactosa

TaloseTalosa

22

estereoisómeros

Se muestran los isómeros D y L

LAS CUATRO D-ALDOTETROSAS

D-(-)-Eritrosa L-(+)-Eritrosa D-(-)-treosa L-(+)-treosa

23 estereoisómeros

Solo se muestran los diastereoisómeros D

Las 4 D-aldopentosas

D-(-)-ribosa D-(-)-arabinosa D-(+)-xilosa D-(-)-lixosa

24 estereoisómeros

Solo de muestran los diastereoisómeros D

8 D-aldohexosas

D-(-)-gulosa D-(-)-idosa

D-(+)-alosa D-(+)-altrosa D-(+)-manosaD-(+)-glucosa

D-(+)-galactosa D-(+)-talosa

D-Fructosa, una cetohexosa común (azúcar de la fruta)

Esta cetonahace que la

Fructosa sea un cetoazúcar, una cetohexosa

D-fructosa

Cuando se trata la D-glucosa con NaBH4 da D-glucitol (sorbitol), C6H14O6. Muestre la estructura del D-glucitol y proponga un

mecanismo patra esta reacción

D-glucosa D-glucitol(65 %)

D-glucosa

Ácido trans-crotónico

Ácido cis-crotónico

Ácido treo-2,3-dihidroxibutanoíco

Ácido eritro-2,3-dihidroxibutanoíco

MOLÉCULAS DISIMÉTRICAS

2,3-dibromopentano

2,3-dibromobutano Ácido tartárico

3-cloro-2-butanoleritro treo treoeritro

meso meso(d,l) (d,l)

EPÍMEROS

EPÍMEROS EN C2

EPÍMEROS EN C2

EPÍMEROS EN C4

D-MANOSA D-GLUCOSA D-GALACTOSA

D-ERITROSA D-TREOSA

Formación de anillos

Reacción Intramolecular entre un alcohol y un grupo carbonilo para formar un anillo

Anillos de 6-miembros son piranosasAnillos de 5-miembros son furanosas

Se genera un nuevo carbono quiral y dos adicionales anómeros (α- y β-)

MECANISMO DE LA FORMACIÓN DEL CETAL CÍCLICO

PASO 1. PROTONACIÓN PASO 2. ADICIÓN NUCLEOFÍLICA

PASO 3. DESPROTONACIÓN

γ-HIDROXIALDEHÍDO

HEMIACETAL CÍCLICO

SE DERIVA DELGRUPO OH

SE DERIVA DELGRUPO CH=O

PROYECCIÓN DE FISCHER GIRO POR EL LADODERECHO CONFÓRMERO YA ROTADO PROYECCIÓN DE HAWORTH

CONFORMACIÓN DE SILLA (TODOS LOS SUSTITUYENTES ECUATORIALES) CONFORMACIÓN DE SILLA (EL OH EN C1 AXIAL)

CONFÓRMEROS DE LA D-GLUCOSA

ANÓMEROS DE LA D-GLUCOSA

α-D-GLUCOPIRANOSA β-D-GLUCOPIRANOSAFORMA DE CADENA ABIERTA

CARBONOANOMÉRICO

Haciaarriba

Haciaabajo

β-D-GLUCOPIRANOSAβ-D-GLUCOPIRANOSASILLA MÁS ESTABLE SILLA MENOS ESTABLE

INTERCONVERSIÓN

MUTARROTACIÓN

ANÓMERO α

ANÓMERO α PURO

ANÓMERO βFORMA DE CADERNA ABIERTA

ANÓMERO β PURO

MEZCLA EN EQUILIBRIODE α Y β

[α] = + 52.6 °

pf 146 °C, [α] = +112.2 °

pf 150 °C, [α] = +18.7 °

Cristaliza por debajo de98 °C

Cristaliza por arriba de98 °C

Equilibrio en solución

Rotación alrededor del enlace C1-C2

α-D-(+)-glucopiranosa β-D-(+)-glucopiranosa

C5-OH se adiciona a C1

C5-OH se adiciona a C1

CONFÓRMEROS DE LA D-FRUCTOSA

D-FRUCTOSA FORMA CÍCLICA

FURANÓSIDO DE LA D-FRUCTOSA

ANÓMEROS DE LA D-FRUCTOSA

CARBONOANOMÉRICO

α-D-FRUCTOFURANOSA β-D-FRUCTOFURANOSA

Glucosa Acíclica y Cíclica

H O

H

OHHHOHOHHOHHOHH

α-D-glucopiranosa

β-D-glucopiranosa

α-D-glucofuranosa

β-D-glucofuranosa

~0.02% en solución

38% en solución

62% en solución

Mutarrotación de la ribosa

OHHO OH

O

OHO

HO

OHOH

OHO

OH OHOH

H

C

OH

OHH

OHH

CH2OH

OH

HO OH

O

OHOH

H OH

OHH

OHH

CH2OH

HO OH

O H

Hidrato(0.09%)

Formaceto- (0.04%)

α-piranosa(20.2%)

β-piranosa(59.1%) β-furanosa

(13.2%)

α-furanosa(7.4%)

OOH

OHHO

HOHO

OOH

HO

OH

HOHO

OHOH

HHO

O

HOHO

anómero βforma aldehídicaanómero α

64%0.02%

36%

anómero α y β en equilibrio

O

OR

OOR

X-axialanómero α

HC2

XC5

X-ecuatorialanómero β

XC2

HC5

(+ Estable)

[α] +19°D[α] +111°D

[α] +53°D

Composición porcentual de las aldosas en solución acuosa en equilibrio a 40°. Determinado por GLC

Aldosa α- Piranosa β- Piranosaα- Furanosa β- Furanosa

Ribosa 20 566 18

Arabinosa 63 34 3Xilosa 33 67 <1Lixosa 71 29 <1Alosa 18 70 5 7Altrosa 27 40 20 13Glucosa 36 64 <1Manosa 67 33 <1Gulosa <22 >78 <1Idosa a 31 37 16 16Galactosa 27 73 <1Talosa 40 29 20 11

a a 60°