Βασικοί όροι Πολυδύναμες αλκοόλες (πολυόλες), Μονοσακχαρίτης, Αλδόζες,

Παρουσίαση με θέμα: "Βασικοί όροι Πολυδύναμες αλκοόλες (πολυόλες), Μονοσακχαρίτης, Αλδόζες,"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

0 Εργαστήριο Επιστήμης Υλικών ΙΙ
Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας Εργαστήριο Επιστήμης Υλικών ΙΙ Ενότητα 9: Χημικές Ιδιότητες Υδατανθράκων Σταμάτης Μπογιατζής, επίκουρος καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων & Έργων Τέχνης Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

1 Βασικοί όροι Πολυδύναμες αλκοόλες (πολυόλες), Μονοσακχαρίτης, Αλδόζες,
Κετόζες, Εξόζες, Ανάγον σάκχαρο, Οπτική δραστικότητα, Πολυσακζαρίτης, Μέθοδοι ανίχνευσης υδατανθράκων , Αντιδραστήριο Fehling.

2 Στόχος του εργαστηριακού μαθήματος
Κατανόηση της χημικής σύστασης των υδατανθράκων, Κατανόηση της δομής των μονοσακχαριτών, Τρόποι δόμησης των πολυσακχαριτών από μονοσακχαρίτες, Η εξοικείωση με τη στερεοϊσομέρεια που παρουσιάζουν οι μονοσακχαρίτες και πολυσακχαρίτες.

3 Γενικά Τα σάκχαρα (υδατάνθρακες) ανήκουν στις ενώσεις βιολογικού ενδιαφέροντος και, όπως και οι πρωτεΐνες, έχουν μεγάλη σημασία επειδή απαντώνται ως δομικό συστατικό πολλών οργανικών υλικών, Οι υδατάνθρακες έχουν ενδιαφέρον και στον χώρο της τέχνης, αφού απαντώνται ως συστατικά στα υλικά προετοιμασίας και συνδετικά υλικά των έργων ζωγραφικής, Απαντώνται επίσης και στο χώρο των αρχαιολογικής σημασίας αντικειμένων, ως συστατικό των υφάνσιμων υλών, του ξύλου και του χαρτιού.

4 Χημικοί τύποι των υδαναθράκων
Οι υδανάθρακες περιγράφονται από τον γενικό μοριακό τύπο (CH2O)x , Από τον παραπάνω τύπο φαίνεται ότι περιέχουν υδρογόνο και οξυγόνο (σε αναλογία 2:1, ίδια με εκείνη του νερού) μαζί με άνθρακα, Η δομικές μονάδες όλων των σακχάρων είναι οι μονοσακχαρίτες, δηλαδή ενώσεις που αποτελούνται από 4, 5 ή 6 συνήθως άτομα άνθρακα με τον γενικό τύπο C6H12O6 , Οι μονοσακχαρίτες με 4 άτομα άνθρακα λέγονται τετρόζες, με 5 άτομα άνθρακα λέγονται πεντόζες και με 6, λέγονται εξόζες.

5 Οι μονοσακχαρίτες Οι μονοσακχαρίτες βρίσκονται είτε σε αλδεϋδική (αλδόζες) είτε σε κετονική μορφή (κετόζες), Όταν έχουν 6 άτομα άνθρακα (εξόζες), ο μοριακός τους τύπος είναι C6H12O6 , Με βάση τον ίδιο μοριακό τύπο, στη φύση απαντώνται πολλά ισομερή, όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη: 1 2 1 2 D-γλυκόζη. Είναι αλδόζη, δηλ. έχει αλδεϋδομάδα στον C1. D-φρουκτόζη. Είναι κετόζη, δηλ. έχει κετονική ομάδα στον C2.

6 Οπτική στροφική ικανότητα (1 από 2)
Όλα τα σάκχαρα είναι ασύμμετρες ενώσεις και εμφανίζουν οπτική στροφική ικανότητα, Για μια χημική ένωση μπορεί αυτό να προβλεφθεί παρατηρώντας τον χημικό της τύπο : εάν διαθέτει τουλάχιστον έναν τετραεδρικό άνθρακα (sp3) που περιβάλλεται από τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες, τότε ο άνθρακας αυτός καλείται ασύμμετρος και η χημική ένωση στην οποία ανήκει έχει οπτική στροφική ικανότητα. Β Γ Δ * Α

7 Οπτική στροφική ικανότητα (2 από 2)
Η ασύμμετρη ένωση του τετραεδρικού άνθρακα, και το κατοπτρικό της είδωλο είναι δυο διαφορετικές ενώσεις, Β Γ Δ * Α Β Γ Δ * Α καθρέφτης Λέμε τότε, ότι η χημική ένωση είναι ασύμμετρη (ή χειρόμορφη, Ο ένας οπτικός αντίποδας στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός δεξιά (δεξιόστροφος) και άλλος αριστερά (αριστερόστροφος).

8 Οι μονοσακχαρίτες είναι οπτικά ενεργοί
Οι μονοσακχαρίτες με 6 C (δηλ. οι εξόζες) έχουν 4 ασύμμετρα άτομα άνθρακα με αποτέλεσμα να καλούνται οπτικώς ενεργοί, ή με άλλα λόγια, εμφανίζουν οπτική στροφική ικανότητα. καθρέφτης D(+) - γλυκόζη L(-) - γλυκόζη

9 Τι σημαίνει οπτική στροφική ικανότητα;
Αυτή η ιδιότητα προέρχεται από την πειραματική παρατήρηση ότι ένα υδατικό διάλυμα D-γλυκόζης στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός κατά μια συγκεκριμένη γωνία, η οποία καλείται γωνία στροφής, Η γωνία στροφής εξαρτάται από τη φύση της ουσίας, τη συγκέντρωση του διαλύματός της σε ένα διαλύτη και τη θερμοκρασία, Το κατοπτρικό είδωλο της D-γλυκόζης αποτελεί στερεοχημικά διαφορετική ένωση ή οποία όμως θα έχει τις ίδιες βασικές χημικές ιδιότητες.

10 Σε τι διαφέρουν οι οπτικοί αντίποδες μιας οπτικά ενεργής ένωσης; (1 από 2)
Διαφορές υπάρχουν σε συγκεκριμένες ιδιότητες όπως κάποιες βιοχημικές και στο πρόσημο της γωνίας στροφής του πολωμένου φωτός, Έχει διαπιστωθεί ότι υδατικό διάλυμα 1Μ D-γλυκόζης στους 20◦C έχει γωνία στροφής [α]=+112,2◦ και το μόριο λέγεται δεξιόστροφο. Ενώ ένα όμοιο διάλυμα L-γλυκόζης θα στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός προς την αντίθετη κατεύθυνση ([α]=-112,2◦ αριστερόστροφο),

11 Σε τι διαφέρουν οι οπτικοί αντίποδες μιας οπτικά ενεργής ένωσης; (2 από 2)
Όταν έχουμε μια ποσότητα υλικού που αποτελείται από 100% D-γλυκόζη, τότε λέμε ότι έχουμε οπτικώς καθαρή D-γλυκόζη, Εάν αναμίξουμε ίσους όγκους δύο διαλυμάτων της D- και της L-γλυκόζης που έχουν την ίδια συγκέντρωση, το διάλυμα που θα προκύψει δεν θα έχει οπτική στροφική ικανότητα (δηλ. [α]=0) και θα καλείται ρακεμικό μίγμα.

12 Κυκλική δομή μονοσακχαριτών
Κάθε οπτικά καθαρός μονοσακχαρίτης (π.χ. η D- μορφή) απαντάται σε δυο διαμορφώσεις βάσει του συντακτικού τουw τύπου, μια ανοικτής αλυσίδας και μια κυκλικής αλυσίδας. Οι δυο διαμορφώσεις στα υδατικά τους διαλύματα βρίσκονται σε ισορροπία. Ανοικτή μορφή D-γλυκόζης Κυκλική μορφή D-γλυκόζης (α-D-γλυκοπυρανόζη)

13 Δισακχαρίτες Δυο ή περισσότερα μόρια μονοσακχαριτών συνενώνονται για να σχηματίσουν δισακχαρίτες ή πολυσακχαρίτες αντίστοιχα, Το καλαμοσάκχαρο (σακχαρόζη). Σχηματίζεται από την ένωση μιας γλυκόζης και μιας φρουκτόζης με α-γλυκοζιτικό δεσμό. Εδώ η α- και β- κατεύθυνση στον C1 αποκτά μεγάλη σημασία.

14 Πολυσακχαρίτες Το άμυλο είναι πολυσακχαρίτης που σχηματίζεται από τη συνένωση πολλών μορίων α-D-γλυκόζης που συνδέονται με α(14) γλυκοσιδικό δεσμό. Η κυτταρίνη είναι πολυσακχαρίτης που σχηματίζεται από τη συνένωση πολλών μορίων β-D-γλυκόζης που συνδέονται με β(14) γλυκοσιδικό δεσμό.

15 Υδρόλυση των πολυσακχαριτών
Οι πολυσακχαρίτες, με θέρμανση και παρουσία ισχυρού οξέος (HCl) υδρολύονται προς τους μονοσακχαρίτες από τους οποίους αποτελούνται, Για παράδειγμα, το καλαμοσάκχαρο υδρολύεται προς μίγμα γλυκόζης και φρουκτόζης (το μίγμα αυτό ονομάζεται και ιμβερτοσάκχαρο), 1 2 H+, H2O καλαμοσάκχαρο γλυκόζη φρουκτόζη Ομοίως, το άμυλο και η κυτταρίνη υδρολύονται προς γλυκόζη.

16 Ανάγοντα και μη ανάγοντα σάκχαρα
Οι μονοσακχαρίτες (αλδόζες) οξειδώνονται παρουσία οξειδωτικών μέσων προς αλδονικά οξέα, οξειδωτικό Οι κετόζες σε ουδέτερο ή ελαφρά αλκαλικό pH βρίσκονται σε ισορροπία με την αλδοζική μορφή, άρα και αυτές μπορούν να οξειδωθούν προς αλδονικά οξέα, Λέμε ότι οι μονοσακχαρίτες αυτοί είναι ανάγοντα σάκχαρα, Μερικοί δισακχαρίτες (όχι όλοι) είναι επίσης ανάγοντα σάκχαρα.

17 Αντίδραση Fehling: Τεστ για τα ανάγοντα σάκχαρα (1 από 2)
Το αντιδραστήριο (έντονο σκούρο μπλε χρώμα) σχηματίζεται λίγο πριν από την αντίδραση, με απλή ανάμιξη και θέρμανση δύο προ-αντιδραστηρίων, του Fehling Α (θειικός χαλκός, υδατικό διάλυμα με μπλέ ανοιχτό χρώμα) και του Fehling Β (μικτό άλας του τρυγικού οξέος με κάλιο και νάτριο, άχρωμο υδατικό διάλυμα). CuSO τρυγικό K Na τρυγικός Cu (Fehling Α) (Fehling Β) (Αντιδραστήριο Fehling)

18 Αντίδραση Fehling: Τεστ για τα ανάγοντα σάκχαρα (2 από 2)
Όταν προστίθεται το αντιδραστήριο Fehling (σκούρου μπλε χρώματος) σε κάποιο ανάγον σάκχαρο, ως προϊόν οξειδοαναγωγής παράγεται το αλδονικό οξύ, ενώ ο χαλκός (ΙΙ) ανάγεται στο οξείδιο του χαλκού (Ι) (Cu2O), ίζημα με χαρακτηριστικό κεραμέρυθρο χρώμα, Ανάγον σάκχαρο τρυγικός Cu αλδονικό οξύ + CuΙ2O (κεραμέρυθρο ίζημα) (Αντιδραστήριο Fehling) Άλλα τεστ για τα ανάγοντα σάκχαρα αποτελούν και οι αντιδράσεις με άλατα αργύρου (τεστ Tollens), σιδηροκυανιούχο σίδηρο Κ3Fe(CN)6 (τεστ Hagedorn-Jensen) και η αντίδραση με υποϊωδιώδες νάτριο (NaIO).

19 Αντίδραση α-ναφθόλης (τεστ Molisch)
Όλα τα σάκχαρα (μονοσακχαρίτες, ολιγοσακχαρίτες και πολυσακχαρίτες) αντιδρούν με αλκοολικό διάλυμα της α-ναφθόλης παρουσία πυκνού θειικού οξέος και δίνουν ευδιάλυτο προϊόν με χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα, που με ανακίνηση και προσθήκη νερού μετατρέπεται σε κεραμιδί ίζημα. + υδατάνθρακας ερυθρό προϊόν πυκνό θειικό οξύ

20 Αντίδραση ιωδίου – αμύλου
Χαρακτηριστική αντίδραση ορισμένων πολυσακχαριτών και κυρίως του αμύλου, είναι η αντίδρασή τους με το ιώδιο, που δίνει σαν προϊόν ένα σύμπλοκο με σκούρο μπλέ χρώμα, Το τεστ είναι αρνητικό για τους μονο- και δι-σακχαρίτες.

21 Προετοιμασία για την άσκηση
Η κάθε ομάδα με την αρχή του εργαστηριακού μαθήματος έχει αναμμένο μπροστά της μια θερμαντική πλάκα (ή ένα λύχνο Bunsen) και ένα ποτήρι ζέσεως (250 ml) με νερό (θα χρησιμοποιηθεί σαν υδατόλουτρο) που θα θερμανθεί λίγο πριν το σημείο βρασμού, Θα χρησιμοποιηθούν ογκομετρικοί σωλήνες, ποτήρια ζέσης, Δείγματα σακχάρων: φρουκτόζη, γλυκόζη, (σε στερεά μορφή) και άμυλο (έτοιμο, σε διάλυμα), Ως αντιδραστήρια θα χρησιμοποιηθούν διαλύματα α- ναφθόλης (10% αλκοολικό διάλυμα), διάλυμα Fehling Α ( g CuSO4.Η2Ο σε 100 ml νερού) και διάλυμα Fehling Β (34.6 g τρυγικού καλιονατρίου και 10 g NaOH σε 100 ml νερού), πυκνό θειικό οξύ και διάλυμα ιωδίου.

22 Αντίδραση Fehling Σε δύο ογκομετρικούς σωλήνες φέρουμε 2 ml από το διάλυμα Fehling Α και 2 ml από το Fehling Β και τους τοποθετούμε στο υδατόλουτρο (80° C) για περίπου 5 λεπτά. Στη συνέχεια αναμιγνύουμε τα δύο διαλύματα. Το νέο σκούρο μπλέ διάλυμα που προκύπτει (τελικό διάλυμα Fehling) χωρίζεται στα τρία, Στο κάθε μέρος από τα τρία προσθέτουμε 1 ml διαλύματος από κάθε σάκχαρο και αφήνουμε στο υδατόλουτρο, Η εμφάνιση κεραμέρυθρου ιζήματος σημαίνει θετικό τεστ.

23 Αντίδραση α-ναφθόλης (τεστ Molisch)
Σε 3 δοκιμαστικούς σωλήνες που περιέχουν από ένα διάλυμα σακχάρου, προσθέτουμε 2 σταγόνες α-ναφθόλης. Στη συνέχεια, πλησιάζουμε τους σωλήνες στον απαγωγό υπό κλίση (περίπου 30° ) και προσθέτουμε με το σταγονόμετρο 1- 2 σταγόνες πυκνού θειικού οξέος, Η εμφάνιση κόκκινου δακτυλίου στην μεσεπιφάνεια των δύο υγρών σημαίνει θετικό τεστ, Αν στη συνέχεια ανακινηθεί και αναμιχθεί ελαφρά το διάλυμα, το χρώμα γίνεται βυσσινί. Τέλος, προσθήκη νερού θα δώσει κεραμέρυθρο ίζημα.

24 Τεστ ιωδίου Σε τρεις ογκομετρικούς σωλήνες που περιέχουν από ένα διάλυμα σακχάρου (1 ml), προσθέτουμε 2 σταγόνες διαλύματος αμύλου, Η εμφάνιση έντονου σκούρου μπλε χρώματος σημαίνει θετικό τεστ.

25 Φύλλο παρουσίασης αποτελεσμάτων
Δοκιμασία Συμπεράσματα Παρατηρήσεις Δείγμα Α Δείγμα Β Δείγμα Γ τεστ Molisch τεστ Fehling αντίδραση ιωδίου

26 Ερωτήσεις Από τα σάκχαρα γλυκόζη, φρουκτόζη, καλαμοσάκχαρο (δισακχαρίτης), άμυλο και κυτταρίνη (πολυσακχαρίτες) ποια μπορούν να δώσουν την αντίδραση Fehling; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Το καλαμοσάκχαρο (ένας δισακχαρίτης) δίνει θετικό τεστ Molisch αλλά αρνητικό τεστ Fehling. Μετά από υδρόλυση στους 80° C παρουσία HCl, και αφού εξουδετερωθεί με NaOH δίνει θετικά και τα δύο τεστ. Εξηγείστε αυτό το γεγονός.

27 Βιβλιογραφία McMurry J., Οργανική Χημεία, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2012 (ενιαίος τόμος), Nelson D. L. , M. Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Edition, W. Freeman and Company, 2004, Berg J. M., J. L. Tymoczko, L. Stryer, Biochemistry, 5th ed., W. Freeman and Company, 2002.

28 Τέλος Ενότητας

29 Σημειώματα

30 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, Σταμάτης Μπογιατζής Σταμάτης Μπογιατζής. «Εργαστήριο Επιστήμης Υλικών ΙΙ. Ενότητα 9: Χημικές Ιδιότητες Υδατανθράκων». Έκδοση: 1.0. Αθήνα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr.

31 Σημείωμα Αδειοδότησης
Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

32 Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων
Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. διαθέσιμο με άδεια CC-BY Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

33 Διατήρηση Σημειωμάτων
Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

34 Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων
Το Έργο αυτό κάνει χρήση περιεχομένου από τα ακόλουθα έργα: Όλες οι εικόνες και χημικοί τύποι:© Σταμάτης Χ. Μπογιατζής (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά)

35 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.