Koolhydraten zijn koolwaterstoffen met een carbonylgroep en OH-groepen. De chemische reacties zijn dan ook gelijk aan die van de alkanolen, aldehyden en ketonen. Toch zijn de 'gewone' chemische eigenschappen niet zo heel belangrijk. Koolhydraten komen in de natuur veel voor en zijn belangrijk omdat zij deel uitmaken van ons voedsel. En ook omdat er veel - natuurlijke - producten mee gemaakt worden: katoen, hout, papier. Het onderwerp 'koolhydraten' is vooral lastig omdat er zoveel verschillende exemplaren van zijn.

Aldohexosen

Laten we daarom nog eens goed kijken naar de belangrijkste koolhydraat: glucose. Brutoformule: C6H12O6. Voor deze brutoformule kunnen we 16 stereo-isomeren noteren. De 8 belangrijkste staan in onderstaand schema. Een sterretje bij een C-atoom betekent: asymmetrisch. Met 4 asymmetrische C-atomen zijn er: 24 = 16 isomeren. Dat er maar 8 zijn afgebeeld komt doordat we het rode sterretje nog niet hebben meegerekend. En 23 = 8. De structuren zijn afgebeeld in de Fischerprojectie. Omdat aan het onderste asymmetrische C-atoom (rode sterretje) de OH-groep naar rechts zit, krijgt elke naam een D als voorvoegsel. Deze groep van 8 vormen de aldohexosen. Aldo van 'aldehyde' en hexose van: 6 C-atomen.


 

Glucose

Elke aldohexose heeft een eigen naam: allose, altrose, glucose enz. Van elke structuur in dit schema is er theoretisch nog een spiegelbeeld. Dit spiegelbeeld krijgt een L voor de naam, omdat de OH-groep van de C nummer 5 - de C met de rode ster - nu links zit. Van D-glucose bestaan in gestrekte structuur dus 2 stereo-isomeren: D-glucose en L-glucose. De gestrekte structuur is niet de vorm waarin de hoolhydraat zich veel laat zien. Hexosen vormen cyclische verbindingen door middel van een halfacetaal-binding. Dit kan op 2 manieren: de OH-groep die eerst van de aldehydegroep was, steekt omlaag of omhoog. Omlaag: α-D-glucose, omhoog: β-D-glucose. Animatie.

 

Mogelijk zijn dus: α-D-glucose, α-L-glucose, β-D-glucose en β-L-glucose.Het zijn de D-suikers die in de natuur voorkomen. α-D-glucose kost bij een chemicaliënhandel 30 tot 80 euro per 1000 g, afhankelijk van de zuiverheid.  β-D-glucose kost ruim 100 euro voor slechts 1 gram! L-glucose is ruwweg 2000 maal zo duur als D-glucose. Dit komt doordat L-glucose in het laboratorium gesynthetiseerd moet worden, terwijl D-glucose uit talloze bronnen gewonnen kan worden (honing, bietsuiker, rietsuiker).

Van belang is dus D-glucose.
Uit waterige oplossing gekristalliseerde glucose is α-D-glucose. De witte vaste stof wordt in het dagelijks leven aangeduid als: 'druivensuiker'. In water opgelost hebben we: 36% α-D-glucose en 64% β-D-glucose. Slechts ongeveer 0,02% is in gestrekte vorm opgelost.

De drie structuren zijn wel met elkaar in evenwicht:

Los je vast α-D-glucose op in water, dan begin je met 100% α-D-glucose. Het evenwicht stelt zich langzaam in. Met een polarimeter kun je de draaiing van gepolariseerd licht meten. Van een verse glucose-oplossing zie je de draaiingshoek langzaam veranderen. De draaiing is pas na enkele uren constant. Deze verandering van draaiing is bekend onder de naam 'mutarotatie'.

 Glucose wordt - net als de andere monosacchariden - op verschillende manieren weergegeven:

 

 

Bij koppeling van monosacchariden tot disacchariden of polysacchariden zijn de eenheden via C-1 en C-4 met elkaar verbonden. α of β. Zie weer glucose als voorbeeld:

Reducerende suikers

Aantoningsreacties op suikers zijn vaak gebaseerd op het reducerend vermogen van de aldehyde-groep. Een aldose is dus een reducerende suiker. Maar in basisch milieu zijn ketosen dat ook. In basisch milieu is er namelijk het evenwicht tussen de keton-groep, enol-groep en aldehyde-groep.

Ook sommige disacchariden zijn reducerend (maltose en lactose) doordat de halfacetaal van de glucose-ring open kan en dan oxideerbaar is.

 


Test hoofdstuk 12

Kruiswoord h12

Antwoorden opg h12