Volver a la portadaQuímica del Carbono · 6° año Naturales · Cambiar asignatura
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6° Naturales · Química del Carbono
Metabolismo y enzimas · Estereoquímica de biomoléculas

Formas cíclicas de azúcares y azúcares reductores

Una solución de glucosa da positivo el ensayo de Fehling, pero la sacarosa, el azúcar común con el que endulzás el mate, no. Las dos son azúcares y las dos tienen varios grupos $-\mathrm{OH}$. ¿Qué tiene una que la otra no? La respuesta está en cómo se cierran los anillos de los azúcares y en qué carbono quedó libre. Vamos a descubrirlo.

De la cadena abierta al anillo

En la proyección de Fischer, la D-glucosa se dibuja como una cadena de 6 carbonos: un grupo aldehído en C1, cuatro carbonos con $-\mathrm{OH}$ (C2 a C5) y un $-\mathrm{CH_2OH}$ en C6.

Pero en agua, más del 99 % de las moléculas de glucosa no están en cadena abierta. La cadena se dobla y un $-\mathrm{OH}$ de la propia molécula ataca al carbonilo. Es una reacción intramolecular (dentro de la misma molécula).

En la glucosa, el $-\mathrm{OH}$ del C5 ataca al C1 (el carbono del aldehído). El anillo resultante tiene 6 átomos: 5 carbonos (C1 a C5) y el oxígeno que antes era el $-\mathrm{OH}$ del C5. Se llama piranosa, por su parecido con el pirano, un anillo de seis miembros con un oxígeno.

Ciclación de la glucosa: el OH del carbono 5 ataca al carbono 1 del aldehído y forma un anillo de seis átomos con un oxígeno Cadena abierta Piranosa (hemiacetal) C1 H=O C2 H–OH C3 … C4 … C5 H–OH O C1 C2 C3 C4 C5 anillo de 6 átomos
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Un hemiacetal se forma por la reacción entre un grupo aldehído y un grupo alcohol. Indicá qué grupo funcional de la glucosa de cadena abierta reacciona con qué grupo…

Un hemiacetal se forma por la reacción entre un grupo aldehído y un grupo alcohol. Indicá qué grupo funcional de la glucosa de cadena abierta reacciona con qué grupo $-\mathrm{OH}$ para formar su estructura cíclica más estable, y cuántos átomos tiene el anillo resultante (piranosa).

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El carbono anomérico y los anómeros α y β

Al cerrarse el anillo, el C1 queda unido a cuatro grupos distintos: es un nuevo carbono quiral, llamado carbono anomérico. Su $-\mathrm{OH}$ puede quedar hacia un lado o hacia el otro del plano del anillo, y eso da dos estereoisómeros distintos: los anómeros.

La proyección de Haworth dibuja el anillo visto de costado, con el oxígeno atrás a la derecha, el C1 a la derecha y el C6 ($-\mathrm{CH_2OH}$) hacia arriba sobre el C5 en las D-hexosas.

Proyecciones de Haworth de la alfa y beta D-glucopiranosa: el OH del carbono 1 apunta hacia abajo en alfa y hacia arriba en beta α-D-glucopiranosa β-D-glucopiranosa O O C1 C1 C5 C5 OH OH CH₂OH CH₂OH El OH anomérico está opuesto al CH₂OH en α y del mismo lado en β

En solución acuosa, las formas $\alpha$ y $\beta$ se interconvierten pasando por la cadena abierta, hasta alcanzar una mezcla en equilibrio.

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Al ciclar la glucosa se genera un nuevo carbono quiral llamado carbono anomérico. Indicá cuál es su número en la glucosa, y escribí cómo se llaman las dos formas que se…

Al ciclar la glucosa se genera un nuevo carbono quiral llamado carbono anomérico. Indicá cuál es su número en la glucosa, y escribí cómo se llaman las dos formas que se diferencian por la posición del $-\mathrm{OH}$ en ese carbono.

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Describí paso a paso cómo se forma la $\alpha$-D-glucopiranosa a partir de la D-glucosa de cadena abierta: qué carbono recibe el ataque, qué grupo $-\mathrm{OH}$ lo…

Describí paso a paso cómo se forma la $\alpha$-D-glucopiranosa a partir de la D-glucosa de cadena abierta: qué carbono recibe el ataque, qué grupo $-\mathrm{OH}$ lo realiza y qué ocurre con el oxígeno del carbonilo. Luego explicá, en una proyección de Haworth, hacia dónde se orienta el $-\mathrm{OH}$ anomérico de la forma $\alpha$ respecto del $-\mathrm{CH_2OH}$ del C6.

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Enlace glucosídico: del hemiacetal al acetal

El $-\mathrm{OH}$ anomérico de un hemiacetal es especialmente reactivo. Si reacciona con el $-\mathrm{OH}$ de otro azúcar, se forma un acetal, y se libera una molécula de agua.

Se nombra con la configuración del anómero y los carbonos unidos. $\alpha(1\to4)$ significa: el C1 en configuración $\alpha$ se une al C4 del otro azúcar.

Disacárido Unidades Enlace
Maltosa glucosa + glucosa $\alpha(1\to4)$
Lactosa (la de la leche y el dulce de leche) galactosa + glucosa $\beta(1\to4)$
Sacarosa (azúcar común) glucosa + fructosa $\alpha(1\to2)\beta$

Repetido muchas veces, el mismo enlace da los polisacáridos: el almidón (maicena, harina) y el glucógeno con enlaces $\alpha$, y la celulosa con enlaces $\beta$.

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La sacarosa, la maltosa y la lactosa son disacáridos. Explicá qué es un enlace glucosídico y qué molécula pequeña se libera cuando se forma entre dos monosacáridos.

La sacarosa, la maltosa y la lactosa son disacáridos. Explicá qué es un enlace glucosídico y qué molécula pequeña se libera cuando se forma entre dos monosacáridos.

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Azúcares reductores

Un azúcar es reductor si puede reducir un oxidante suave, como el reactivo de Fehling (azul, con $\mathrm{Cu^{2+}}$). Al calentar, el $\mathrm{Cu^{2+}}$ se reduce a $\mathrm{Cu^+}$ y precipita como $\mathrm{Cu_2O}$, rojo ladrillo. Para eso el azúcar tiene que oxidarse, y solo puede hacerlo si tiene un grupo aldehído disponible.

El anillo es un hemiacetal en equilibrio con la cadena abierta, que sí tiene el aldehído. Entonces:

Hay un detalle: si hervís la sacarosa con ácido diluido, el enlace glucosídico se rompe (hidrólisis). Quedan glucosa y fructosa libres, ambas con su $-\mathrm{OH}$ anomérico libre, y entonces sí da Fehling positivo. Es lo que ocurre en el "azúcar invertido".

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La maltosa está formada por dos unidades de glucosa unidas por un enlace $\alpha(1\to4)$: el C1 de una unidad se une al $-\mathrm{OH}$ del C4 de la otra, y la segunda…

La maltosa está formada por dos unidades de glucosa unidas por un enlace $\alpha(1\to4)$: el C1 de una unidad se une al $-\mathrm{OH}$ del C4 de la otra, y la segunda unidad conserva libre su $-\mathrm{OH}$ anomérico. Explicá si la maltosa es un azúcar reductor y justificá tu respuesta relacionándola con la posibilidad de que ese anillo se abra y deje un grupo aldehído libre.

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En la sacarosa, el C1 de la glucosa está unido al C2 de la fructosa mediante un enlace $\alpha(1\to2)\beta$, de modo que ambos carbonos anoméricos participan del enlace.…

En la sacarosa, el C1 de la glucosa está unido al C2 de la fructosa mediante un enlace $\alpha(1\to2)\beta$, de modo que ambos carbonos anoméricos participan del enlace. Indicá si la sacarosa es reductora o no y justificá. Después explicá qué resultado esperarías al agregar el reactivo de Fehling (solución azul de $\mathrm{Cu^{2+}}$) a una solución de sacarosa y calentarla.

Resolver

Enlaces α y β: la forma cambia la función

Maltosa y celobiosa tienen la misma fórmula y están formadas por dos glucosas unidas por C1–C4. La única diferencia es el tipo de enlace: $\alpha$ en la maltosa y $\beta$ en la celobiosa. En Haworth, el $-\mathrm{OH}$ anomérico queda hacia abajo en $\alpha$ y hacia arriba en $\beta$, así que el puente C–O–C sale en un ángulo distinto.

Esa diferencia se amplifica en los polímeros:

  • Almidón y glucógeno ($\alpha$): cadenas que se enroscan en hélice, compactas, ideales para reserva de energía.

  • Celulosa ($\beta$): cadenas rectas que se alinean y se unen entre sí por interacciones de tipo puente de hidrógeno, formando fibras rígidas (estructura de las plantas).

Las enzimas son específicas: la amilasa de nuestra saliva reconoce la forma de los enlaces $\alpha$ y los corta; no encaja con los $\beta$. Por eso digerimos la maicena y el pan, pero no la celulosa. En cambio, las bacterias del rumen de una vaca tienen celulasa y aprovechan el pasto.

Comparación esquemática: cadena de enlaces alfa que se enrosca en hélice y cadena de enlaces beta que queda recta Enlaces α (almidón) Enlaces β (celulosa) cadena enroscada cadena recta
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Un laboratorio escolar de Córdoba recibe tres soluciones incoloras rotuladas A, B y C: glucosa, sacarosa y maltosa, aunque no se sabe cuál es cuál. Al hacer el ensayo de…

Un laboratorio escolar de Córdoba recibe tres soluciones incoloras rotuladas A, B y C: glucosa, sacarosa y maltosa, aunque no se sabe cuál es cuál. Al hacer el ensayo de Fehling con calor, A y C dan precipitado rojo ladrillo y B no cambia. Luego se hierve cada solución con ácido diluido y se repite el ensayo: ahora B también da precipitado rojo ladrillo.

  1. a) Identificá cuál es B y justificá.
  1. b) Explicá qué ocurrió con B al hervirla con ácido.
  1. c) Proponé un criterio, basado en la estructura, que ayude a distinguir A de C, y mencioná qué diferencia habría tras el calentamiento con ácido.
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Comparás dos estructuras: la celobiosa, con enlace $\beta(1\to4)$ entre dos glucosas, y la maltosa, con enlace $\alpha(1\to4)$. a) Explicá en qué se diferencian…

Comparás dos estructuras: la celobiosa, con enlace $\beta(1\to4)$ entre dos glucosas, y la maltosa, con enlace $\alpha(1\to4)$.

  1. a) Explicá en qué se diferencian estructuralmente, usando la orientación del $-\mathrm{OH}$ anomérico en la proyección de Haworth.
  1. b) Indicá si ambas son reductoras y justificá.
  1. c) Analizá por qué los seres humanos digieren el almidón (con enlaces $\alpha$) pero no la celulosa (con enlaces $\beta$), relacionando la forma tridimensional con la acción de las enzimas.
Resolver

Volvé al principio: la glucosa tiene su C1 libre y puede abrirse al aldehído, así que reduce el Fehling. La sacarosa tiene sus dos carbonos anoméricos unidos entre sí, no puede abrirse y no lo reduce.

Resumen

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