Hidratos de carbono, papel e madeira - Moodle

Química e Física dos Materiais II
Ano lectivo 2015/2016
MATERIAIS BASEADOS EM
HIDRATOS DE CARBONO
( CELULOSE E GOMAS)
Departamento de Química
e Bioquímica
Os hidratos de carbono são uma família de compostos que correspondem a
cerca de 80% do peso seco do reino vegetal. Nesta família são
especialmente importantes no reino vegetal a celulose, o amido, as pectinas
e os açúcares como a sacarose e a glucose. Nos animais superiores a
glucose também se encontra presente e é muito importante uma vez que a
glucose é um constituinte essencial do sangue e ocorre na forma de um
polímero, o glicogénio, no fígado e nos músculos. Os hidratos de carbono
também fazem parte do ATP e dos ácidos nucleicos.
H IDRATOS DE CARBONO
- VÁRIAS DESIGNAÇÕES
Hidratos de carbono ou como também por vezes se diz, carbohidrato, é um
termo usado para caracterizar todo o grupo de produtos naturais
relacionados com os açúcares simples. O nome provém do facto de os
açúcares simples como a glucose C6H12O6 terem uma forma molecular que
sugere estar-se em presença do carbono hidratado: C6(H2O)6 Embora esta
visão esteja errada o nome manteve-se.
Os açúcares (ou oses) também chamados de
sacáridos são o tipo mais simples de hidrato de
carbono. Um monossacárido é um açúcar que não
e hidrolisável em moléculas mais pequenas. Como
exemplo apresenta-se a molécula de glucose.
Os dissacáridos por hidrólise irão originar duas moléculas de
monossacáridos, os triassacáridos irão originar três monossacáridos e
assim sucessivamente.
H IDRATOS DE CARBONO : INFORMAÇÃO
Oligossacárido é um termo aplicado a polímeros contendo até 8
subunidades ( 8 monossacáridos ou oses) e polissacárido refere-se a
polímeros com mais de 8 subunidades. Os polissacáridos naturais são
polímeros formados em geral por 100 a 3000 subunidades.
Os monossacáridos são caracterizados pelo número de átomos de
carbono da cadeia e pelo tipo de grupo carbonilo presente na molécula,
aldeído ou cetona:
se a cadeia contiver 3 átomos de carbono será uma triose,
com 4 será uma tetrose,
com 5 será uma pentose,
com 6 será uma hexose.
Se o grupo carbonilo presente for um grupo aldeído será uma aldose, se
for um grupo cetona será uma cetose
H IDRATOS DE CARBONO: INFORMAÇÃO
Esterioquímica
As oses são em geral moléculas quirais em virtude de possuirem vários centros
assimétricos, geralmente átomos de carbono que estão ligados a quatro
substituintes diferentes.
O termo quiral significa que a molécula não é sobreponível à sua imagem no
espelho. Experimentalmente um composto quiral tem a capacidade de desviar um
feixe de luz polarizada que sobre ele incida.
A ose mais simples é uma aldotriose: o gliceraldeído.
As configurações absolutas do gliceraldeídosão conhecidas:
D(+) gliceraldeído
L(-) gliceraldeído
A designação D,L é uma designação antiga estabelecida por Fisher, mas ainda
utilizada. Fisher estabeleceu arbitrariamente a configuração do (+)
gliceraldeído e designou-a por D.
Todos os açúcares cujo carbono quiral mais afastado do carbonilo tivessem a
mesma configuração pertenciam á série D. Os que tivessem a configuração
oposta pertenciam á série L.
O facto de um açúcar ser (+) ou (-) não está relacionado com o facto de ele ser
D ou L.
H IDRATOS DE CARBONO : INFORMAÇÃO
Formas abertas e formas fechadas das oses
As oses existem sobretudo na forma de cadeia
fechada ou seja, cíclica. Quase todos os açúcares
simples existem na forma de anéis de 6 membros.
Ao se dar a ciclização o carbono do grupo
aldeído torna-se num centro quiral. Em geral a
ciclização ocorre entre o aldeído e o hidroxilo do
carbono 5.
Ao se formar o anel de 6 membros duas situações podem resultar: uma
em que o novo grupo OH então formado fica do mesmo lado do anel que
o grupo CH2OH (forma β) e outra em que o grupo OH fica do lado
oposto do anel relativamente ao grupo CH2OH (forma α). Estas duas
formas dizem-se anoméricas.
Monossacáridos importantes
H IDRATOS DE CARBONO : A G LUCOSE
A glucose, glicose ou dextrose é a ose mais espalhada no mundo vivo.
É encontrada nas uvas e em vários frutos. Industrialmente é obtida a partir do
amido.
No metabolismo, a glucose é uma das principais fontes de energia e fornece
4 calorias de energia por grama
Várias representações da glucose
É a que tem a estrutura mais estável o que explica a sua abundância.
Formação da ligação glicosídica
Dois monossacáridos podem condensar um com o outro com eliminação de
água formando uma ponte éter entre os dois anéis. Esta nova ligação nova
chama-se ligação glicosídica
H IDRATOS DE CARBONO :
F ORMAÇÃO DA LIGAÇÃO GLICOSÍDICA
Como exemplo apresenta-se a formação da maltose a partir de duas formas
cíclicas da glucose :
Poder redutor dos glúcidos
Alguns açúcares podem reduzir os sais de cobre Cu2+ a sais de cobre
Cu+. Este é a base de um teste corado em que se faz reagir um açúcar
com uma solução complexa contendo iões Cu2+. Se o açúcar presente for
um açúcar redutor, ou seja um açúcar que contenha uma função aldeído,
este oxida-se a ácido ao mesmo tempo que se observa o aparecimento
H IDRATOS DE CARBONO :
P ODER REDUTOR DOS GLÚCIDOS
de um precipitado de óxido de cobre, Cu2O, que tem uma cor de tijolo,
muito nítida e intensa.
Este procedimento é a base do teste com o licor de Fehling:
A celulose
H IDRATOS DE CARBONO : A C ELULOSE
A celulose faz parte das paredes celulares das plantas. É formada
exclusivamente por unidades de glucose.
Tem uma estrutura linear. Não é hidrolisada pela alfa-amilase , enzima
que existe na saliva e que permite hidrolisar o amido de forma a poder
ser assimilado pelo homem. Por este motivo os seres humanos não se
podem alimentar de celulose.
É hidrolisada pelas celulases produzidas por algumas bactérias e
fungos
A celulose é o polímero natural mais abundante no mundo.
H IDRATOS DE CARBONO : A C ELULOSE ( CONTINUAÇÃO )
A sua estrutura pode ser classificada em três níveis organizacionais:

O primeiro é definido pela sequência de resíduos β-D-glucopiranosídicos
unidos por ligações covalentes, formando o homopolímero de anidroglicose com
ligações β-D (1→4) glicosídicas, de fórmula geral (C6H10O5)n.

O segundo nível descreve a conformação molecular, isto é, a organização
espacial das unidades repetitivas, e é caracterizado pelas distâncias das
ligações e respectivos ângulos e pelas ligações de hidrogénio intramoleculares.

O terceiro nível define a associação das moléculas formando agregados com
uma determinada estrutura cristalina. Estes agregados conferem elevada
resistência à tensão, tornando a celulose insolúvel em água e em um grande
número de outros solventes.
H IDRATOS DE CARBONO : A C ELULOSE ( CONTINUAÇÃO )
A linhina
A linhina é um polímero que existe nas
plantas superiores e que é formado por
unidades de álcool coniferilo e de outros
álcoois
de
estrutura
semelhante.
Estas
unidades estão unidas entre si de uma
H IDRATOS DE CARBONO : INFORMAÇÃO
maneira pouco ordenada, quase aleatória, e
também se encontram ligadas à celulose. A
presenças destas ligações é responsável pelas
propriedades da madeira nomeadamente a
sua resistência mecânica.
É um material que se oxida facilmente a compostos com
propriedades ácidas pelo que a sua presença no papel é
indesejável, visto que vai promover a hidrólise das fibras de
celulose que o constituem.
As gomas
Muitas plantas produzem espontâneamente, ou quando são feridas, um
exsudado chamada de goma, que é composto por uma mistura complexa
de polissacáridos.
São materiais solúveis ou que formam dispersões em água.
As gomas são um material muito importante em arte pois têm sido o
veículo das aguarelas e têm sido utilizadas na iluminura. Também têm
H IDRATOS DE CARBONO : G OMAS
sido utilizadas como
material adesivo, nomeadamente em selos e
envelopes.
A goma mais conhecida é a goma arábica, produzida por várias espécies
de Acacia, sendo a Acacia senegal a principal fonte deste material.
H IDRATOS DE CARBONO : G OMAS
BIBLIOGRAFIA
Mills, J. S.; White R., The Organic Chemistry of Museum Objects,
Butterworth and Co, London (1987).
Solomons, G.; Fryhle, C., Organic Chemistry, 7.a edição, Wiley,
New York (2000)