4º Tema - Moodle

Química e Física dos Materiais II
Ano lectivo 2014/2015
HIDRATOS DE CARBONO
( CELULOSE, LINHINA E GOMAS)
Departamento de Química e Bioquímica
HIDRATOS DE CARBONO
- VÁRIAS DESIGNAÇÕES 1
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
sacarose e glucose. Nos animais superiores a 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.
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 trissacáridos por hidrólise irão originar três moléculas de
monossacáridos, os tetrassacáridos irão originar quatro monossacáridos e
assim sucessivamente.
HIDRATOS DE CARBONO
- VÁRIAS DESIGNAÇÕES 2
Oligossacárido é um termo aplicado a polímeros contendo até 8
subunidades ( 8 monosacáridos ou oses) e polissacárido refere-se a
polímeros com mais de 8 subunidades Os polissacáridos naturais são
polímeros, em geral, formados 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
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:
HIDRATOS DE CARBONO
- VÁRIAS DESIGNAÇÕES 3
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 configuraçäo pertenciam á série D. Os que tivessem a configuração
oposta pertenciam á série L.
O facto de um açúcar ser (+) ou (-) näo está relacionado com o facto de ele ser
D ou L.
Formas abertas e formas fechadas das oses – formação de hemiacetais
e hemicetais
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. O hemiacetal forma-se entre o aldeído e o hidroxilo do carbono 5.
HIDRATOS DE CARBONO
ESTERIOQUÍMICA 1
Ao se formar o anel de 6 membros duas situações podem resultar: uma
em que o OH fica cis para o grupo CH2OH (forma β) e outra em que o
grupo OH fica trans para o grupo CH2OH (forma α). Estas duas formas
dizem-se anoméricas.
Monossacáridos importantes
HIDRATOS DE CARBONO
GLUCOSE
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
Examinando a sua estrutura verifica-se que é a única ose em que
todos os grupos hidroxilo estão em posição equatorial e portanto é a
que tem a estrutura mais estável
Formação da ligação glicosídica
HIDRATOS DE CARBONO:
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 e é estabelecida entre o hidroxilo do carbono anomérico de um
monossacárido e o hidroxilo presente na posição 4, ou então o hidroxilo presente
na posição 6 do outro monossacárido.
Como exemplo apresenta-se a formação da maltose a partir dos dois anómeros da
glucose :
HIDRATOS DE CARBONO:
PODER REDUTOR DOS GLÚCIDOS
Poder redutor dos glúcidos
As aldoses podem reduzir os sais de cobre Cu2+ a sais de cobre Cu+,
oxidando-se simultaneamente a ácidos. Este é a base de um teste corado
em que se faz reagir o açúcar com uma solução complexa contendo iões
Cu2+ Se o açúcar presente for uma aldose, esta oxida-se ao
correspondente ácido mesmo tempo que se observa o aparecimento 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 faz parte das paredes celulares das plantas. É também
formada exclusivamente por unidades de glucose.
A ligação entre as várias unidades de glucose é diferente da do amido
porque a glucose está na forma beta.
Tem uma estrutura linear. Não é hidrolisada pela alfa-amilase motivo
porque os seres humanos não se podem alimentar de celulose.
CELULOSE
HIDRATOS DE CARBONO
É hidrolisada pelas celulases produzidas por algumas bactérias e fungos
CELULOSE
HIDRATOS DE CARBONO
A celulose é o polímero natural mais abundante no mundo. 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.
LENHINA
HIDRATOS DE CARBONO
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 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.
HIDRATOS DE CARBONO
GOMAS
Muitas plantas produzem expontâneamente ou quando são feridas, um
exsudado que é composto por uma mistura complexa de polissacáridos
chamada de gomas.
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 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.
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)