CARBOHIDRATOS

Trabajo de química 2

Dafne Juárez González

Los carbohidratos son los compuestos más abundantes y ampliamente distribuidos en la

naturaleza, se hallan en todos los tejidos de animales como en vegetales. Las plantas verdes y

algunas algas sintetizan la glucosa (carbohidrato) por medio del proceso denominado

Fotosíntesis, a partir de dióxido de carbono y agua. También pueden formar parte de la estructura

de soporte, como en el caso de la celulosa o la quitina. Aunque el hombre puede sintetizar la

mayor parte de carbohidratos, una buena parte los obtiene de fuentes vegetales.

Definición

Por su estructura química, los carbohidratos pueden considerarse derivados aldehídicos o

cetónicos de polialcoholes o alcoholes polihidroxílicos. Su fórmula general es Cn(H2O)n,

indicando que existe una molécula de agua por átomo de carbono. Esto originó la aceptación del

nombre de hidratos de carbono o carbohidratos.

No obstante, un hidrato por definición es un compuesto al que se fija una molécula de agua, pero

esto no corresponde a las propiedades de estos compuestos, ya que los resultados de los

espectros indican que no se hallan moléculas de agua individualizadas en la estructura del

carbohidrato. Además, existen compuestos que siguen esa relación y no son caebohidratos, como

el formol C(H2O) o el ácido acético C2(H2O)2 (Pacheco, 2001).

La denominación de azúcares, sacáridos o glúcidos (del latín glykos, que significa dulce) no son

del todo acertada, debido a que no todos estos compuestos son dulces. Como es caso del

almidón, que es insípido.

Isomería

Un isómero es un compuesto con igual formula molecular a otro, pero que difiere solo en la

secuencia de los enlaces que forman al compuesto o en la orientación en el espacio de los

átomos.

La presencia de átomos de carbono Asimétricos o Quirales (átomo de carbono al cual están

unidos 4 átomos o grupos diferentes) en las moléculas de los carbohidratos, hace posible la

formación de isómeros. Los compuestos que poseen la misma secuencia de enlaces, pero que

difieren en la orientación de algunos átomos en el espacio, se conocen como Estereoisómeros o

Isómeros Geométricos (Wade, 2004).

El número posible de isómeros de cualquier compuesto dado depende del número de átomos

asimétricos de carbono que contenga la molécula. Esta relación puede considerarse por la

siguiente expresión algebraica denominada Regla de n:

Si se aplica la Regla de n, se obtendría que la glucosa posee entonces 16 isómeros.

Los estereoisómeros se pueden dividir en dos nuevos grupos que difieren entre ellos en la

configuración alrededor del centro quiral más alejado del grupo carbonilo de la molécula. Aquellos

cuya configuración en ese carbono sea la misma que en el D-gliceraldehido, se denominan

isómeros D. Mientras que aquellos que posean la misma configuración del L-gliceraldehido, se

denominan isómeros L (Nelson, 2001).

Esta clase de isómeros se conocen como Enatiómeros (son imágenes especulares), siendo la

configuración D la más presente en la naturaleza.Según Nelson (2001), dos azucares que difieren

entre sí solo en la configuración alrededor de un solo átomo de carbono presente en la estructura

(con excepción del centro quiral más alejado del grupo funcional) se denominan Epímeros.

La presencia de átomos de carbono asimétricos también confiere una llamada Actividad Óptica a

los compuestos. Cuando se pasa un haz de luz polarizada a través de una solución de un

compuesto que contenga actividad óptica, el haz girará a la derecha o a la izquierda de acuerdo

con el isómero óptico presente. El compuesto que produzca rotación de la luz polarizada a la

derecha se denomina Dextrorrotatotio, y se designa con el signo positivo (+). Si la rotación se

produce a la izquierda, la acción se denomina Levorrotatoria, y se designa en este caso con el

signo negativo (-) (Wade, 2004).

La cetosa dihidroxiacetona, es el único monosacárido que no presenta actividad óptica, debido a

que no posee en su estructura carbonos quirales.

Cuando existen cantidades iguales de isómeros dextrorrotatorios y levorrotatorios, la mezcla

resultante no posee actividad óptica, ya que las actividades de cada isómero se cancelan entre si.

Esta mezcla se tiende a denominar como Racémica (Thomas, 2004).

Clasificación

Los carbohidratos se pueden clasificar en dos grandes bloques dependientes del grupo funcional

presente en la molécula. Si el grupo carbonilo se halla en un extremo de la cadena carbonada, el

compuesto es un aldehído y recibe el nombre de Aldosa. Pero si el carbono carbonilo se

encuentra en cualquier otra posición, el compuesto es una cetona, y recibe el nombre de Cetosa

(Nelson, 2001).

También se pueden clasificar dependiendo del número de átomos de carbono presentes en la

estructura:

Triosas: 3 átomos de carbono.

Tetrosas: 4 átomos de carbono

Pentosas: 5 átomos de carbono.

Hexosas: 6 átomos de carbono.

Si se conjugan las dos clasificaciones vistas hasta el momento, se pueden asignar nombres

generales a los carbohidratos.

Otra categorización que se da para estos compuestos es dependiente del resultado de su

hidrólisis (ruptura de un enlace covalente por adición de agua):

Monosacáridos: Son aquellos carbohidratos que no pueden ser hidrolizados en moléculas más

simples.

Disacáridos: Son carbohidratos que al ser hidrolizados producen 2 moléculas del mismo o

diferente monosacáridos.

Polisacáridos: son carbohidratos que producen al hidrolizarse más de 10 moléculas de

monosacáridos.

En algunos textos se encontrara la denominación desusada Oligosacárido, la cual hace referencia

a los compuestos que por hidrólisis producen de 2 a 10 moléculas de monosacáridos.

Monosacáridos

Estos azucares incluyen a las triosas, tetrosas, pentosas y heptosas. Las triosas se forman en el

curso de la degradación metabólica de las hexosas. Las pentosas son constituyentes importantes

de los ácidos nucleicos y de muchas coenzimas (Pacheco, 2001).

A continuación se muestran los nombres de los carbohidratos de los grupos aldosas y cetosas:

Los monosacáridos más comunes en la naturaleza y en los alimentos son las aldopentosas,

aldohexosas, cetopentosas y algunas cetohexosas.

Estructuras Cíclicas

Los grupos aldehído y cetona de los carbohidratos pueden reaccionar intramolecularmente con un

grupo OH presente en la misma estructura y formar un Hemiacetal (Stryer, 1979).

Los átomos de carbono de los carbohidratos poseen enlaces simples, a excepción del carbono

carbonilo que posee un doble enlace. Esto trae consigo que sus ángulos de unión deben ser

cercanos o iguales a 109º, lo que significa que los átomos o grupos unidos a él se encuentren en

el espacio en forma de zig-zag, con facilidad para curvarse.

El carbono 1 de la D-glucosa que inicialmente no era quiral, se transforma en un carbono quiral.

Este nuevo carbono recibe el nombre de Anomérico, y da lugar a dos anómeros, uno con el grupo

hidroxilo del carbono 1 por debajo del anillo, denominado Anómero a (en posición trans). Otro con

el grupo hidroxilo por encima del anillo, llamándose Anómero ß (en posición cis).

Por ciclación de la D-glucosa se obtiene los hemiacetales a-D-glucopiranosa y la ß-D-

glucopiranosa.

De similar forma la D-fructosa también puede formar un ciclo, pero con cinco carbonos

constituyentes, formándose los anómeros a-D-fructofuranosa y la ß-D-fructofuranosa.

La terminación –furanosa se emplea, ya que la estructura cíclica generada es similar a la del

Furano.

Ahora bien, cuando se disuelve una aldohexosa en agua, su rotación óptica varía gradualmente

hasta alcanzar una rotación constante característica de ese azúcar. Este fenómeno se conoce

como Mutarrotación. En donde las formas alfa y beta se intercambian constantemente, a partir de

las estructuras aldehídica y cetonica lineal (Rodríguez, 1984).

Disacáridos

Los disacáridos son azucares constituidos por dos monosacáridos unidos por un enlace

glucosídico los cuales se forman cuando el grupo hidroxilo (OH) de un azúcar reacciona con el

carbono anomérico de otra. Esta reacción produce un Acetal a partir de un hemiacetal (Nelson,

2001).

La maltosa es el azúcar que se obtiene de la hidrólisis enzimática del almidón, habitualmente

llevado a cabo por el enzima maltasa, que es un paso esencial de todos los procesos de

aprovechamiento del almidón. Se encuentra constituida por dos monosacáridos glucosa.

Se acostumbra a agregar el sufijo –il, eliminando la letra a del residuo que se encuentra a la

izquierda, y el sufijo –ido, eliminando la letra a del segundo residuo.

Otros disacáridos son:

La lactosa que es el disacárido presente en la leche de los mamíferos y consta de una molécula de

galactosa unida a una de glucosa. La lactosa es sintetizada en sus monómeros por la enzima

lactasa en el hombre y por una β-galactosidasa en algunos microorganismos.

La sacarosa que se encuentra constituida por la unión de una molécula de glucosa y otra de

fructosa. La sacarosa es el azúcar de mesa y se extrae a gran escala de la caña de azúcar y de la

remolacha.

Observese que el enlace glucosídico en la sacarosa se da entre los dos carbonos anoméricos de

cada monosacarido.

Y la trehalosa que es el carbohidrato principal de la hemolinfa de los insectos. Al igual que la

sacarosa, el enlace glucosídico se da entre los carbonos anoméricos.

Disacáridos y algunas fuentes de obtención.

Cuando alguno de los monosacáridos que forma a los disacáridos, tiene el carbono anomérico

libre, puede sufrir una reacción de hidrólisis de equilibrio. Esto pasa por ejemplo con la lactosa. La

forma que presenta el grupo aldehído libre se encuentra en muy pequeña proporción. La maltosa

también experimenta este proceso, al igual que todo sacárido que tenga un carbono anomérico

libre.

La galactosa de la lactosa no sufre este equilibrio porque el carbono anomérico está enlazado y

por lo tanto no puede volver a formar el grupo carbonilo que corresponde a la forma abierta. La

configuración α o β queda pues fijada cuando el monosacáridos está formando une enlace

glucosídico, como en el almidón.

La sacarosa no experimenta este equilibrio porque tiene los dos carbonos anoméricos enlazados.

Las aldosas que experimentan este equilibrio, ya sea solas o formando parte de otro sacárido,

presentan, aunque en pequeña proporción, un grupo –CHO que puede ser oxidado a ácido. A

éstos se les denomina azúcares reductores. Maltosa y lactosa son azúcares reductores. La

sacarosa y trehalosa no lo son

Polisacáridos

Los polisacáridos más importantes son los siguientes.

Almidón: esta formado por una cadena a-glucosídica entre monosacáridos glucosa y constituye la

fuente más importante de carbohidratos en los alimentos y se encuentra en los cereales, en

legumbres y algunos vegetales (Rodríguez, 1984).

El análisis minucioso de la estructura del almidón demuestra que es una mezcla de otros dos

polisacáridos: la amilosa y la amilopectina. La proporción de ambos polisacáridos varía según la

procedencia del almidón, pero por lo general, la amilopectina es la más abundante.

Amilasa

Amilopectina

Glucógeno: es el polisacariodo de reserva del organismo animal. Al igual que la amilopectina, es

un carbohidrato constituido por monómeros de glucosa unidas por enlace a(1- 4) y con

ramificaciones de a(1-6) (Nelson, 2001).

Quitina: el segundo azúcar más abundante de la naturaleza se encuentra en forma lineal

compuesto por residuos de N-acetilglucosamina. Difiere de forma química con respecto a la

celulosa es el carbono dos, donde existe el grupo amino acetilado en vez del grupo hidroxilo. La

quitina es el principal componente de los exoesqueletos de la mayoría de los artrópodos (Nelson,

2001).

Celulosa: es el principal constituyente del armazón de las plantas. Las enzimas digestivas del ser

humano no la degradan, por ello constituye una fuente importante de residuos alimenticios.

Dextrinas: son polisacáridos de reserva producidos por ciertas bacterias. Se forman durante el

proceso de desintegración hidrolítica del almidón, en donde son los primeros compuestos

formados (Pacheco, 2001).

Pruebas de Reconocimiento de Carbohidratos

Las más empleadas son las siguientes:

Prueba de Molisch: normalmente la primera prueba realizada para la identificación de los

carbohidratos es la prueba de Molisch. Consiste en mezclar 2ml de la solución a determinar la

presencia de carbohidratos con 2 gotas del reactivo de Molisch (alfa naftol al 10%) recién

preparado y 2ml de H2SO4 concentrado, el cual causa hidrólisis de los enlaces glucosídicos del

disacariodo o polisacárido presente. La aparición de un anillo de rojo violeta es indicativo de la

presencia de carbohidratos en la muestra (Flores, 2002).

Prueba de Lugol: permite distinguir Almidón, Glucógeno, Dextrinas y otros polisacáridos.

Se agrega 1ml de la muestra problema, 3 gotas de HCl concentrado y luego 3 gotas del reactivo de

Lugol, el cual esta constituido de yodo disuelto en yoduro de potasio, lo cual hace que se forme

un complejo físico de iones triyoduro (I3-), los cuales se sitúan dentro de los espacios helicoidales

que presenta la Amilosa o la Amilopectina (almidón) (Flores, 2002).

Prueba de Fehling: los reactivos de Fehling, Tollons y Benedict, son agentes oxidantes

moderados, oxidando a los grupos aldehídos al mismo tiempo que estos se reducen.

A 1 ml de la muestra dada se adiciona 2 gotas del reactivo de Fehling, el cual consiste de dos

partes: una parte esta constituida por una solución de Sulfato Cúprico, y la otra por Hidróxido de

sodio y Tartrato de Sodio Potasio (Sal de Rochelle). Al mezclar cantidades iguales de estas dos

soluciones, se forma un complejo soluble de Tartrato Cúprico, de color oscuro, el cual

proporciona una pequeña concentración de iones Cúprico (Brewster, 1977). La presencia de

carbohidratos reductores queda evidenciada, ya que el grupo aldehído reduce la solución de

Fehling y forman un precipitado rojo ladrillo de Óxido Cuproso.

El Hidróxido de Sodio y el Tartrato que contiene el reactivo de Fehling, son empleados, ya que

actúan como agentes quelantes, para que el ion cuproso no se precipite como Hidróxido Cúprico e

interfiera con la reacción.

El Tartrato no puede formar complejos con el ión cuproso, de manera que la reducción del ion

cuproso a cúprico, al reaccionar con los carbohidrados, provoca la formación de un precipitado

rojo ladrillo, proveniente del óxido cuproso, cuando la reacción es positiva. Pero, las Cetosas

también dan positiva a la reacción de Fehling, ya que en condiciones básicas se tautomerizan a

aldosas, debido a un equilibrio ceto-enolico, catalizado por el medio básico y la adicción de

energía, en este caso representados por el Hidróxido de Sodio y el calentamiento. En el caso de la

fructosa, esta se isomeriza a Glucosa y Manosa (Velázquez, 2008).

Prueba de Seliwanoff: esta prueba se realiza para la identificación de cetosas y aldosas. Se

agregan 0,5 ml de la solución problema y 2 ml del reactivo, el cual, para Flores (ob. cit), esta

constituido por el compuesto fenólico Resorcinol (m-dihidroxibenceno) disuelto en acido

clorhídrico concentrado. Una tonalidad rojo cereza indica la presencia de cetosas.

El ácido clorhídrico deshidrata más rápidamente las cetohexosas que las aldohexosas, ya que

éstas deben isomerizarse a aquellas, para formar el Hidroximetilfurfural por deshidratación

(Velázquez, 2008).

El hidroximetilfurfural es condensado por el resorcinol para formar un complejo de color rosado

salmón.