UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

PRACTICA No. 3ALDEHÍDOS, CETONAS Y CARBOHIDRATOS

JOHNY ROBERTO RODRÍGUEZ PÉREZ (Director Nacional)

ALBA JANETH PINZÓN ROSAS Acreditador

LUIS ISRAEL CORDOBA Código: 80.165.422

AGRONOMIA

BOGOTA D.C. Abril 18 de 2013

PRACTICA No. 3 – ALDEHÍDOS, CETONAS Y CARBOHIDRATOS

Temáticas de la práctica Compuestos orgánicos oxigenados (funciones oxigenadas), aldehídos, cetonas, reactividad del grupo carbonilo, carbohidratos

Propósito

Introducir al aprendiente a los fundamentos del análisis químico (reactividad y comportamiento) dealdehídos, cetonas y carbohidratos.

Objetivo General

Determinar la reactividad de algunos aldehídos, cetonas y carbohidratos a través de pruebas de análisis, identificando características químicas particulares de cada grupo de sustancias.

Meta

Analizar el comportamiento químico del grupo carbonilo presente en aldehidos y cetonas, así como la reactividad de los carbohidratos a través de reacciones químicas y procesos especificos.

Competencias

El aprendiente adquirirá competencias en:

• El manejo de instrumental de laboratorio asociado a procedimientos relacionados con la química orgánica.

• Apropiación y aplicación del lenguaje técnico y científico propio de un laboratorio de química orgánica.

• Capacidad para investigar a través de la indagación de información relevante en el laboratorio y diversas fuentes documentales.

Fundamentación Teórica

1. Formación de fenilhidrazonas

La fenilhidracina (C6H5NH-NH2) es un derivado del amoniaco, forma con los aldehídos y cetonasderivados sólidos de color amarillos denominados fenilhidrazonas.

El reactivo más común para este tipo de ensayos es la 2,4 dinitro-fenilhidracina que forma precipitados rojizos o amarillo anaranjado con aldehídos y cetonas (Figuras 1 y 2):

Figura 1. Reacción de la 2,4 dinitro-fenilhidracina con un aldehído

Figura 2. Reacción de la 2,4 dinitro-fenilhidracina con una cetona

2. Reacciones de oxidación

Permiten efectuar una diferenciación de los aldehídos y las cetonas. Las más conocidas son: los ensayos de Fehling, Benedict y Tollens, cada ensayo tiene un tipo diferente de fuerza reductora permitiendo diferenciar los aldehídos de las cetonas.a. Ensayo de Fehling

El reactivo de Fehling está formado por dos soluciones denominadas A y B2. Al momento de efectuar el ensayo se mezclan en volúmenes equivalentes para formar un complejo cupro –tartárico en medio alcalino. En esta prueba se oxida a los aldehídos más no a las cetonas.

La reacción que ocurre es:

Figura 3. Reacción típica del ensayo de Fehling

Ensayo de Benedict

El reactivo de Benedict es un único reactivo que contiene sulfato de cobre, citrato de sodio y carbonato de sodio, por lo tanto, la prueba también se fundamenta en la presencia de ión cúprico en medio alcalino.

En esta se reduce a los aldehídos y puede usarse como prueba confirmatoria. La reacción essemejante a la que se tiene en el ensayo de Fehling solo que el complejo orgánico es un citrato.

c. Ensayo de Tollens

El reactivo de Tollens reactivo contiene un ión complejo de plata amoniacal, que se reduce a plata metálica cuando reacciona con aldehídos, azúcares y polihidroxifenoles fácilmente oxidables. En el ensayo se debe controlar el calentamiento ya que el exceso lleva a la oxidación de las cetonassiendo imposible su diferenciación.

Como el reactivo es inestable, es necesario prepararlo mezclando hidróxido de sodio acuoso,nitrato de plata acuoso e hidróxido de amonio.

3. Detección de hidrógenos α (alfa) - Ensayo del haloformo

Si la sustancia tiene una estructura con la configuración: CH3–CO-, o la puede generar cuandoreacciona con hipoyodito alcalino el ensayo será positivo.

En el ensayo del haloformo se puede obtener cloroformo, bromoformo y yodoformo. Sin embargo se prefiere el último por ser un sólido amarillo y con olor característico.

La reacción que ocurre en el ensayo es:

O║

R–CH(OH)–CH3 + I2 + 2NaOH → R–C–CH3 + 2NaI + 2H2OO O

║ ║R–C–CH3 + 3I2 + 3NaOH → R–C–CI3 + 3NaI + 3H2O

O║

R–C–CI3 + NaOH → R–COO–Na + CHI3Yodoformo

Figura 4. Serie de reacciones para la producción de yodoformo

II. Pruebas para el análisis de Carbohidratos

Es posible establecer una serié de reacciones (marcha analítica) para la identificación específica de estos biomoléculas, iniciando con una reacción general típica que los identifica, para luego discriminarlos, determinando si son poli, di o monosacáridos y diferenciando a su vez si son aldosas o cetosas y dentro de ellas si son pentosas o hexosas.

El esquema de estas reacciones se encuentra en la figura 6. Los di, oligo y polisacáridos se hidrolizan al ser calentados con ácido mineral concentrado (generalmente ácido sulfúrico)generando monosacáridos quienes se deshidratan por acción del mismo para producir furfural o5–hidroximetil furfural:

Figura 5. Hidrólisis típica de un carbohidrato en medio ácido

Complementacion:

Aldehídos

Los aldehídos son compuestos orgánicos caracterizados por poseer el grupo funcional -CHO. Se denominan como los alcoholes correspondientes, cambiando la terminación -ol por -al :

Es decir, el grupo carbonilo C=O está unido a un solo radical orgánico.

Se pueden obtener a partir de la oxidación suave de los alcoholes primarios. Esto se puede llevara cabo calentando el alcohol en una disolución ácida de dicromato de potasio (también hay otrosmétodos en los que se emplea Cr en el estado de oxidación +6). El dicromato se reduce a Cr3+

(de color verde). También mediante la oxidación de Swern, en la que se emplea dimetilsulfóxido,(DMSO), dicloruro de oxalilo, (CO)2Cl2, y una base. Esquemáticamente el proceso de oxidación

3 Propanal

es el siguiente:

Etimológicamente, la palabra aldehído proviene del latín científico alcohol dehydrogenatum(alcohol deshidrogenado).

Propiedades

Propiedades físicas

• La doble unión del grupo carbonilo son en parte covalentes y en parte iónicas dado que el grupo carbonilo está polarizado debido al fenómeno de resonancia.

• Los aldehídos con hidrógeno sobre un carbono sp³ en posición alfa al grupo carbonilo presentan isomería tautomérica.Los aldehídos se obtienen de la deshidratación de unalcohol primario, se deshidratan con permanganato de potasio, la reacción tiene que serdébil , las cetonas también se obtienen de la deshidratación de un alcohol , pero estas seobtienen de un alcohol secundario e igualmente son deshidratados como permanganato de potasio y se obtienen con una reacción débil , si la reacción del alcohol es fuerte elresultado será un ácido carboxílico.

Propiedades químicas

• Se comportan como reductor, por oxidación el aldehído de ácidos con igual número deátomos de carbono.

La reacción típica de los aldehídos y las cetonas es la adición nucleofílica.

Nomenclatura

Se nombran sustituyendo la terminación -ol del nombre del hidrocarburo por -al. Los aldehídosmás simples (metanal y etanal) tienen otros nombres que no siguen el estándar de la UniónInternacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) pero son más utilizados (formaldehído y acetaldehído, respectivamente) estos últimos dos son nombrados en nomenclatura trivial.

Número de carbonos Nomenclatura IUPAC Nomenclatura trivial Fórmula P.E.°C1 Metanal Formaldehído HCHO -212 Etanal Acetaldehído CH3CHO 20,2

PropionaldehídoPropilaldehído

C2H5CHO 48,8

4 Butanal n-Butiraldehído C3H7CHO 75,7n-Valeraldehído

5 Pentanal Amilaldehídon-Pentaldehído

C4H9CHO 103

8 Octanal Can-O

rilaldehídoctilaldehído

C7H15CHO

9 NonanalPelan-N

rgonaldehídoonilaldehído

C8H17CHO

10 DecanalCa

n-Drinaldehídoecilaldehído

C9H19CHO

6 Hexanal Capronaldehídon-Hexaldehído

C5H11CHO

Enantaldehído7 Heptanal Heptilaldehído

n-Heptaldehído

p

C6H13CHO

Fórmula general: CnH2n+1CHO (n = 0, 1, 2, 3, 4, ...)

-Para nombrar aldehídos como sustituyentes

Nomenclatura aldehidos

Los aldehídos son funciones terminales, es decir que van al final de las cadenas Nomenclatura deciclos

Localizador Cadena Carbonada Principal Carbaldehido Ejemplo

1(se puede omitir) Benceno Carbaldehido

2,3 Naftaleno DiCarbaldehido

Si el ciclo presenta otros sustituyentes menos importantes se los nombre primeros, así:

Reacciones

Artículo principal: Reacciones de aldehídos.

Los aldehídos aromáticos como el benzaldehído se dismutan en presencia de una base dando elalcohol y el ácido carboxílico correspondiente:

2 C6H5C(=O)H → C6H5C(=O)OH + C6H5CH2OH

Con aminas primarias dan las iminas correspondiente en una reacción exotérmica que a menudo es espontánea:

R-CH=O + H2N-R' → R-CH=N-R'

En presencia de sustancias reductoras como algunos hidruros o incluso otros aldehídos pueden

ser reducidos al alcohol correspondiente mientras que oxidantes fuertes los transforman en elcorrespondiente ácido carboxílico.

Con cetonas que portan un hidrógeno sobre un carbono sp³ en presencia de catalizadores ácidos o básicos se producen condensaciones tipo aldol.

Con alcoholes o tioles en presencia de sustancias higroscópicas se pueden obtener acetales porcondensación. Como la reacción es reversible y los aldehídos se recuperan en medio ácido y presencia de agua esta reacción se utiliza para la protección del grupo funcional.

Síntesis

• Por oxidación de alcoholes primarios• Por carbonilación.• Por oxidación de halogenuros de alquilo (Oxidación de Kornblum)• Por reducción de ácidos carboxílicos o sus derivados (ésteres, halogenuros de alquilo).

Usos

Los usos principales de los aldehídos son:

• La fabricación de resinas• Plásticos• Solventes• Pinturas• Perfumes• Esencias

Los aldehídos están presentes en numerosos productos naturales y grandes variedades de ellosson de la propia vida cotidiana. La glucosa por ejemplo existe en una forma abierta que presenta un grupo aldehído. El acetaldehído formado como intermedio en la metabolización se cree responsable en gran medida de los síntomas de la resaca tras la ingesta de bebidas alcohólicas.

El formaldehído es un conservante que se encuentra en algunas composiciones de productoscosméticos. Sin embargo esta aplicación debe ser vista con cautela ya que en experimentos con animales el compuesto ha demostrado un poder cancerígeno. También se utiliza en la fabricación de numerosos compuestos químicos como la baquelita, la melamina etc.

Cetonas

Cetonas alifáticas

Resultan de la oxidación moderada de los alcoholes secundarios. Si los radicales alquilo R soniguales la cetona se denomina simétrica, de lo contrario será asimétrica.

• Isomeríao Las cetonas son isómeros de los aldehídos de igual número de carbono.

o Las cetonas de más de cuatro carbonos presentan isomería de posición. (En casos específicos)

o Las cetonas presentan tautomería ceto-enólica.

Cetonas aromáticas

Se destacan las quinonas, derivadas del benceno.

Cetonas mixtas

Cuando el grupo carbonil se acopla a un radical arilico y un alquilico, como el fenilmetilbutanona.

Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:

• El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona. Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.

• Citar los dos radicales que están unidos al grupo Carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.

Propiedades físicas

Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular. No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular. Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

Propiedades químicas

Al hallarse el grupo carbonilo en un carbono secundario son menos reactivas que los aldehídos. Solo pueden ser oxidadas por oxidantes fuertes como el permanganato de potasio dando como productos dos ácidos con menor número de átomos de carbono. Por reducción dan alcoholessecundarios. No reaccionan con el reactivo de Tollens para dar el espejo de plata como losaldehídos, lo que se utiliza para diferenciarlos. Tampoco reaccionan con los reactivos de Fehling y Schiff. y es muy importante para todo.

Síntesis

Por cambio de grupo funcional

• Oxidación de alcoholes secundarios• Hidratación de alquinos• Hidrólisis de dihalogenuros geminales• Reacción de Nef

Reacciones de cetonas

Las reacciones de los aldehídos y cetonas son esencialmente de tres tipos; adición nucleofílica,oxidación y reducción.

Adición nucleofílica: Debido a la resonancia del grupo carbonilo la reacción más importante de aldehídos y cetonas es la reacción de adición nucleofílica cuyo mecanismo es el siguiente:

Siguen este esquema la reacción con hidruros ( NaBH4, LiAlH4 ) donde Nu- = H- y la reaccióncon organometálicos (RMgLi, RLi) donde Nu- = R-.

• Adición nucleofílica de alcoholes.• Adición de amina primaria.• Adición de Hidroxilamina.• Adición de hidracinas.• Adición de Ácido Cianhídrico.

Ejemplos de reacciones de cetonas son la reacción de Grignard, la reacción de Reformatski.

Las cetonas que poseen hidrógenos en posiciónα al grupo carbonilo dan también reacciones decondensación mediante un mecanismo en el que una base fuerte sustrae un hidrógeno α de la cetona generando un enolato, el cual (en su forma carbaniónica) actúa como nucleófilo sobre elgrupo carbonilo de otra molécula de la misma cetona o de otro compuesto carbonílico (otra cetona, aldehído, éster, etcétera). Luego de la adición nucleofílica del carbanión al grupocarbonilo se genera un aldol mediante la acidificación del medio, el cual puede deshidratarse por calentamiento de la mezcla de reacción, obteniéndose un compuesto carbonílico α,ß-insaturado. Cabe aclarar que no siempre es necesaria la acidificación del medio de reacción y que en muchasreacciones de condensación se obtiene el producto deshidratado de manera espontánea (esto depende de la estabilidad relativa de los posibles productos de la condensación).

El carbonilo de las cetonas puede reaccionar con alquenos en cicloadiciones [2 + 2] para formaroxetanos (Reacción de Paterno-Büchi)

Nomenclatura de Cetonas

En la nomenclatura de cetonas para nombrarlas se toma en cuenta el número de átomos decarbono y se cambia la terminación por ONA, indicando el carbono que lleva el grupo carbonilo(CO). Además se debe tomar como cadena principal la de mayor longitud que contenga el grupocarbonilo y luego se enumera de tal manera que éste tome el localizador más bajo.

Nomenclatura radicofuncional

Otro tipo de nomenclatura para las cetonas, consiste en nombrar las cadenas como sustituyentes, ordenándolas alfabéticamente, se nombran los radicales y se aumenta la palabra CETONA. Si losdos radicales son iguales es una cetona simétrica, y si los radicales son diferentes es una cetona asimétrica.

Nomenclatura en casos especiales

En los casos en los que existen dos o más grupos carbonilos en una misma cadena, se puede usar la nomenclaruta sustitutiva. En esta nomenclatura si existen dos o más grupos CO aumentamos los prefijos (di, tri, tetra, etc.), antes de la terminación -ona.

Así como en la nomenclatura sustitutiva, también en la nomenclatura radicofuncional, si exísten dos o más grupos CO en una misma cadena se nombra normalmente los radicales y se anteponeel prefijo (di, tri, tetra, etc) a la palabra cetona.

Para algunos compuestos en los que el grupo carbonilo CO se encuentra directamente unido a unanillo bencénico o naftalénico se puede utilizar las nomenclaturas ya antes nombradas y también este otro tipo de nomenclatura que consiste en indicar los grupos:

• CH3-CO-• CH3-CH2-CO-• CH3-CH2-CH2-CO- , etc

Mediante los nombres aceto, propio, butiro, etc. y agregarles la terminación fenona o naftona.

Nomenclatura de cetonas que actúan como radicales dentro de la cadena

Cadenas con cetonas que no gozan de prioridad debido a la existencia de otros grupos funcionales más importantes. Nomenclatura con prefijo oxo.

La nomenclatura ya antes nombrada se toma para casos considerados en que la función cetonatiene prioridad, pero cuando la cetona no es el grupo funcional principal, si no que hay otra función u otras funciones con mayor preferencia se emplea está nomenclatura: Para indicar algrupo CO se emplea el prefijo OXO:

Carbohidratos

Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos (del griego σάκχαρ "azúcar") son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. La glucosa, el glucógeno y el almidón son las formas biológicas primarias de almacenamiento y consumo de energía; lacelulosa forma la pared celular de las células vegetales y la quitina es el principal constituyente del exoesqueleto de los artrópodos.

El término "hidrato de carbono" o "carbohidrato" es poco apropiado, ya que estas moléculas no son átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino que constan deátomos de carbono unidos a otros grupos funcionales como carbonilo e hidroxilo. Este nombre proviene de la nomenclatura química del siglo XIX, ya que las primeras sustancias aisladasrespondían a la fórmula elemental Cn(H2O)n (donde "n" es un entero >= 3). De aquí que el término"carbono-hidratado" se haya mantenido, si bien posteriormente se demostró que no lo eran.Además, los textos científicos anglosajones aún insisten en denominarlos carbohydrates lo que induce a pensar que este es su nombre correcto. Del mismo modo, en dietética, se usa con másfrecuencia la denominación de carbohidratos.

Los glúcidos pueden sufrir reacciones de esterificación, aminación, reducción, oxidación, lo cual otorga a cada una de las estructuras una propiedad específica, como puede ser de solubilidad.

Características

Los glúcidos son compuestos formados en su mayor parte por átomos de carbono e hidrógeno yen una menor cantidad de oxígeno. Los glúcidos tienen enlaces químicos difíciles de romper detipo covalente, pero que almacenan gran cantidad de energía, que es liberada cuando la molécula es oxidada. En la naturaleza son un constituyente esencial de los seres vivos, formando parte de

biomoléculas aisladas o asociadas a otras como las proteínas y los lípidos, siendo loscompuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. La glucosa es sintetizada por lasplantas verdes mediante la fotosíntesis a partir de materia inorgánica (CO2 y H2O).

Los glúcidos desempeñan dos papeles fundamentales en los seres vivos. Por un lado sonmoléculas energéticas de uso inmediato para las células (glucosa) o que se almacenan para su posterior consumo (almidón y glucógeno); 1g proporciona 4 kcal. Por otra parte, algunospolisacáridos tiene una importante función estructural ya que forman parte de la pared celular de los vegetales (celulosa) o de la cutícula de los artrópodos.

Tipos de glúcidos

Los glúcidos se dividen en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos

Los glúcidos más simples, los monosacáridos, están formados por una sola molécula; no pueden ser hidrolizados a glúcidos más pequeños. La fórmula química general de un monosacárido nomodificado es (CH2O)n, donde n es cualquier número igual o mayor a tres, su límite es de 7 carbonos. Los monosacáridos poseen siempre un grupo carbonilo en uno de sus átomos decarbono y grupos hidroxilo en el resto, por lo que pueden considerarse polialcoholes. Por tanto se definen químicamente como polihidroxialdehídos o pihidroxicetonas.

Los monosacáridos se clasifican de acuerdo a tres características diferentes: la posición del grupocarbonilo, el número de átomos de carbono que contiene y su quiralidad. Si el grupo carbonilo esun aldehído, el monosacárido es una aldosa; si el grupo carbonilo es una cetona, el monosacáridoes una cetosa. Los monosacáridos más pequeños son los que poseen tres átomos de carbono, y son llamados triosas; aquellos con cuatro son llamados tetrosas, lo que poseen cinco sonllamados pentosas, seis son llamados hexosas y así sucesivamente. Los sistemas de clasificación son frecuentemente combinados; por ejemplo, la glucosa es una aldohexosa (unaldehído de seis átomos de carbono), la ribosa es una aldopentosa (un aldehído de cinco átomosde carbono) y la fructosa es una cetohexosa (una cetona de seis átomos de carbono).

Cada átomo de carbono posee un grupo de hidroxilo (-OH), con la excepción del primero y elúltimo carbono, todos son asimétricos, haciéndolos centros estéricos con dos posibles configuraciones cada uno (el -H y -OH pueden estar a cualquier lado del átomo de carbono). Debido a esta asimetría, cada monosacárido posee un cierto número de isómeros. Por ejemplo la aldohexosa D-glucosa, tienen la fórmula (CH2O)6, de la cual, exceptuando dos de sus seis átomosde carbono, todos son centros quirales, haciendo que la D-glucosa sea uno de losestereoisómeros posibles. En el caso del gliceraldehído, una aldotriosa, existe un par de posibles esteroisómeros, los cuales son enantiómeros y epímeros (1,3-dihidroxiacetona, la cetosa correspondiente, es una molécula simétrica que no posee centros quirales). La designación D o L es realizada de acuerdo a la orientación del carbono asimétrico más alejados del grupo carbonilo:si el grupo hidroxilo está a la derecha de la molécula es un azúcar D, si está a la izquierda es un azúcar L. Como los D azúcares son los más comunes, usualmente la letra D es omitida.

Ciclacion

El grupo aldehído o cetona en una cadena lineal abierta de un monosacárido reaccionará reversiblemente con el grupo hidroxilo sobre un átomo de carbono diferente en la misma molécula para formar un hemiacetal o hemicetal, formando un anillo heterocíclico, con un puente deoxígeno entre los dos átomos de carbono. Los anillos con cinco y seis átomos son llamadosformas furanosa y piranosa respectivamente y existen en equilibrio con la cadena lineal abierta.

Durante la conversión de la forma lineal abierta a la forma cíclica, el átomo de carbonoconteniendo el oxígeno carbonilo, llamado el carbono anomérico, se transforma en un centro quiral con dos posibles configuraciones: el átomo de oxígeno puede tomar una posición arriba o abajo del plano del anillo. El par de estereoisómeros resultantes son llamados anómeros. En el α-anómero, el -OH sustituyente sobre el carbono anomérico se encuentra en el lado opuesto delanillo (posición trans) a la cadena CH2OH. La forma alternativa, en la cual el sustituyente CH2OH y el grupo hidroxilo sobre el carbono anomérico están en el mismo lado (posición cis) del planodel anillo, es llamado β-anómero. Como el anillo y la forma abierta se interconvierten, ambosanómeros existen en equilibrio.

Uso en células

Los monosacáridos son la principal fuente de combustible para el metabolismo, siendo usado tanto como una fuente de energía (la glucosa es la más importante en la naturaleza) y enbiosíntesis. Cuando los monosacáridos no son necesitados para las células son rápidamente convertidos en otra forma, tales como los polisacáridos.

La ribosa y la desoxirribosa son componentes estructurales de los ácidos nucléicos.

Disacaridos

Los disacáridos son glúcidos formados por dos moléculas de monosacáridos y, por tanto, alhidrolizarse producen dos monosacáridos libres. Los dos monosacáridos se unen mediante unenlace covalente conocido como enlace glucosídico, tras una reacción de deshidratación queimplica la pérdida de un átomo de hidrógeno de un monosacárido y un grupo hidroxilo del otro monosacárido, con la consecuente formación de una molécula de H2O, de manera que la fórmula de los disacáridos no modificados es C12H22O11.

La sacarosa es el disacárido más abundante y la principal forma en la cual los glúcidos sontransportados en las plantas. Está compuesto de una molécula de glucosa y una molécula defructosa. El nombre sistemático de la sacarosa , O-α-D-glucopiranosil-(1→2)- β-D-fructofuranósido, indica cuatro cosas:

• Sus monosacáridos: Glucosa y fructosa.• Disposición de las moléculas en el espacio: La glucosa adopta la forma piranosa y la

fructosa una furanosa.• Unión de los monosacáridos: El carbono anomérico uno (C1) de α-glucosa está enlazado

en alfa al C2 de la fructosa formando 2-O-(alfa-D-glucopiranosil)-beta-D-fructofuranosidoy liberando una molécula de agua.

• El sufijo -ósido indica que el carbono anomérico de ambos monosacáridos participan en

el enlace glicosídico.

La lactosa, un disacárido compuesto por una molécula de galactosa y una molécula de glucosa, estará presente naturalmente sólo en la leche. El nombre sistemático para la lactosa es O-β-D-galactopiranosil-(1→4)-D-glucopiranosa. Otro disacárido notable incluyen la maltosa (dos glucosa enlazadas α-1,4) y la celobiosa (dos glucosa enlazadas β-1,4).

Oligosacaridos

Los oligosacáridos están compuestos por tres a diez moléculas de monosacáridos que alhidrolizarse se liberan. No obstante, la definición de cuan largo debe ser un glúcido para serconsiderado oligo o polisacárido varía según los autores. Según el número de monosacáridos dela cadena se tienen los disacaridos (como la lactosa ), tetrasacárido (estaquiosa), pentasacáridos, etc.

Los oligosacáridos se encuentran con frecuencia unidos a proteínas, formando lasglucoproteínas, como una forma común de modificación tras la síntesis proteica. Estas modificaciones post traduccionales incluyen los oligosacáridos de Lewis, responsables por las incompatibilidades de los grupos sanguíneos, el epítope alfa-Gal responsable del rechazo hiperagudo en xenotrasplante y O-GlcNAc modificaciones.

Polisacaridos

Los polisacáridos son cadenas, ramificadas o no, de más de diez monosacáridos, resultan de la condensación de muchas moléculas de monosacáridos con la pérdida de varias moléculas deagua. Su fórmula empírica es: (C6 H10 O5)n. Los polisacáridos representan una clase importante de polímeros biológicos y su función en los organismos vivos está relacionada usualmente conestructura o almacenamiento.

El almidón es usado como una forma de almacenar monosacáridos en las plantas, siendoencontrado en la forma de amilosa y la amilopectina (ramificada).

En animales, se usa el glucógeno en vez de almidón el cual es estructuralmente similar pero más densamente ramificado. Las propiedades del glucógeno le permiten ser metabolizado más rápidamente, lo cual se ajusta a la vida activa de los animales con locomoción.

La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa es usada en la pared celular de plantas y otros organismos y es la molécula más abundante sobre la tierra. La quitina tiene una estructura similar a la celulosa, pero tiene nitrógeno en sus ramasincrementando así su fuerza. Se encuentra en los exoesqueletos de los artrópodos y en las paredes celulares de muchos hongos. Tiene diversos usos: en hilos para sutura quirúrgica.

Otros polisacáridos incluyen la callosa, la lamiña, la rina, el xilano y la galactomanosa.

Función de los glúcidos

Los glúcidos desempeñan diversas funciones, entre las que destacan la energética y la estructural.

Glúcidos energéticos

Los mono y disacáridos, como la glucosa, actúan como combustibles biológicos, aportandoenergía inmediata a las células; es la responsable de mantener la actividad de los músculos, latemperatura corporal, la presión arterial, el correcto funcionamiento del intestino y la actividad de las neuronas. Los glúcidos aparte de tener la función de aportar energía inmediata a las células,también proporcionan energía de reserva a las células.

Glúcidos estructurales

Algunos polisacáridos forman estructuras esqueléticas muy resistentes, como la celulosa de lasparedes de células vegetales y la quitina de la cutícula de los artrópodos.

Otras funciones

La ribosa y la desoxirribosa son constituyentes básicos de los nucleótidos, monómeros del ARN ydel ADN.

Los oligosacáridos del glicocáliz tienen un papel fundamental en el reconocimiento celular.

Metabolismo de los glúcidos

Los glúcidos representan las principales moléculas almacenadas como reserva en los vegetales.Los vegetales almacenan grandes cantidades de almidón producido a partir de la glucosaelaborada por fotosíntesis, y en mucha menor proporción, lípidos (aceites vegetales).

Los animales almacenan básicamente triglicéridos (lípidos). Al contrario que los glúcidos, los lípidos sirven para almacenar y obtener energía a más largo plazo. También almacenan cierta cantidad de glucógeno, sobre todo en el músculo y en el hígado. Aunque muchos tejidos yórganos animales pueden usar indistintamente los glúcidos y los lípidos como fuente de energía,otros, principalmente los eritrocitos y el tejido nervioso (cerebro), no pueden catabolizar los lípidosy deben ser continuamente abastecidos con glucosa.

En el tubo digestivo los polisacáridos de la dieta (básicamente almidón) son hidrolizados por lasglucosidasas de los jugos digestivos, rindiendo monosacáridos, que son los productos digestivosfinales; éstos son absorbidos por las células del epitelio intestinal e ingresan en el hígado a travésde la circulación portal, donde, alrededor del 60%, son metabolizados. En el hígado, la glucosa también se puede transformar en lípidos que se transportan posteriormente al tejido adiposo.

El músculo es un tejido en el que la fermentación representa una ruta metabólica muy importante ya que las células musculares pueden vivir durante largos períodos de tiempo en ambientes conbaja concentración de oxígeno. Cuando estas células están trabajando activamente, su requerimiento de energía excede su capacidad de continuar con el metabolismo oxidativo de loshidratos de carbono puesto que la velocidad de esta oxidación está limitada por la velocidad a la que el oxígeno puede ser renovado en la sangre. El músculo, al contrario que otros tejidos, produce grandes cantidades de lactato que se vierte en la sangre y retorna al hígado para ser transformado en glucosa, proceso metabólico conocido como ciclo de Cori.

Las principales rutas metabólicas de los glúcidos son:

• Glicólisis. Oxidación de la glucosa a piruvato.• Fermentación. La glucosa se oxida a lactato (fermentación láctica), o etanol y CO2

(fermentación alcohólica.• Gluconeogénesis. Síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos.• Glucogénesis. Síntesis de glucógeno.• Ciclo de las pentosas. Síntesis de pentosas para los nucleótidos.

En el metabolismo oxidativo encontramos rutas comunes con los lípidos como son el ciclo deKrebs y la cadena respiratoria. Los oligo y polisacáridos son degradados inicialmente a monosacáridos por enzimas llamadas glicósido hidrolasas. Entonces los monosacáridos pueden entrar en las rutas catabólicas de la glucosa.

La principal hormona que controla el metabolismo de los glúcidos es la insulina.

Descripción de la practica

Análisis elemental de sustancias: aldehídos, cetonas y carbohidratos

Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

• Espátula• Gradilla, 20 Tubos de ensayo, pinzas para tubo de ensayo• Vaso de precipitados 250mL• Pipeta 10mL• Mortero• Soporte universal, Mechero Bunsen, Trípode, Malla• Agitador de vidrio, Cinta de enmascarar, Vidrio de reloj, Papel absorbente• Reactivos suministrados por el laboratorio

• Agua destilada, NaOH(ac 10%), H2SO4(l), 2,4 dinitrofenilhidracina, Reactivo de FehlingA, Reactivo de Fehling B, Reactivo de Tollens, Reactivo Lugol, Reactivo de Molisch,Reactivo de Benedict, Reactivo de Barfoed, Reactivo de Bial, Reactivo de Seliwanoff.

Metodología

Parte IDeterminación de propiedades físicas

Parte IPruebas para el análisis de aldehídos y cetonasDe acuerdo a la disponibilidad del laboratorio, el tutor colocará a disposición de cada grupo losalcoholes y fenoles disponibles. Se recomiendan formaldehido, acetaldehído, benzaldehído,cetona, benzofenona, entre otros

1. Formación de fenilhidrazonas1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar y márquelo con el

nombre de la misma2. Adicione 0,5mL o 0,25 g de la sustancia a analizar (en caso de ser solida añada 1mL de etanol

y agite hasta formar una solución)3. Adicione a cada tubo 0,5mL de solución de 2,4 dinitro-fenilhidracina4. Agite fuertemente, registre los tiempos de aparición de los correspondientes precipitados hasta

un tiempo de máximo 10 minutos. Igualmente registre los cambios, colores y otros aspectos que considere convenientes

5. En el informe de laboratorio realice las reacciones correspondientes.

2. Reacciones de oxidación (diferenciación entre aldehídos y cetonas)a. Ensayo de Fehling1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar y márquelo con el nombre

de la misma2. Adicione 0,5mL o 0,25 g de la sustancia a analizar3. Añada a cada tubo 0,5mL de solución de Fehling A y 0,5mL de solución de Fehling B4. Agite suavemente, coloque los tubos en un baño de agua hirviendo, durante unos tres minutos.5. Un precipitado amarillo naranja de óxido cuproso es ensayo positivo. Si se ha añadido exceso

de reactivo puede aparecer una coloración verde que se toma también como positivo.

PRECAUCIONESOtras sustancias orgánicas como las α–hidroxicetonas dan ensayo positivo.No se debe calentar demasiado tiempo los tubos ya que las cetonas pueden oxidarse en lascondiciones del ensayo, falseando los resultados.Los aldehídos aromáticos y los alifáticos que no tengan hidrógeno en el carbono α no danprecipitado.

b. Ensayo de Benedict1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Adicione 2mL del reactivo de Benedict3. Caliente en un baño de agua hirviendo por tres minutos.4. Observe los resultados y regístrelos.

c. Ensayo de Tollens1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Adicione 2mL del reactivo de Tollens, agite y deje reposar por 10 minutos.3. Si luego de los 10 minutos, no ha ocurrido reacción alguna, puede calentar en baño maría a

35ºC por cinco minutos. No olvide controlar la temperatura para que no reaccionen lascetonas.

4. Registre sus datos5. Si aparece un precipitado negro o un espejo de plata se considera al ensayo positivo.

NOTAEn caso de necesitar preparar el reactivo de Tollens siga el siguiente procedimiento: En un tubo de ensayo limpio y seco mezcle 1mL de hidróxido de sodio al 5% con 5mL de nitrato de plata al 5%, agite cuidadosamente y añada gota a gota solución de hidróxido de amonio 2N hasta disolver todo el precipitado.

3. Detección de hidrógenos α (alfa) - Ensayo del haloformo1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Añada 5mL de dioxano y agite hasta la disolución de la muestra.3. Agregue 1mL de hidróxido de sodio al 10% y solución de yodo – yoduro de potasio hasta

mantener exceso de yodo (aparece coloración oscura). Si hay decoloración con 2mL de la solución, coloque el tubo en un baño de agua caliente y controle el ascenso de temperatura con un termómetro hasta 60ºC

4. Añada más solución de yodo – yoduro hasta que se mantenga el color oscuro durante dosminutos a la temperatura indicada.

5. Remueva el exceso de yodo adicionando unas gotas de hidróxido de sodio al 10 % y agitando.6. Llene el tubo con agua y deje en reposo por 15 minutos. Un precipitado amarillo indica la

presencia de yodoformo (ensayo positivo).

Tabla 4. Resultados experimentales para la práctica 3, reactividad química de aldehídos y cetonas

SustanciaAnalizada

PruebaFormación de

fenilhidrazonasReacciones de Oxidación

Diferenciación entre aldehídos y cetonasDetección dehidrógenos a (alfa) Ensayo del haloformo

Ensayo deFehling

Ensayo deBenedict

Ensayo deTollens

Parte II Carbohidratos

De acuerdo a la disponibilidad del laboratorio, el tutor colocará a disposición de cada grupo loscarbohidratos disponibles. Se recomiendan glucosa, manosa, fructosa, sacarosa y almidón. Se deben realizar todos los ensayos con el fin de comprobar la marcha propuesta y establecer elcomportamiento de los mismos según su estructura química.

1. Reacción de Molisch1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Agregue cuatro gotas de reactivo de Molisch.3. En otro tubo, coloque 0,5mL de ácido sulfúrico concentrado, incline un poco el tubo de ensayo,

adicionando cuidadosamente la solución del carbohidrato preparada anteriormente buscandoque quede encima del ácido sulfúrico.

4. El desarrollo de un color púrpura – violeta en la interfase se toma como positivo. (Utilizamos ácido sulfúrico concentrado para descomponer el carbohidrato a furfural o su derivado y reconocerlo con α – naftol en metanol ya que forma un anillo de color púrpura – violeta)

2. Reacción de Benedict1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Agregue 0,5mL de reactivo de Benedict.3. Coloque el tubo en un baño de agua hirviendo durante tres minutos.4. No olvide registrar los resultados obtenidos

5. Un precipitado oscuro es positivo para carbohidratos reductores. (El reactivo contiene citrato de cobre en medio alcalino suave, al reaccionar con los azúcares reductores da un precipitado deóxido cuproso)

3. Reacción del Lugol1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Adicione cinco gotas de la solución de Lugol, observe los cambios que se presentan.3. Si no hay color, corresponde a un monosacárido o un disacárido, si da color azul se tiene

almidón. Si el color es rojo la muestra contiene nitrógeno o es una eritrodextrina34. Registre sus resultados

4. Reacción de Barfoed1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Agregue 0,5mL de reactivo de Barfoed3. Caliente el tubo en un baño de agua4. Si se forma precipitado en dos a siete minutos, la sustancia es un monosacárido. Después de

siete minutos, el ensayo es positivo para los disacáridos.

(Esta prueba permite diferenciar los monosacáridos de los disacáridos ya que los primeros se oxidan más fácilmente. Como es un ensayo no específico, es necesario tener la certeza de quelas sustancias analizadas corresponden a carbohidratos)

5. Reactivo de Bial1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Agregue 0,5mL de reactivo de Bial3. Caliente el tubo en un baño de agua caliente4. La aparición de un color o un precipitado verde es ensayo positivo (Esta prueba permite la

identificación de pentosas)5. Registre sus resultados

6. Reactivo de Seliwanoff1. Tome un tubo de ensayo limpio y seco por cada sustancia a analizar, adicione 0,5mL o 0,25g

de la sustancia2. Agregue 0,5mL de reactivo de Seliwanoff3. Caliente la mezcla en un baño de agua hirviendo.4. Escriba sus resultados.5. El desarrollo de un color rojo en dos minutos es prueba positiva para cetosas. Pasado ese

tiempo, las aldosas dan una coloración más débil. (El ensayo utiliza la conversión de la cetosa a hidroximetil furfural y su condensación con resorcinol para formar compuestos coloreados)

Tabla 5. Resultados experimentales para la práctica 3, reactividad química de carbohidratos

SustanciaAnalizada

PruebaMollish Benedict Lugol Barfoed Bial Seliwanof