محضرات كمياء واصفية

الكربوهيدرات

Carbohydrate




مقدمه
تنتشر الكربوهيدرات في الانسجه الحيوانيه والنباتيه فهي تحتل موقع مهما جدا في الكيمياء الحيويه .
تصنع الكربوهيدرات في النبات بواسطه التمثيل الغذائي Photosynthesis
وتشمل السليلوز الذي يشكل هيكل النبات والنشا الذي يتم تخزينه كمصدر للطاقه عند الحاجه وعند انبات البذور.
في الحيوان توجد الكربوهيدرات علي شكل جلوكوز وجلايكوجين وتعتبر مصدر مهم للطاقه التي يحتاجها الحيوان في انشطته الحيويه .
وبصفه عامه فان الكربو هيدرات تمد الكائنات الحيه بالطاقه اللازمه عند احتراقها وتعتبر مصدرا للكربون في عمليه تكوين المكونات الخلويه ومخزن كبير للطاقه الكيميائيه ,بالاضافه الي ذلك فهي تدخل في تركيب الخلايا والانسجه .
لبعض الكربوهيدرات وظائف متخصصه,مثلا الرايبوز في النيوكليوبروتينات والجالاكتوز في بعض الدهون واللا كتوز في الحليب .
كما تدخل الكربوهيدرات(السليلوز) في صناعه الورق والملابس (القطن)والصناعات الخشبيه المختلفه بالاضافه الي ذلك تعتبر الكربوهيدرات مصدرا غذائيا مهما للانسان ,فنجد الدقيق الذي يصنع منه الخبز معظمه نشا. كذلك فان النشا يعتبر المكون الرئيسي للعديد من المواد الغذائيه كالبطاطس والارز والذرة وغيرها .....
تعريف الكربوهيدرات
هي مشتقات الدهيديه او كيتونيه لكحولات عديدة الهيدروكسيل او بانها المركبات التي تعطي هذة المشتقات بالتحليل المائي .
تقسيم الكربوهيدرات
عادة تقسم الي ثلاث اقسام رئيسيه (السكريات الاحاديه– والاوليجوسكريات- السكريات العديدة)
اولا السكريات الاحاديه

Monosaccharides

غالبا ماتسمي بالسكريات البسيطه وهي الوحدات البنائيه للسكريات الاخري . وهي ابسط وحدات الكربوهيدرات حيث لايمكن تحليلها الي وحدات اصغر,وتشترك في الصيغه العامهThe general Molecular Formula

Cn H2n On

حيثn =3 او اكثر

وتقسم السكريات الاحاديه اما وفقا لعددذرات الكربون الموجودة في الجزيء
Molecular اولوجود مجموعه الدهيد او كيتون فيه
لذلك فان السكريات الاحاديه التي تحتوي علي ثلاث ذرات كربون تسمي ترايوزات TRIOSES
والتي تحتوي علي 4 ذرات كربون تسمي TETROSES تتروزات
والتي تحتوي علي 5 ذرات كربون تسمي PENTOSES بنتوزات
والتي تحتوي علي 6 ذرات كربون تسمي
HEXOSES
والتي تحتوي علي 7 ذرات كربون تسمي
HEPTOSES وهكذا
اكثر السكريات انتشارا في الطبيعه .. هي السكريات السداسيه
HEXOSES




ان السكريات الاحاديه



MONOSACCHARIDES التي تحتوي علي مجموعه الدهيدات تسمي الدوزاتALDOSES


والتي تحتوي علي علي مجموعه كيتون


تسمي كيتوزات KETOSES


وعادة يتم دمج التقسيمين السابقين في تسميه السكريات الاحاديه


مثال ذلك


السكريات الاحاديه الالدهيديه


الالدوز الثلاثي او ALDO TRIOSES


مثل الجليسرالدهيد


Glyceraldehydes




ايضا الالدوز السداسي

ALDOHEXOSE


مثل الجلوكوز





بالنسبه للسكريات الاحاديه الكيتونيه


مثال ذلك ثنائي هيدروكسي اسيتون





OPTICAL ISOMERSIM

التشابه الضوئي وترجع هذة الظاهرة الي وجود عدد مختلف من ذرات الكربون الغير متناسقه ( ذرة الكربون الغير متناسقه :الذرة التي تحمل وتشغل تكافؤاتها الاربعه ب 4 اصول مختلفه )
الجليسرالدهيد يحتوي علي ذرة كربون واحدة
وتكون غير متناسقه فان له مشابهان ضوئيان يكون كل واحد منهما خيال مراة للاخر فنجد في الشكل D
تكون مجموعه الهيدروكسيل الي اليمينRIGHT حين تكون مجموعه الالدهيد في الاعلي .. بينما في الشكل L تكون مجموعه الهيدروكسيل الي اليسار LEFTحين تكون مجموعه الالدهيد في الاعلي
وتزيد عدد المشابهات الضوئيه للمركب بزيادة عدد ذرات الكربون الغير متناسقه في الجزيء
مثال ذلك
قاعدة فانت هوف
عدد المشابهات الضوئيه 2 اس ن او n حيث n = عدد ذرات الكربون الاسيمتريك او الغير متناسقه ...
وليكن جزي الجلوكوز به 4 ذرات كربون غير متناسقه
يبقي Already عدد المشابهات الضوئيه له 2 Expnonetial2اس 4 يعني =16
اذن عدد المشابهات الضوئيه = 16



(left) and (right) designations for glyceraldehyde.






قد اثبتت الدراسات التي اجريت بالاشعه السينيه (X – RAY) ان D- GLYCERALDEHYDE


يميني التدوير الضوئي (+)


وان L- GLYCERALDEHYDE


يساري التدوير الضوئي(-)


وللتذكير فان الحرفان لايدلان علي جهه حرف مستوي الضوء المستقطب وانما يدلان علي التوزيع الفراغي


يمكن اطاله السلسله الكربونيه للسكريات الثلاثيه TRIOSES التي تحتوي علي 3 ذرات كربون والحصول علي سكريات مكونه من 4 ذرات كربون TETROSES ويمكن ايضا الحصول علي سكريات مكونه من 5 ذرات كربون PENTOSES


وذلك عن طريق تفاعلات اكتشفها العالم الالماني هنريك كيلياني (1886)حيث اوضح امكانيه تحويل الالدوز ALDOSEالي الحمض الالدوني المناظر للالدوز الذي يزيد عنه بذرة كربون وذلك باضافه سيانيد الهيدروجين HCN ثم يعقب ذلك التحلل المائي للسيانوهيدرين ,ثم اتي بعد ذلك العالم اميل فيشر واوضح امكانيه استمرار هذة الطريقه والحصول علي الالدوز.. وذلك باختزال الحمض الالدوني..


أي تتفاعل الالدوزات والكيتوزات مع حامض الايدروسيانيك مكونه السيانو هيدرين ويتحليله مائيا ينتج خليط من حامضين وبتحويل هذة الاحماض الي لاكتون ثم اختزال لا كتون الناتج يتكون الدوزات Aldoses تحتوي علي ذرات كربون اكثر من عدد ذرات الكربون في الالدوز المستعمل عند بدء التفاعل


وتسمي هذة الطريقه باسم اصطناع كيلياني – فيشر


KILIANI – FISHER SYNTHESIS






Chain Shortening and Lengthening


These two procedures permit an aldose of a given size to be related to homologous smaller and larger aldoses. The importance of these relationships may be seen in the array of aldose structures presented earlier, where the structural connections are given by the dashed blue lines. Thus Ruff degradation of the pentose arabinose gives the tetrose erythrose. Working in the opposite direction, a Kiliani-Fischer synthesis applied to arabinose gives a mixture of glucose and mannose.


نستنج انه من طريقه كيلياني – فيشر فانه من سكر ثلاثيTriosesيمكن الحصول علي Tetrosesسكر رباعي اوخماسي Pentoses وهكذا وكل هذة النواتج من الشكل D


(DEXTRO) اي ان مجموعه الهيدروكسيل علي ذرة الكربون الاكثر بعدا عن مجموعه الالدهيد توجد علي اليمين فيها جميعا ..ومن السكريات الاحاديه المهمه حيويا السكريات الخماسيه

ALDO PENTOSES

حيث انها من المكونات الاساسيه للاحماض النوويهNucleic acid

وكما ان السكريات الثلاثيهTRIOSES والسباعيه HEPTOSESهي نواتج وسطيه اثناء التفاعلات الحيويه للكربوهيدرات
والسكريات الاحاديه مواد صلبه ومتبلورة وبيضاء اللون ومعظمها حلوة المذاق وتذوب بسهوله في الماء ولا تذوب في المذيبات غير القطبيه..........






تشابه السكريات الاحاديه

يلاحظ ان استخدام الطريقه السابقه لاطاله السلسله الكربونيه ينتج عنه ذرة كربون غير متناسقه وبالتالي ينتج مركبان ليسا خيالي مراة ولكنهما يختلفان في التوزيع الفراغي للمجموعات حول ذرة الكربون غير المتناسقه .فاباصطناع Tetrosesمن المركب

D- glyceraldehydes بهذة الطريقه نحصل علي مركبين مختلفين كلاهما من الشكل D وليسا خيالي مراة ولكنهما يختلفان في التوزيع الفراغي للمجموعات حول ذرة الكربون رقم 2 غير المتناسقه (المجاورة لمجموعه الكربونيل ) فهما ابيمران EPIMERS
اذا كانت مجموعه الهيدروكسيل باتجاة المجموعه الاصليه (أي الي اليمين في حالهglyceraldehydesD-) فان السكر الناتج D-اريثروز..لكننا لو بدانا بالمركب
L- glyceraldehydes
لنتج معا L- اريثروز و L- ثرايوز وهما خيالا مراة للمركبين السابقين

D( LEFT)AND L(RIGHT)


STEREOCENTER ORIENTATION.THE HIGHTS STEREOCENTER IS HIGHHTED


مشابهات الكربوهيدرات الالدهيديه من النوع D
وكما تحدثنا سابقا عن قاعدة فانت هوف
فان عدد المشابهات يتناسب مع عدد ذرات الكربون غير المتناسقه التي تتشكل عند اطاله السلسله الكربونيه (عدد المشابهات =2 EXPONENTIAL N أي 2 اس ن حيث N عدد ذرات الكربون الغير متناسقه
فمثلا TRIOSES كالجليسرالدهيد عبارة عن 2 اس 1 أي تساوي 2 مشابهات
واس 1 لان الجليسرالدهيد بيحتوي علي ذرة كربون واحدة غير متناسقه
كما يمكن ايضا اشتقاق المشابهات الضوئيه للكربوهيدرات الكيتونيه بنفس الطريقه السابقه وابسط مركب فيها هو ثنائي هيدروكسيل اسيتون الذي لايحتوي علي ذرة كربون غير متناسقه وبالتالي يمكن ان ينتج KETO TETROSES وله شكلان
يكون D اذا كانت اتجاة مجموعه الهيدروكسيل الي اليمين وl اذا كان اتجاة مجموعه الايدروكسيل الي اليسار .. كما ذكرنا..
وبصفه عامه ان مشابهات الكربوهيدرات المختلفه سواء كانت الدهيديه او كيتونيه المتواجدة في الطبيعه علي صورة حرة او مرتبطه هي غالبا من النوع …Dبينما الكربوهيدرات من النوع L نادرة الانتشار في الطبيعه

مشابهات الكربوهيدرات الكيتونيه من النوع D




حمـــــــــــــــــــل