Presentasi : Penentuan Stereokimia pada Monosakarida

PENENTUAN MONOSAKARIDA DAN STEREOKIMIA

Monosakarida

a.       Kristal monosakarida tidak berwarna dan larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut non polar.

b.      Umumnya monosakarida berasa manis.

c.       Susunan atom pada monosakarida tidak bercabang.

d.      Satu atom dari atom karbon membentuk ikatan ganda dengan atom oksigen membentuk gugus karbonil.

e.       Bila gugus karbonil ini membentuk pada ujung rantai karbon, monosakarida ini memiliki aldehid sehingga disebut aldosa, dan apabila gugus karbonil terbentuk pada atom karbon yang lain, monosakarida ini adalah suatu keton dan disebut ketosa.

f.       Diantara monosakarida glukosa (aldosa) dan fruktosa (ketosa) adalah yang paling banyak terdapat dialam.

Monosakarida : terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana.

tidak dapat dihidrolisis ke bentuk yang lebih sederhana. berikut macam-macam monosakarida : dengan ciri utamanya memiliki jumlah atom C berbeda-beda :

triosa (C3), tetrosa (C4), pentosa (C5), heksosa (C6), heptosa (C7).

Triosa     : Gliserosa, Gliseraldehid, Dihidroksi aseton

Tetrosa   : threosa, Eritrosa, xylulosa

Pentosa  : Lyxosa, Xilosa, Arabinosa, Ribosa, Ribulosa

Hexosa   : Galaktosa, Glukosa, Mannosa, fruktosa

Heptosa  : Sedoheptulosa

Monosakarida

~ Aldosa (mis: Glukosa) memiliki gugus aldehid pada salhsatu ujungnya.

D-Glukosa

~ Ketosa (mis: Fruktosa) biasanya memiliki gugus keto pada atom C2

D-Fruktosa

Notasi D Vs L

Notasi D dan L dilakukan karena adanya atom C dengan konfigurasi asimetris seperti pada gliseraldehida.

Hemiasetal dan hemiketal sikliks terbentuk jika gugus keton atau aldehid dan alkohol terbentuk dalam 1 molekul

Contoh : 4-Hidroksipentanal

Pembentukan Hemiasetal dan Hemiketal

Aldehid dan keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal dan hemiketal.

 

Monosakarida mempunyai gugus karbonil (keton/aldehid) dan gugus hidroksil dalam tiap molekulnya. Oleh karena itu monosakarida dapat membentuk hemiasetal atau hemiketal sikliks.

misalnya: glukosa dan fruktosa.

Pembentukan Cincin Piranosa

Pembentukan Cincin Furanosa

Stereokimia Monosakarida

Struktur glukosa atau karbohidrat yang lain dapat digambarkan dalam tiga bentuk stereokimia :

a.       Proyeksi Fischer (rantai lurus/linier)

b.      Struktur Haworth (siklik/cincin sederhana)

c.       konformasi kursi

Namun para kimiawan sering menggambarkan struktur monosakarida siklik menggunakan proyeksi Haworth bukan proyeksi Fischer.

Proyeksi Haworth dan Proyeksi Fischer

Proyeksi Haworth tidak menggambarkan yang sesungguhnya karena cincin piranosa yang sesungguhnya membentuk kursi seperti sikloheksana tidak datar. Meski demikian proyeksi ini digunakan secara luas.

Proyeksi Fischer ~> Proyeksi Haworth :

Gugus Hidroksil yang ada dikanan pada proyeksi Fischer digambarkan dibawah pada proyeksi Haworth dan sebaliknya. Untuk gula D gugus -CH2OH ujung selalu digambarkan diatas, gula L sebaliknya.

Pentingnya Glukosa Dalam Tubuh

~ Glukosa, monosakarida paling penting dalam metabolisme tubuh. Glukosa yang terkandung dalam nutrisi masuk kedalam sistem sirkulasi darah untuk ditransfer ke sel-sel tubuh atau diubah pada hati menjadi molekul yang lain.

~ Glukosa, sumber energi utama bagi sel-sel hewan dan berupakan satu-satunya sumber bagi embrio.

~ Glukosa diubah menjadi molekul-molekul yang lain memiliki fungsi tertentu, seperti glikogen untuk cadangan energi. Ribosa pada asam nukleat, galaktosa pada susudan kompleks pada lemak dan protein.

~ Beberapa penyakit yang berhubungan dengan metabolisme karbohidrat adalah diabetes melitus, galaktosemia, glycogen storage disease dan milk intolerance.

Sifat Monosakarida

a.    Reaksi dengan basa dan asam

Apabila glukosa dilarutkan ke dalam basa encer, beberapa jam kemudian dihasilkan campuran yang terdiri dari fruktosa, manosa, dan sebagian glukosa semula. Sedangkan, dalam basa encer, monosakarida sangat stabil, tetapi jika aldoheksosa dipanaskan dalam asam kuat, akan mengalami dehidrasi dan diperoleh bentuk hidroksimetil furtural. Dalam bentuk yang sama, pentose juga akan berubah menjadi bentuk furtural.

b.    Gula pereduksi

Sebagian karbohidrat  bersifat gula pereduksi. Sifat gula pereduksi ini disebabkan adanya gugus aldehida dan gugus keton yang bebas, sehingga dapat mereduksi ion-ion logam. Gugus aldehida pada aldoheksosa mudah teroksidasi menjadi asam karboksilat dalam pH netral oleh zat pengoksidasi atau enzim. Dalam zat pengoksidasi kuat, gugus aldehida dan gugus alkohol primer akan teroksidasi membentuk asam dikarboksilat atau asam ardalat. Gugus aldehida atau gugus keton monosakarida dapat direduksi secara secara kimia menjadi gula alkohol, misalnya D-sorbito yang berasal dari D-glukosa.

c.    Pembentukan glikosida

Monosakarida dapat membentuk glikosida dan asetal. Jika gugus hidroksil pada sebuah molekul gula bereaksi dengan hidroksil dari hemiasetal atau hemiaketal molekul gula yang lain, maka akan terbentuk glikosida yang disebut disakarida. Ikatan ini dinamakan ikatan glikosida yang berfungsi untuk menghubungkan sejumlah besar unit monosakarida menjadi polisakarida.

d.   Pembentukan ester

Semua monosakarida atau polisakarida dapat terasetilasi oleh asam asetat anhidrida yang berlebihan membentuk O-asetil-α-D-glukosa. Gugus asetil yang berikatan secara ester ini bisa dihidrolisis oleh asam atau basa. Sifat ini sering juga digunakan untuk penentuan struktur karbohidrat. Senyawa ester yang penting dalam dalam metabolisme adalah ester fosfat.

e.    Fenilosazon dan Osazon

Monosakarida dapat bereaksi dengan larutan fenil hidrazin dalam suasana asam pada suhu 100^oC, membentuk ozazon. Senyawa ini tidak larut dalam air dan mudah mengkristal. Glukosa, fruktosa, dan manosa akan menghasilkan fenolsazon yang sama, selanjutnya, akan terbentuk asazon yang berwarna, mengkristal secara khas, dan dapat digunakan untuk menentukan jenis karbohidrat.

Kelarutan

Monosakarida larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut nonpolar, hal ini karena monosakarida memiliki komponen terluar tiap molekulnya yaitu atom O dan H yang bisa "menempel" dengan atom O dan H dari air. Atom O dari monosakarida menempel dengan atom H dari air, dan atom H dari monosakarida menempel dengan atom O dari air.

Pelarut organik hampir semuanya hanya memiliki komponen atom terluar berupa atom H, sehingga tidak bisa menempel dengan atom O dari monosakarida. Eter yang memiliki atom O, seluruh lengan elektronnya sudah berikatan kuat dengan atom C yang ada di sebelah kanan dan kirinya sehingga tidak bisa menempel dengan atom H yang ada di monosakarida.

Ring Isomer Rantai Lurus

Kelompok aldehid atau keton dari monosakarida rantai lurus akan bereaksi reversibel dengan gugus hidroksil pada atom karbon yang berbeda untuk membentuk, hemiacetal atau hemiketal membentuk cincin heterosiklik dengan jembatan oksigen antara dua atom karbon. Cincin dengan lima dan enam atom disebut bentuk furanose dan pyranose, masing-masing, dan ada dalam kesetimbangan dengan bentuk rantai lurus.

Selama konversi dari rantai lurus bentuk ke bentuk siklik, atom karbon yang mengandung oksigen karbonil, yang disebut karbon anomeric, menjadi pusat stereogenic dengan dua konfigurasi yang mungkin: Atom oksigen mungkin mengambil posisi di atas atau di bawah bidang cincin . Pasangan yang mungkin dihasilkan dari stereoisomer yang disebut anomers. Dalam''''anomer α,-OH substituen pada karbon anomeric terletak di sisi berlawanan (trans) dari cincin dari sisi cabang OH CH _2.

Bentuk alternatif, di mana CH ₂ OH dan substituen hidroksil anomeric berada pada sisi yang sama (cis) dari pesawat dari cincin, disebut β''''anomer. Anda dapat mengingat bahwa anomer β adalah cis oleh mnemonic itu, "Itu selalu lebih baik untuk sampai βe". Karena cincin dan rantai lurus bentuk interconvert mudah, baik anomers ada dalam kesetimbangan. Ia memiliki banyak kegunaan seperti peran penting dalam industri kertas dan tekstil, dan digunakan sebagai bahan baku untuk produksi dari rayon (viscose melalui proses), selulosa asetat, seluloid, dan nitroselulosa. Kitin memiliki struktur yang serupa, tetapi mengandung nitrogen cabang samping, meningkatkan kekuatannya. Hal ini ditemukan di arthropoda exoskeletons dan dalam dinding sel dari beberapa jamur. Ia juga memiliki kegunaan ganda, termasuk benang bedah.

Isomerisasi Monosakarida

Aldosa dan ketosa sederhana terdiri dari jumlah atom karbon yang sama merupakan isomer satu sama lain, karena itu, heksosa dan hexulosa keduanya memiliki rumus empiris yang sama C₆H₁₂O ₆ dan dapat diinterkonversi dengan isomerisasi. Isomerisasi monosakarida melibatkan kedua gugus karbonil dan gugus hidroksil yang berdekatan. Dengan reaksi ini, satu aldosa berubah menjadi aldosa yang lain (dengan konfigurasi C-2 yang berlawanan) dan ketosa yang sesuai, sedangkan ketosa berubah menjadi dua aldosa yang sesuai. Oleh karena itu, dengan isomerisasi, D-glukosa, D-mannosa, dan D-fruktosa dapat diinterkonversi. Isomerisasi dapat dikatalisis dengan basa atau enzim.

PERMASALAHAN :

1.      berdasarkan artikel saya diatas mengapa monosakarida tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat yang lebih sederhana? lalu mengapa semua monosakarida dikatakan sebagai gula pereduksi.?

2.      Dari struktur karbohidrat tersebut ada 3 yaitu monosakarida, disakarida dan polisakarida apa perbedaan dari struktur ini berdasarkan sifatnya. Dan apa aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari?

3.      bisakah teman teman jelaskan apa perbedaannya antara monosakarida yang memiliki aldehid dan apabila gugus karbonil terbentuk pada atom karbon yang lain?