Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 25 - TS. Trần Hoàng Phương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hoá học hữu cơ 2 - Chương 25: Phân tử sinh học- Carbohydrate, cung cấp cho người học những kiến thức như: Phân loại carbonhydrate; hóa học lập thể của carbohydrate: hình chiếu fischer; cấu hình của aldose; cấu trúc vòng của monosaccharide: anomer;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 25 - TS. Trần Hoàng Phương

Trường Đại Học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa Học – Bộ môn Hóa Học Hữu cơ HÓA HỌC HỮU CƠ 2 1
2
PHÂN TỬ SINH HỌC: CARBOHYDRATE 3
Chương 25 –PHÂN TỬ SINH HỌC:CARBOHYDRATE Ø Carbohydrate hiện diện trong tất cả sinh vật sống. Đường và tinh bột có trong thức ăn, cellulose có trong gỗ, giấy và bông vải đều là các carbohydrate. Ø Carbohydrate tạo nên lớp ngoài của các tế bào, tham gia vào cấu tạo nên acid nucleic – lưu trữ thông tin di truyền. Ø Ngoài ra carbohydrate còn được sử dụng làm thuốc. Ø Carbohydrate được bắt nguồn từ đường đơn glucose có công thức phân tử là C6H12O6 và được xem như là dạng “hydrate hóa của carbon C6(H2O)6”. 4
Ø Cách nhìn này đã sớm bị loại bỏ nhưng tên vẫn tồn tại. Ngày nay, cụm từ carbohydrate được sử dụng để chỉ nhóm khá rộng, aldehyde và ketone mang nhiều nhóm hydroxyl thường được gọi là đường. Ø Glucose, cũng được biết với tên dextrose trong y khoa, là một ví dụ quen thuộc. 5
Ø Carbohydrate được tổng hợp từ cây xanh bởi quá trình quang hợp, khi ánh sáng mặt trời cung cấp năng lượng để chuyển hóa CO2 và H2O thành glucose và oxygen. Rất nhiều phân tử glucose sau đó đã tạo liên kết hóa học và được lưu trữ trong cây xanh dưới dạng cellulose hoặc tinh bột. Ø Người ta ước tính rằng hơn 50% trọng lượng khô của sinh khối trái đất (bao gồm tất cả thực vật và động vật) là có chứa polymer glucose. Ø Khi được tiêu hóa và trao đổi chất, carbohydrate cung cấp cho động vật một nguồn năng lượng sẵn có. Vì vậy, carbohydrate đóng vai trò như chất trung gian hóa học để dự trữ năng lượng và sử dụng cho các hoạt động 6 sống.
Ø Do con người và hầu hết các động vật có vú đều thiếu enzyme cần cho quá trình tiêu hóa cellulose, nên chúng cần phải có tinh bột như nguồn carbohydrate cho chế độ ăn uống của chúng. Ø Tuy nhiên, động vật ăn cỏ như bò có nhiều loài vi sinh vật trong dạ dày nên có khả năng tiêu hóa cellulose. Năng lượng được lưu trữ trong cellulose do đó di chuyển lên chuỗi thức ăn sinh học khi các loài động vật nhai lại này ăn cỏ sau đó chúng được sử dụng làm thực phẩm. 7
25.1 PHÂN LOẠI CARBONHYDRATE: Ø Carbohydrate được phân loại theo dạng đơn giản hoặc phức tạp. Ø Đường đơn, hay monosaccharide, là những carbohydrate giống như glucose và fructose, không thể chuyển hóa thành những phân tử đường nhỏ hơn nữa bằng quá trình thủy phân. Ø Đường đa được tạo ra từ hai hay nhiều đường đơn liên kết với nhau bằng nối acetal (Mục 19.10). Ví dụ, sucrose (đường ăn) là disaccaride được tạo thành từ một phân tử glucose liên kết với một phân tử fructose. Ø Tương tự, cellulose là một polysaacharide được tạo thành từ hàng ngàn đơn vị glucose liên kết với nhau. 8
Ø Quá trình thủy phân polysaccaride dưới tác dụng của xúc tác enzyme tạo ra các monosaccharide thành phần. 9
Ø Monosaccharide được phân loại là aldose hoặc ketose. Hậu tố -ose là chỉ carbohydrate, và các tiền tố aldo- và keto- xác định loại nhóm carbonyl hiện diện trong phân tử là dạng aldehyde hay ketone. Ø Số lượng của các nguyên tử carbon trong monosaccharide được chỉ định bởi các tiền tố thích hợp như: tri-, tert-, pent-, hex- ... trong tên gọi. Ø Kết hợp tất cả các điều này với nhau, glucose là aldohexose, một đường aldehydo sáu carbon; fructose là ketohexose, một đường keto sáu carbon; ribose là aldopentose, một đường aldehydo năm carbon 10
11
25.2. HÓA HỌC LẬP THỂ CỦA CARBOHYDRATE: HÌNH CHIẾU FISCHER Ø Do carbohydrate thường có nhiều tâm thủ tính, nên cần phải có một phương pháp nhanh chóng để mô tả hóa học lập thể của carbohydrate. Ø Vào năm 1891, nhà hóa học người Đức Emil Fischer đề nghị một phương pháp dựa trên phép chiếu của nguyên tử carbon tứ diện lên trên mặt phẳng. Hình chiếu Fischer này nhanh chóng được chấp nhận và hiện nay là cách thức tiêu chuẩn để biểu diễn hóa học lập thể tại các tâm thủ tính, đặc biệt là trong hóa học carbohydrate. 12
Ø Ví dụ hình chiếu Fischer của (R)-glyceraldehyde, một monosaccharide đơn giản nhất, có thể được vẽ như hình 25.1 13
Ø Carbohydrate với nhiều hơn một tâm thủ tính được trình bày trong hình chiếu Fischer bằng cách xếp chồng tâm này lên tâm kia trên đường thẳng đứng. Ø Nhóm carbonyl luôn được đặt tại vị trí đỉnh hoặc gần đỉnh. Ø Ví dụ, glucose có 4 tâm thủ tính được xếp chồng tâm này lên tâm kia trong hình chiếu Fischer. Ø Tuy nhiên, cách biểu diễn này không thể hiện chính xác cấu trạng đúng của phân tử, cấu trạng thật sự của phân tử này được cuộn lại như hình vòng xuyến. 14
15
25.3. ĐƯỜNG D,L Ø Glyceraldehyde, aldose đơn giản nhất, chỉ có một tâm thủ tính và do đó có hai dạng đối phân (không trùng khớp giữa vật và ảnh qua gương). Ø Tuy nhiên, chỉ có đối phân hữu triền xuất hiện trong tự nhiên. Nghĩa là, mẫu glyceraldehyde xuất hiện trong tự nhiên làm quay ánh sáng phân cực phẳng của triền quang kế theo chiều kim đồng hồ, chiều (+). Ø Do (+)-glyceraldehyde được tìm thấy có cấu hình R tại C2 nên có thể biểu diễn trong hình chiếu Fischer như trên hình 25.1. 16
Ø Vì những lý do lịch sử trước khi áp dụng hệ thống R, S thì (R)-(+)-glyceraldehyde cũng được gọi là D- glyceraldehyde (D có nghĩa là quay phải). Ø Đối phân khác, (S)-(–)-glyceraldehyde, được gọi là L- glyceraldehyde (L nghĩa là quay trái). Ø Do cách monosaccaride được sinh tổng hợp trong tự nhiên như glucose, fructose, và hầu hết (không phải tất cả) các monosaccaride trong tự nhiên khác, đều có cấu hình R như D-glyceraldehyde tại tâm thủ tính xa nhóm carbonyl nhất. Ø Vì thế, trong hình chiếu Fischer, hầu hết các đường xuất hiện trong tự nhiên đều có nhóm hydroxyl tại tâm thủ tính dưới cùng, nằm bên phải (Hình 25.2). Tất cả 17 những hợp chất như vậy được gọi là đường D.
Hình 25.2 Một vài đường D hiện diện trong tự Ø Ngược lại với đường D, đường L có cấu hình S tại vị trí tâm thủ tính thấp nhất, với nhóm -OH ở phía dưới cùng (gắn với tâm lập thể) nằm bên trái hình chiếu Fischer. Ø Do đó, đường L là ảnh qua gương (đối phân) của đường D tương ứng và có cấu hình tại tất cả các tâm 18 thủ tính ngược với đường D.
Ø Lưu ý, kí hiệu D và L không có bất kì liên quan nào với chiều xoay mặt phẳng ánh sáng phân cực của đường; như đường D có thể xoay trái hoặc xoay phải. Ø Kí hiệu D để chỉ rằng nhóm -OH tại tâm thủ tính thấp nhất có hóa học lập thể R và nằm bên phải của phân tử trong hình chiếu Fischer. Ø Lưu ý hệ thống danh pháp D,L của carbohydrate chỉ mô tả cấu hình tại một tâm thủ tính mà thôi và không biểu thị bất kì điều gì về cấu hình tại các tâm thủ tính khác. 19
20