Carbohydrates
1.1 Introduction
•
•
•
•
เป็นแหล่งสะสมอาหาร
พืชสะสมพล ังงานโดยเปลีย
่ น glucose เป็น
แป้ง (Starch)
ั สะสมพล ังงานโดยเปลีย
สตว์
่ นglucose เป็น
Glycogen
เป็นโครงสร้างทีห
่ อ
่ หุม
้ ในพืช Cellulose
1.2 Classification of Carbohydrates
• มีสต
ู รทว่ ั ไป Cn(H2O)m (Hydrates of Carbon or
Carbohydrates)
• ในระด ับโมเลกุลคาร์โบไฮเดรต คือ Polyhydroxyaldehyde
หรือ Polyhydroxyketone
• Saccharides sweet taste (Latin : saccharum , sugar)
แบ่งตามจํานวน simple sugars : Monosaccharide,
Oligosaccharide, Polysaccharide
1.3 Monosaccharide
A. Structure and Nomenclature
– สูตรทว่ ั ไป CnH2nOn
ั aldehyde และ ketone
– ประกอบด้วยหมูฟ
่ ง
ั ก์ชน
่
- แบ่งตามจํานวนของคาร์บอนอะตอมทีม
่ อ
ี ยูใ่ นโมเลกุล เชน
3C atom => triose
5C atom => pentose
4C atom => tetrose 6C atom => hexose
- แบ่งตาม functional group
Aldehyde group => aldose Keto group
=> ketose
2
n
2
n
2
1.3 Monosaccharide
A. Structure and Nomenclature
ื่ ทงั้ 2 ระบบรวมก ัน.
บางครงเรี
ั้ ยกชอ
C4 aldose
C5 ketose
=>
=>
aldotetrose
ketopentose
B. Fischer Projection Formulas
•
ม ักจะเขียน 2 มิต ิ แบบ Fischer Projections
C. D- and L Configurations of Sugars
CO2
CO2
CO2
degrade
degrade
degrade
2
2
2
D-(+)-glucose
2
D-(-)-arabinose
D-(-)-erythrose
D-(+)-
glyceraldehyde
C. D- and L Configurations of Sugars
พิจารณา –OH ของchiral
carbonทีอ
่ ยูห
่ า่ งจาก C=O
มากทีส
่ ด
ุ
ถ้า –OH group อยู่ ด้าน
ขวามือ จะเป็น D-sugar
(D-Monosaccharide)
ถ้า –OH group อยู่
ด้านซา้ ยมือ จะเป็น L-sugar
(L-Monosaccharide)
Problem
1.
โมเลกุลต่อไปนีเ้ ป็นนํา้ ตาล aldose หรือ ketose และ
เป็น D- หรือ L- monosaccharide
2
3
2
2
2
2
นํา้ ตาลทีม
่ ี Stereochemistry ต่างก ันแค่ 1 คาร์บอนเรียกว่า
Epimer
C2 epimers
1
1
2
2
3
C4 epimers
4
4
5
6
3
5
2
6
2
Ex. เขียนโครงสร้างของ D-allose ซงี่ เป็น C-3 epimerก ับ
นํา้ ตาล D-glucose
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
2
6
2
E. Physical Properties
•
Monosaccharide ไม่มส
ี ี มีล ักษณะผลึกของแข็ง มีขวั้ มี
hydroxyl group สามารถละลายนํา้ ได้ เนือ
่ งมาจาก H-bond
ระหว่าง –OH ก ับ H2O
3. The Cyclic Structure of Monosaccharides
3. The Cyclic Structure of Monosaccharides
3. The Cyclic Structure of Monosaccharides
3. The Cyclic Structure of Monosaccharides
Haworth projection
3. The Cyclic Structure of Monosaccharides
3. The Cyclic Structure of Monosaccharides
Monosaccharide เกิดเป็น
วงขนาด 5 อะตอม เรียกว่า furanose structure
6 อะตอม เรียกว่า pyranose structure
6
6
H
4
CH2OH
5
O
H
H
OH
2
OH
H
O
3
H
OH ( )
+
H
4
CH2OH
5
O
H
H
OH
2
OH
H
OH
3
H
Anomeric carbon
OH ( )
OH
D-Glucopyranose
D-Glucopyranose
( -D-Glucose)
( -D-Glucose)
Anomer
3. The Cyclic Structure of Monosaccharides
นํา้ ตาล fructose จะเกิดเป็นวงขนาด 5 อะตอม
2
2
4. Mutarotation
เกิดการเปลีย
่ นแปลง ค่า specific rotation []D
ซงึ่ เกิดจากการเปลีย
่ นจาก anomer หนึง่ ไปเป็นอีก anomer หนึง่
4. Mutarotation
เกิดการเปลีย
่ นแปลง ค่า specific rotation []D
ซงึ่ เกิดจากการเปลีย
่ นจาก anomer หนึง่ ไปเป็นอีก anomer หนึง่
[]D ทีส
่ มดุล 52.7O
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
O
R C H
+
R' OH
H+
OH
R C OR'
H
hemiacetal
+
R" OH
H+
OR"
R C OR'
H
Acetal
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
H
CH2OH
O
H
H
OH
Anomeric Carbon
OH
+ CH3OH
H
OH
H
OH
-D-Glucopyranose
H+
H
CH2OH
O
H
H
OH
Glycosidic bondCH OH
2
H
OCH3
+
H
OH
H
OH
Methyl -D-Glucopyranoside
H
OH
O
Glycosidic
H bond
H
OCH3
OH
H
OH
Methyl -D-Glucopyranoside
ื่ มระหว่างanomeric carbon ก ับ -OR
Glycosidic bond : พ ันธะทีเ่ ชอ
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
H
CH2OH
O
H
H
OH
OH
+ CH3OH
H
OH
H
OH
-D-Glucopyranose
H+
H
CH2OH
O
H
H
OH
OH2
H
OH
H
OH
+ CH3OH
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
H
CH2OH
O
H
H
OH
OH
+ CH3OH
H
OH
H
OH
H
CH2OH
O
H
H
OH
OH2
H
OH
H
+ CH3OH
OH
-D-Glucopyranose
27
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
H
CH2OH
O
H
H
OH
OH
+ CH3OH
H
OH
H
OH
-D-Glucopyranose
H
CH2OH
O
H
H
OH
+ CH3OH
H
OH
H
OH
5. Reaction of Monosaccharides
A. Formation of Glycosides (Acetals)
ื่ มระหว่างanomeric carbon ก ับ -OR
Glycosidic bond : พ ันธะทีเ่ ชอ
5. Reaction of Monosaccharides
ิ
ปฏิกริ ย
ิ าไฮโดรไลซส
H
CH2OH
O
H
H
OH
OCH3
H+
H
OH
H
H
CH2OH
O
H
H
OH
H
OH
OH
OH
H
Methyl -D-Glucopyranoside
H
+
CH2OH
O
H
H
OH
OH
OH
H
OH
+ CH3OH
Glycoside ไม่Stable ในสารละลาย กรด
Stable ในสารละลาย เบส หรือ สารละลายทีเ่ ป็ นกลาง
H
OH
5. Reaction of Monosaccharides
ิ
ปฏิกริ ย
ิ าไฮโดรไลซส
HOH2C
CH2OH
O O
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
CH2OH
O
H
H
OH
H
OH
+
H
H
OH
CH2OH
OH
Aglycone
H
OH
OH
H
OH
CH2OH
O
H
H
OH
OH
5. Reaction of Monosaccharides
B. Reduction to Alditols
5. Reaction of Monosaccharides
C. Oxidation to Aldonic Acids (Reducing sugar)
นํา้ ตาลทีส
่ ามารถถูก Oxidized ด้วยreagent ต่อไปนี้
จะเรียกว่า Reducing sugar
H
CH2OH
O
H
H
OH
OH
H
OH
H
OH
-D-Glucopyranose
H
HO
H
H
CHO
OH
Oxidizing agent
H
OH
Basic solution
OH
CH2OH
D-Glucose
O
H
HO
H
H
C O
OH
H
OH
OH
CH2OH
D-Gluconate
5. Reaction of Monosaccharides
C. Oxidation to Aldonic Acids (Reducing sugar)
้ ะเรียกว่า
นํา้ ตาลทีส
่ ามารถถูก Oxidized ด้วยreagent ต่อไปนีจ
Reducing sugar
Oxidizing agent : Tollens’ reagent [Ag(NH3)2+]
O
H
HO
H
H
O
C H
OH
H
+
OH
OH
CH2OH
D-Glucose
Ag(NH3)2+
H
HO
H
H
C O
OH
H
+ 2AgO + 4NH4+ + OHOH
OH
CH2OH
D-Gluconate
5. Reaction of Monosaccharides
C. Oxidation to Aldonic Acids (Reducing sugar)
้ ะเรียกว่า
นํา้ ตาลทีส
่ ามารถถูก Oxidized ด้วยreagent ต่อไปนีจ
Reducing sugar
Oxidizing agent : Fehling ’s solution
Benedict ’s solution
Cu2+ complex ใน
สารละลายเบส
5. Reaction of Monosaccharides
C. Oxidation to Aldonic Acids (Reducing sugar)
นํ้ าตาล ketose สามารถถูก Oxidised
2
2
2
2
นํา้ ตาล Monosaccharide ทุกชนิดเป็น Reducing sugar
Base catalysed epimerization of glucose
-
2
2
2
เกิด Epimerization เกิดการเปลีย
่ นแปลงstereochemistry
2
5. Reaction of Monosaccharides
C. Oxidation to Aldonic Acids (Reducing sugar)
นํา้ ตาล Monosaccharide ทุกชนิดเป็น Reducing sugar
Problem
Glycoside เป็น reducing sugar หรือไม่ ?????
Reducing Sugar
Tollens’ reagent
Fehling , Benedict reagent
Problem นํา้ ตาลในข้อใดเป็นreducing sugar
CH2OHO
H
H
OH
OH
H
H
H
CH2OHO
H
H
OH
OH
H
CH2OH
OH
5.Disaccharides and Oligosaccharides
Monosaccharide
monosaccharide
Oligosaccharide
2 unit
3 unit
3-10 unit
หลาย unit
Disaccharide
Trisaccharide
Oligosaccharide
Polysaccharide
disaccharide
trisaccharide
Polysaccharide
5.Disaccharides and Oligosaccharides
5.Disaccharides and Oligosaccharides
2
2
2
Sucrose
5.Disaccharides and Oligosaccharides
A. Sucrose
•
Sucrose (table sugar) มีมากในทีส
่ ด
ุ
ในสงิ่ มีชวี ต
ิ
•
ได้มาจากอ้อย และห ัว beet
•
ประกอบด้วยนํา้ ตาลglucose
(glucopyranose)ก ับนํา้ ตาล
fructose (fructofuranose) ยึด
ติดก ันด้วยพ ันธะ - 1,2-glycosidic
bond
•
เป็นนํา้ ตาล nonreducing sugar
5.Disaccharides and Oligosaccharides
CH2OH
-D-galactose
O
OH
OH
2
1
OH
OH
2
CH2OH
O
OH
OH
1
OH
OH
-D-glucopyranose
Lactose
5.Disaccharides and Oligosaccharides
B. Lactose
•
ั เลีย
้ ง
เป็นนํา้ ตาลทีอ
่ ยูใ่ นนํา้ นมของสตว์
ลูกนม
•
ประกอบด้วยนํา้ ตาล galactose ที่
ื่ มด้วย
คาร์บอนในตําแหน่งที่ 1 ถูกเชอ
พ ันธะ ‐1,4‐glycosidic bond ก ับ
คาร์บอนตําแหน่งที่ 4 ของ นํา้ ตาล
glucose
•
Lactose เป็น reducing sugar 5.Disaccharides and Oligosaccharides
C. Maltose
•
-1,4-glycosidic bond
CH2OH
O
OH
OH
1
4
O
OH
CH2OH
O
•
OH
OH
เป็นนํา้ ตาลทีม
่ ใี นข้าวบาร์เลย์ เมล็ด
ธ ัญพืช
ประกอบด้วย D‐glucopyranose 2 units ื่ มด้วยพ ันธะ ‐1,4‐glycosidic bond
เชอ
OH
Maltose
•
Maltose เป็น reducing sugar 6. Polysaccharide
•
ประกอบด้วยนํา้ ตาลmonosaccharide หลายหน่วยมาต่อก ัน
ด้วยพ ันธะ glycosidic bond
•
ํ ค ัญ 3 ชนิด ประกอบด้วยนํา้ ตาลglucose
Polysaccharideทีส
่ า
ได้แก่
• แป้ง (starch)
• ไกลโคเจน (glycogen)
• เซลลูโลส (cellulose)
6. Polysaccharide
A. Starch: Amylose and Amylopectin
• แป้งทําหน้าทีแ
่ หล่งสะสมพล ังงานในพืช
• พบในเมล็ดพืช ห ัวม ัน ห ัวเผือก
• Polysaccharideในพืช ประกอบด้วย คือ
20-25%Amylose ก ับ 75-80% Amylopectin
6. Polysaccharide
A. Starch: Amylose and Amylopectin
Amylose :
ื่ มก ันด้วยพ ันธะ -1,4-glycosidic bonds
นํา้ ตาล D-glucose เชอ
่ รง ไม่มก
มีล ักษณะเป็นโซต
ี งิ่
Amylose
6. Polysaccharide
A. Starch: Amylose and Amylopectin
Amylopectin :
ื่ มก ันด้วยพ ันธะ 2ชนิด คือ
นํา้ ตาล D-glucose มีกงิ่ เชอ
-1,4-glycosidic bonds และ -1,6-glycosidic bonds
จะแตกกิง่ ทุกๆ 24-30 units
Amylopectin
6. Polysaccharide
B. Glycogen
โครงสร้างคล้ายก ับ amylopectinประกอบด้วยนํา้ ตาล D- glucose
ื่ มก ันด้วยพ ันธะ 2ชนิด คือ
มีกงิ่ เชอ
-1,4-glycosidic bonds และ -1,6-glycosidic bonds
จะต่างก ันที่ glycogen จะแตกกิง่ ทุกๆ 8-12 units
6. Polysaccharide
C. Cellulose :
่ นประกอบในผน ังเซลล์พช
• เป็นสว
ื
ื่ มก ันด้วย
• เป็นlinear polysaccharideของนํา้ ตาล glucose เชอ
พ ันธะ -1,4-glycosidic bonds
ั บางชนิดไม่สามารถนํา celluoseไปใชเ้ ป็น
• มนุษย์ และสตว์
่ ยเร่งปฏิกริ ย
อาหารไม่มเี อนไซม์ -glucosidase (เอนไซม์ทช
ี่ ว
ิ า
ิ ) พ ันธะ -glucosidic bonds )
ทําลาย(ไฮโดรไลซส