Glukoza i fruktoza należą do węglowodanówwęglowodanywęglowodanów. Nazwa węglowodany powstała w czasach, gdy uważano, że są to wodziany węgla.

Heksozy

Cukry proste to takie, które nie ulegają hydroliziehydrolizahydrolizie. Jeden ze sposobów klasyfikacji uwzględnia liczbę atomów węgla, budujących cząsteczkę danego cukru prostego. Cząsteczki heksozheksozyheksoz posiadają w swojej budowie sześć atomów węgla. Ich przykładem są glukoza i fruktoza.

RoEi9XzHddyWc

Na ilustracji znajduje się wzór strukturalny cząsteczki glukozy ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}\mathrm{O}$ . Cztery atomy węgla tworzą liniowy łańcuch poprzez wiązania pojedyncze. Na jednym krańcu łańcucha znajduje się przyłączona grupa aldehydowa CHO, a na drugim grupa ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$. Do każdego z czterech atomów węgla przyłączone są H i OH.

R1vUebVevHbVl

Na ilustracji znajduje się wzór strukturalny cząsteczki fruktozy ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}\mathrm{O}$ . Cztery atomy węgla tworzą liniowy łańcuch poprzez wiązania pojedyncze. Na obu krańcach łańcucha znajdują się przyłączone grupy ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ . Do do trzech atomów węgla przyłączone są H i OH, do jednego atomu węgla przyłączony jest tlen poprzez wiązanie podwójne.

Podobieństwa i różnice

Budowa cząsteczek

Cząsteczki sacharydów, będących ciałami stałymi w temperaturze pokojowej, ulegają cyklizacji, a forma łańcuchowa, która występuje w roztworze, ulega zamknięciu.

R6Y1RBvYx0IRu

Na ilustracji przedstawiono wzory strukturalne alfa‑D-glukopiranozy i beta‑D-glukopiranozy. Wzory różnią się jedynie położeniem grupy hydroksylowej i atomu wodoru przy jednym z atomów węgla cyklicznej formy glukozy. Izomer $\text{ a‑D }$ jest wtedy, gdy grupa hydroksylowa znajduje się pod pod płaszczyzną pierścienia, odwrotnie do grupy ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ . Izomer $\beta -D$ występuje gdy grupa hydroksylowa znajduje się nad płaszczyzną pierścienia, po tej samej jego stronie co ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ .

W wyniku zamknięcia łańcucha, mogą powstać dwie odmiany cukru: αalfa‑D-glukopiranoza oraz βbeta‑D-glukopiranoza. Różnią się położeniem grupy hydroksylowej względem wolnej pary elektronowej atomu tlenu pierścienia. Litera D przy nazwie cukru oznacza, że grupa hydroksylowa przy piątym atomie węgla we wzorze Fishera znajduje się po prawej stronie.

RFofY7urbplEe

Na ilustracji przedstawiono wzory strukturalne alfa‑D-fruktopiranozy i beta‑D-fruktopiranozy. Wzory różnią się jedynie położeniem grupy hydroksylowej i atomu wodoru przy jednym z atomów węgla cyklicznej formy glukozy. Izomer $\text{ a‑D }$ jest wtedy, gdy grupa hydroksylowa znajduje się pod pod płaszczyzną pierścienia, odwrotnie do grupy ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ . Izomer $\beta -D$ występuje gdy grupa hydroksylowa znajduje się nad płaszczyzną pierścienia, po tej samej jego stronie co ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ .

Przedstawione powyżej wzory αalfa‑D-glukopiranozy i αalfa‑D-glukopiranozy są względem siebie epimeramiepimeryzacjaepimerami. Epimery są to diastereoizomerydiastereoizomerdiastereoizomery, które różnią się tylko jednym asymetrycznym atomem węgla.

Tautomeria keto‑enolowa

W środowisku zasadowym fruktoza, podobnie jak glukoza, ulega utlenieniu przy użyciu odczynnika Tollensa, Trommera i Benedicta do kwasu karboksylowego.  Cząsteczka fruktozy ulega tautomerii keto‑enolowej, stając się glukozą, dzięki czemu daje pozytywny wynik próby na cukry redukujące.

W środowisku zasadowym jon wodorotlenkowy (${\mathrm{OH}}^{-}$) jest akceptorem protonu przyłączonego do atomu węgla C‑2. Proton ten przenoszony jest na atom tlenu grupy aldehydowej ($-\mathrm{CHO}$), dzięki temu tworzy się grupa hydroksylowa ($-\mathrm{OH}$). W wyniku tego przeniesienia między atomem węgla C‑1 a atomem węgla C‑2 powstaje wiązanie podwójne ($\mathrm{C}=\mathrm{C}$). W ten sposób otrzymujemy związek zwany enodiolem (en – wiązanie podwójne; di – dwa; ol – alkohol). W środowisku zasadowym zachodzi odszczepienie protonu od grupy hydroksylowej przyłączonej do atomu węgla C‑2, a następnie przeniesienie wiązania podwójnego do wiązania między atomem węgla C‑2 a atomem tlenu. Podczas tego przekształcenia otrzymujemy grupę ketonową ($\mathrm{C}=\mathrm{O}$). Wszystkie przedstawione na rysunku wzory związku występują w równowadze termodynamicznej.

Reakcje charakterystyczne

Fruktoza i glukoza ulegają reakcjom z odczynnikami:

• Tollensa – odczynnik zawierający jony diaminasrebra(I) ${\left[\mathrm{Ag}{\left({\mathrm{NH}}_3\right)}_2\right]}^{+}$; reakcję tę przeprowadza się w środowisku zasadowym; w wyniku pozytywnej próby, na ściankach naczynia wytrąca się charakterystyczne „lustro srebrowe”;

RkHzZ7CM3CLWl

Zdjęcie przedstawia probówkę, na której ściankach jest metaliczne srebro.

• Trommera – próbę tę przeprowadza się podczas ogrzewania ze świeżo wytrąconym wodorotlenkiem miedzi(II);

• Benedicta – odczynnik ten jest związkiem kompleksowym jonów miedzi(II) z cytrynianem sodu oraz węglanem sodu;

• Fehlinga – to kompleks jonów miedzi(II) z winianem sodowo‑potasowym w środowisku $\text{NaOH}$.

Reakcje powyższych trzech prób można zapisać następująco:

Odróżnienie glukozy od fruktozy

W odróżnianiu glukozy od fruktozy najlepiej przydaje się wykorzystanie utleniania wodą bromową z dodatkiem wodorowęglanu sodu. Zastosowanie podczas reakcji wodorowęglanu sodu jest niezbędne, ponieważ zakwasza on środowisko, dzięki czemu nie zachodzi enolizacja fruktozy, a co za tym idzie, fruktoza nie zmienia swojej postaci w glukozę. Rozróżnienie glukozy od fruktozy jest możliwe, ponieważ tylko grupa aldehydowa glukozy ulega utlenieniu, za sprawą czego powstaje kwas glukonowy. Podczas reakcji roztwór z barwy brunatnej staje się bezbarwny, a dodatkowo wydziela się bezbarwny gaz.

Słownik

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Chemia. Repetytorium. Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko‑Biała 2010.