Clase 12: Carbohidratos, Glucósidos y Nucleótidos

Presentación del tema: "Clase 12: Carbohidratos, Glucósidos y Nucleótidos"— Transcripción de la presentación:

1 Clase 12: Carbohidratos, Glucósidos y Nucleótidos
Mario Manuel Rodas Morán Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia Departamento de Química Orgánica.

2 Sobre los carbohidratos.
El término carbohídrato, hidrato de carbono, azúcar, sacárido son sinónimos (el termino sacárido es usado ya que significa azúcar en muchos idiomas: sarkara en Sánscrito, sakcharon en Griego, y saccharum en Latin. Hay dos clases los sacáridos simples y los complejos. Se dividen entre aldosas y cetosas.

3 Estereoquímica en Carbohidratos
Los carbohidratos tienen una estructura de Cn(H2O)n. Es la primer biomolécula que se estudiará en Q.O. (una biomolécula es una molécula orgánica que es fundamental en sistemas biológicos). Para química orgánica estos son polihidroxicetonas o polihidroxialdehidos y su nombre IUPAC sería complicado.

4 Asignando D y L * *

5 With many biological compounds, D and L are used rather than R and S
With many biological compounds, D and L are used rather than R and S. The D refers to the stereochemistry of the naturally occurring stereoisomer of glyceraldehyde. (D-Glyceraldehyde is R.) If drawn with the most oxidized C at the top, D-glyceraldehyde has the OH on the right in its Fischer projection. With carbohydrates, the D refers to the configuration of the bottommost chirality center. Most natural sugars are D. Note: no relationship between D and d.

6 Configuración de Aldosas
Ya en las pentosas y hexosas, existen una especie de diasterómeros que se conocen como epímeros, los cuales solamente difieren en un carbono, por ejemplo la D-arbinosa y la D-Ribosa.

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9 Estereoquímica Recordemos las aldohexosas con un juego de Asociación “All Altruist Gladly make gum in gallon Tanks” (Lois Fieser y Mary Fieser, Universidad de Harvard) :

10 Desoxiazúcares: Cuando a un ázucar le falta un oxígeno, decimos que se tiene un desoxiazúcares.

11 Tópico Interesante Los carbohidratos son importantes en el reconocimiento celular:

12 Formación de hemiacetales cíclicos
Desde tiempos de Fisher, se sabía que la Glucosa cambia de acuerdo al medio, y en medio ácido puede existir en 3 formas: Cadena Abierta, y dos cíclicas.

13 Ciclación de Monosacáridos
Glucose has aldehyde and alcohol functional groups. Recall from Chapter 18 that aldehydes and alcohols can react to give hemiacetals.

14 Glucose and other carbohydrates can form hemiacetals.

15 Proyección de Haworth La proyección de Fisher no es la mejor forma de representar una fórmula cíclica, para esto existe una mejor forma, la de Haworth.

16 Es lo mismo con la Glucosa

17 Es decir se está formando un nuevo carbono quiral.
(diastereomeros) Proyección de Haworth

18 Mutorrotación Estos se interconvierten constantemente:

19 Y la Fructosa ??? La Fructosa una cetohexosa:

20 Formación de Acetales de la Glucosa
La Fructosa es un sacárido importante: Qué Anómero es?

21 La mutorrotación inside en la actividad óptica
Incluso es una prueba para pureza de azúcar:

22 Epimerización Este fenómeno se da en medio ácido, pues hay hidrógenos alfa a carbonilos.

23 Enoles Estos enolatos no sólo forman epímeros, sino pueden cambiar la identidad de los azúcares.

24 Epimerización Enzimática
Las enzimas pueden ayudarnos a isomerisar principalmente en alimentos. La gran mayoría del jarabe de maíz producido, se realiza por este método:

25 Formación de Glicósidos (Acetales)
En la naturaleza muchos compuestos están en forma de glicósidos:

26 Glicósidos (concepto)
Un glicósido es un acetal o cetal mixto de un azucar. La porción carbohidrato de un glicósido se denomina glicona y la porción no-carbohidrato es una aglicona:

27 Cuál es la Aglicona Encuentre en los siguientes glicósidos la Aglicona:

28 Mecanismo

29 Efecto Anomérico No olvide el Efecto anomérico, extraño pero que fue descubierto gracias a los glicósidos. Es bastante interesante, y tiene aplicaciones en síntesis diasteroespecífica

30 Mecanismo utilizando grupos vecinos
Recuerde que es una SN1 por lo que los grupos vecinos (recuerde el gas mostaza) pueden estabilizar el carbocatión intermediario:

31 N-Glicósidos Esto se logran al hacer reaccionar una amina:

32 S-Glicósidos También los de Azufre son importantes dentro de la química de carbohidratos, especialmente en la química de la vida. Pero también útiles en síntesis.

33 X-Glicósidos No son naturales pero son muy útiles en síntesis, buenos grupos salientes, la síntesis es específica.

34 Formación de Acetales:
Como grupos protectores, con tantos OH no será difícil encontrar donde se añade un acetal

35 Solo un ejemplo antes de QOIV

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37 Formación de ozasonas Los sacáridos pueden formar ozasonas estables. Interesante estás son sólidas y muchos monosacáridos son mieles: Fenilhidrazina

38 Formación de Ozasonas Un mismo azucar puede dar la misma ozasona, por ello hay que tener cuidado al dar una respuesta o al identificar azúcares por este método.

39 Y las cetosas queeee…. Las cetosas también dan ozasonas entre carbono 1 y carbono 2 por lo que pueden también dar la misma ozasona que algunas aldosas:

40 Fisher-Kiliani La síntesis clásica es la siguiente, ahora hay otras pero siguen teniendo el nombre clásico, ya que gracias a esta síntesis se logró la elucidación de todos los monosacáridos: Cianohidrina Hidrólisis Lactona Reducción

41 Fisher Kiliani Ahora con un poco más de química desarrollada hemos tenido 112 años para desarrollar otras rutas:

42 Y las síntesis contrarias?
También podemos degradar el monosacárido de un carbono en un carbono… interesante pero reacción muy poco útil, aunque quizá más adelante encontremos más aplicaciones. La siguiente es la degradación de Wohl, totalmente inversa a Fischer-Kiliani

43 Degradación de Ruff Un poco diferente, pero más elegante:

44 Otras Degradaciones elegantes
Algunos ejemplos usando química:

45 Hablando de Dioles Solo recordando con ácido periódico se pueden romper: CH2OH CHO HO OH D-glucose HCO2H HO OH CH2OH O D-fructose H2CO HCO2H CO2 HCO2H HCO2H HCO2H HCO2H HCO2H HCO2H H2CO H2CO CH2OH HO OH D-mannitol H2CO HCO2H HCO2H HCO2H HCO2H H2CO

46 A manera de Resumen: OH HO CN CH2OH HCN Fischer-Kiliani Synthesis OH
Fe+++ H2O2 Ruff Degradation Pd/BaSO4 pH 4.5, H2 CHO OH CH2OH HO CO2Ca1/2 OH CH2OH HO Br2/H2O Aldonic acid as Ca salt

47 Reducciones Qué grupos funcionales tienen los carbohídratos?
Debido a que los sacaridos contienen alcoholes y carbonilos, las reacciones son una extención de lo ya aprendido. Reducción

48 Reducciones Las reducciones llevan a alditoles (polialcoholes)
Estos pueden ser productos de varios azúcares. Las cetosas pueden dar dos alditoles distintos.

49 Más de reducciones El reductor por excelencia es la hidrogenación catalítica, que también produce alditoles:

50 Tópico interesante Los Alditoles son usados en edulcorantes para chicles libres de azúcar.

51 Oxidación con ácido Nítrico
La oxidación con ácido nítrico logra oxidar el alcohol y el Aldehído

52 Síntesis de Ácidos Urónicos
Los ácidos urónicos son aldosas en las que el grupo –CH2OH terminal es oxidado a ácido carboxílico, a continuación una síntesis que aparece en el libro de Pine:

53 Oxidación con Bromuro Cuando se usa bromo y agua se logra oxidar al aldehído, no a los alcoholes:

54 Más de Oxidación con Bromo
Este pierde el color rojo del bromo: Importante las cetosas no se oxidan con Br2/H2O, pues no poseen la función aldehído

55 Tollens Otra forma de oxidar es con el reacctivo de Tollens:

56 Otras formas de Oxidar Pruebas carácterísticas son Bennedict y Felhing:

57 Pruebas Analíticas Con Felhing o con Benedict, se puede determinar si se tiene un azucar reductor:

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59 Método Enzimático El método enzimático es la forma en el que el organismo puede tener energía o empezar el metabolismo de la glucosa.

60 Azúcares reductores Los que tienen “comprometido” el carbono anomérico (acetal): POSITIVO NEGATIVO

61 Disacaridos: Son los que tienen dos unidades de azucar:
Existen 3 enlaces naturales: 1-4’: El carbono anómerico está enlazado al oxígeno en carbono 4. 1-6’: El carbono anómerico está enlazado al oxígeno 6. 1-1’: El Carbono anomérico está enlazado al oxígeno 1.

62 Abreviaciones a tener en cuenta

63 Un disacárido no es más que:
La unión de dos monosacáridos:

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65 Celobiosa Dos unidades de glucosa unido 1,4.

66 Maltosa Enlace 1,4 dos unidades de glucosa.

67 Lactosa Enlace 1,4 galactosa y glucosa.

68 Tópico Interesante La intolerancia a la lactosa se da por la pérdida de la enzima lactasa

69 Gentiobiosa Enlace 1,6. Dos unidades de glucosa.

70 Sacarosa Es enlace 1,1.

71 Polisacáridos Estás son unidades interminables de sacáridos:

72 Otra Clasificación

73 Celulosa Son enlaces Beta 1,4 algunos mamíferos tienen la β-glucosidasa.

74 Celulosa Esta se encuentra en las plantas. Forma Fibras

75 Amilosa (almidon) Son enlaces α-1,4 de glucosa, los mamíferos que tienen la α-glucosidasa pueden comerlos.

76 Prueba con yodo La amilosa forma como espirales, las cuales pueden acomplejar al yodo.

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79 Tópico Interesante Si leen con atención las etiquetas de muchos productos edulcorados, verán “Jarabe de Maíz de alta fructosa”

80 Amilopectina Es la de las jaleas.

81 Amilopectina Esto hace que sea una amilosa con “brazos”.

82 Quitina Es un aminoazúcar, es la que recubre el exoesqueleto de muchos organismos:

83 Agarosa Es un polisacárido con uniones alfa-galactosídicas.

84 Reacciones Formación de éteres:

85 Más de Metilaciones: Se puede usar sulfato de metilo en medio Básico para lograr acetilar todas las posiciones de un monosacárido.

86 Formación de ésteres En está reacción se utiliza anhídrido acético y piridina:

87 Xantatos Los Xantatos se utilizan mucho en la industria textil sobre telas de algodón:

88 Listos para un… Problema: Un compuesto A es un Trisacárido el cual se encuentra principalmente en la semilla de algodón. Éste no reacciona con Benedict ni con Fehling. La hidrólisis catalizada por ácido da lugar a tres diferentes D-hexosas. B, C y D. El compuesto B y C dan lugar a la misma osazona (ver abajo) cuando reaccionan con un exceso ácido con fenilhidrazina. El compuesto D, reacciona con ácido nítrico para dar un compuesto E que es opticamente inactivo. Sin embargo se demostró que D, no es la D-Alosa. Cuando B es tratada con ácido nitríco produce un compuesto ópticamente activo. Y se sabe que B puede reaccionar con Br2/H2O, a diferencia de C, que no reacciona con este reactivo. B es epímero de D. La metilación de A y posterior hidrólisis da lugar una: 2,3,4-tri-O-metil-D-hexosa (derivado de B) a 1,2,3,4,6-tetra-O-metil-D-hexosa (derivado de C) y 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-hexosa (derivado de D)

89 Encontrando tamaño del anillo
OCH3 CO2H CH3O CH3O O OCH3 CO2H HNO3 HNO3 HNO3 OCH3 CO2H CH3O CH3O O OH OCH3

90 Más sobre el Tamaño del anillo
OH O OCH3 OHC HCO2H HO OH O OCH3 HIO4 H3O+ OH CHO + OHCCHO CH3OH D-glyceraldehyde glyoxal

91 Hetero-polisacáridos
Glicosaminoglicanos (Unidades repetitivas de disacáridos) Sulfato de 6-crondroitina: -D-ácido glucorónico-(b 13)-N-acetil-D-galactosamina-6-sulfato-(b 14)- Sulfato de Keratina: -D-galactosa-(b 14)-N-acetil-D-glucosamina-6-sulfato-(b 13)-

92 Ésteres de Fósfato: Se da por la reacción entre el ácido fosfórico y un azúcar:

93 Nucleosidos, nucleotidos y ácidos nucleicos
nucleoside nucleotides nucleic acids Note la química de estos tres grupos

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95 Ácido Nucléico Es un poliazucar de ribosa, solo que con algunas muy peculiares características.

96 Nucleósidos: Estos pueden ser sintetizados:

97 Al colocarle un fosfato tenemos
Un Nucleótido

98 Algunas cosas interesantes de los nucleótidos

99 Estructura del ARN

100 1. Nucleación 2. Propagación Estructura helicoidal? Apilamiento π-π Fármacos anti-cancer o pigmentos para ácidos nucleícos? Especies aromáticas nitrogenadas, capaces de intercalarse firmemente

101 Otros Tautómeros, errados!!!

102 ADN como plantilla para catalizar reacciones orgánicas
B A

103 Pero así es el temprando en el organismo?
Pues si, pero un poco diferente, un tanto más elegante… variable loop TC loop D loop aminoacyl t-RNA

104 A site P site E site