Disaccharide – Besondere Glykoside

Disaccharide – Besondere Glykoside Übung

• Beschreibe die Reaktion vom Aldehyd bis zum Disaccharid.

  Tipps

  Bei der Reaktion von D-Glucose mit Ethanol entsteht ein Glykosid.

  Die Bindung zwischen zwei Sacchariden nennt man glykosidische Bindung.

  Lösung

  Die Reaktion bis zu der Verbindung eines Disaccharids kann über verschiedene Schritte nachverfolgt werden:

  Zuerst reagiert ein Aldehyd mit einem Alkohol zu einem Halbacetal. Alternativ dazu kann auch die Reaktion eines Monosaccharids, welches ebenfalls ein Aldehyd ist, mit einem Alkohol zur Halbacetalbildung führen. Es wird an dieser Stelle Wasser abgespalten. Wenn nun zwei Halbacetale miteinander reagieren, entsteht ein Disaccharid. Eines der beiden Halbacetale nimmt hierbei die Stellung des Alkohols ein, während das andere den Aldehyd darstellt. Die beiden Ringe verbinden sich mittels einer glykosidischen Bindung und es wird erneut Wasser abgespalten.

• Finde die Moleküle mit glykosidischer Bindung.

  Tipps

  Eine glykosidische Bindung erfolgt über ein Sauerstoffatom.

  Das anomere Kohlenstoffatom gibt Auskunft darüber, an welcher Stelle eine neue Bindung entstanden sein könnte.

  Lösung

  Die glykosidische Bindung ist eine spezielle Bindung in der organischen Chemie. Sie bezeichnet die Bindung eines anomeren Kohlenstoffatoms und einem Heteroatom eines anderen Kohlenstoffmoleküls.

  Dieses muss jedoch nicht immer ein Sauerstoffatom sein. Beispielsweise kann es sich auch um ein Stickstoffatom handeln. Dies ist z.B. bei der Bindung einer Nucleinbase in der DNA der Fall, dem Baustein des menschlichen Lebens.

  Die abgebildete Stickstoffbindung zwischen den Benzolringen kann als Azogruppe, dem Baustein für organische Farbstoffe, gesehen werden.

• Beschreibe den Ablauf der Fehling-Probe.

  Tipps

  Bei der Mischung von Fehling I und Fehling II bildet sich ein tiefblauer Kupferkomplex.

  Die RGT-Regel besagt, dass eine Erhöhung der Reaktionstemperatur um 10 K eine Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit bewirkt.

  Eine Oxidation ist eine Reaktion mit Elektronenabgabe.

  Lösung

  Die Fehling-Probe ist eine klassische Nachweisprobe für Reduktionsmittel, also Stoffe, die ihren Reaktionspartner zur Oxidation zwingen. Hierzu zählen Aldehyde und Zucker.

  Im ersten Schritt benötigt man Fehling I (Kupfer(II)sulfat) und Fehling II (Kaliumnatriumtartrat), welches zusammen einen tiefblauen Komplex mit einem zweifach positiv geladenen Kupferkation als Zentralteilchen bildet. Nun gibt man die zu testende Substanz hinzu und erwärmt die Lösung (wenn reduzierende Gruppen in der Substanz vorhanden sind, wie im Falle einiger Zucker). Dabei wird das Kupfer in einer Redoxreaktion zu Kupfer(I)oxid reduziert, wogegen die Aldehyd- zur Carbonsäure oxidiert wird.

• Nenne Lebensmittel, in denen Disaccharide vorkommen.

  Tipps

  Die Saccharose wird auch Rohrzucker oder Rübenzucker genannt.

  Alle Disaccharide haben einen süßen Geschmack.

  Lösung

  Disaccharide sind die Reaktionsprodukte einer Kondensationsreaktion zweier Monosaccharide. Sie zählen chemisch zu den Kohlenhydraten. Die beiden Saccharide sind über eine glykosidische Bindung miteinander verknüpft. Alle Disaccharide haben einen charakteristisch süßen Geschmack.

  Ein wichtiges Disaccharid ist die Saccharose, der Rübenzucker. Dieser kommt in zahlreichen Lebensmitteln vor und wird aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr gewonnen.

  Lactose ist ein ebenfalls bekanntes Disaccharid, welches auch Milchzucker genannt wird. Es kommt unter anderem in Milch, Schweiß und Blut vor und kann nicht von allen Menschen durch den Verdauungstrakt abgebaut werden. Dies nennt man Lactoseintoleranz.

  Die Maltose ist ein Disaccharid, welches ebenfalls in der Zuckerrübe vorkommt, aber auch im Bienenhonig zu finden ist.

• Entscheide, welche Disaccharide mit Tollens-Reagenz oder Fehlingscher Lösung positiv auf Reduktionsmittel reagieren.

  Tipps

  Reduktionsmittel zwingen den anderen Stoff zur Reduktion. Disaccharide mit einer freien Aldehygruppe wirken als Reduktionsmittel.

  Lösung

  Dissacharide bestehen aus zwei Monosacchariden, die unter Wasserabspaltung miteinander reagiert haben. Es gibt die Möglichkeit, dass die beiden Ringe jeweils an Position 1 miteinander reagieren. So würde eine 1,1-glykosidische Bindung entstehen. Alternativ kann an Position 1 und 4 die Reaktion stattfinden, sodass eine 1,4-glykosidische Bindung entsteht.

  Man kategorisiert hier also zwischen zwei Bindungstypen, wobei die 1,4-Bindung als Typ I und die 1,1-Bindung als Typ II bezeichnet wird. Der Unterschied zwischen beiden ist, dass der erste Typ (1,4) positiv auf Fehlingsche Lösung und Tollens-Reagenz reagiert. Diese Verbindung wirkt also reduzierend. Bei dem zweiten Typus findet keine Reaktion statt. Dieser Typ ist demnach kein Reaktionsmittel.

• Bezeichne die Art der Verknüpfung der Disaccharide.

  Tipps

  Disaccharide haben mindestens zwei Ringmoleküle, die durch ein Sauerstoffatom verbunden sind.

  Überlege, welche Position miteinander reagiert. Die Position 1 ist immer das anomere Kohlenstoffatom.

  Lösung

  Disaccharide entstehen aus einer Kondensationsreaktion unter Wasserabspaltung aus zwei Halbacetalen. Ein prominenter Vertreter dieser Stoffklasse ist Saccharose, der normale Haushaltszucker.

  Bei der Reaktion von zwei Halbacetalen gibt es zwei Möglichkeiten der Verknüpfung: Es kann sein, dass sie an der 1,1-Position miteinander reagieren. Dies bedeutet, dass die Stellen der beiden anomeren Kohlenstoffe miteinander reagieren. Ein Halbacetal reagiert wie der Alkohol, wohingegen der andere wie ein Aldehyd reagiert. Die Bindung entsteht also an beiden Halbacetalen an der ersten Stelle.

  Dagegen ist die zweite Möglichkeit, dass die beiden Moleküle an der jeweils ersten (anomeres Kohlenstoffatom) und der vierten Stelle (gegenüberliegend) miteinander reagieren. So entsteht dieselbe Bindung, jedoch ist ein Molekül gespiegelt. Diese Art der Verbindung nennt man 1,4 und sie wirkt im Gegensatz zur 1,1-Bindung reduzierend.

  Es gibt natürlich die Möglichkeit, dass Moleküle nicht nur in der 1,1- bzw. 1,4-Position miteinander reagieren: Die Saccharose beispielsweise besitzt eine 1-2-glykosidische Bindung. Saccharose ist der handelsübliche weiße Kristallzucker. Bei der 1,6-Verknüpfung, wie in der abgebildeten Gentibiose, liegt wieder ein reduzierender Zucker vor, wogegen die 1,5-Position erneut, äquivalent zur 1,1-Position, nicht reduzierend wirkt.