Transcript [KIMIA ORGANIK] 1Karbohidrat.p pt

Karbohidrat
Pengantar
• Disebut “karbohidrat” karena Cx(H2O)y
• Karbohidrat sederhana disebut “sakarida”,
kebanyakan namanya berakhiran –ose
• Definisi:
- polihidroksi aldehid dan keton
- senyawa yang dapat terhidrolisis
menghasilkan polihidroksi aldehid dan keton
• Sebagai hemiacetals atau acetals
Review: struktur gugus karbonil
• Hibridisasi sp2
• Atom karbon dalam gugus
karbonil mengalami muatan
positif parsial
• Atom oksigen dalam gugus
karbonil mengalami muatan
negatif parsial
Review: sifat fisis aldehid dan keton
1. Mana yang lebih tinggi titik didihnya (untuk
jumlah atom C yang sama):
- aldehid/keton dan alkohol
- aldehid/keton dan alkana
2. Bagaimana kelarutan aldehid/keton dalam
air?
Review: Sifat Kimia, adisi nukleofilik
• Gugus karbonil (aldehid dan keton) sangat mudah mengalami
reaksi adisi nukleofilik karena struktur khas yang dibahas pada
slide sebelumnya:
- struktur planar merupakan struktur terbuka yang mudah
diserang dari atas/bawah
- ada muatan positif parsial pada atom C di gugus karbonil
- atom O yang bermuatan negatif merupakan indikasi bahwa
reaksi adisi nukleofilik dapat dipercepat dengan katalisator
asam
Review: Adisi nukleofilik
• Dikelompokkan dalam dua kelas:
1. Jika reagen nukleofil merupakan nukleofil
kuat
2. Jika reagen nukleofil lemah tapi merupakan
asam kuat (sebagai katalisator asam)
Review: Nukleofil kuat
alkoxide oxygen
Review: Dengan katalisator asam
kation oxonium
Review: reaktivitas
• Mana yang lebih reaktif terhadap reaksi
nukleofilik, aldehid atau keton?
- Dari segi steric factor
- Dari segi electronic factor
Review: Hemiacetals
• Karakteristik utama:
ada gugus –OH dan –OR yang melekat pada satu atom karbon
• Hemiacetal dalam bentuk rantai terbuka biasanya tidak stabil
• Hemiacetal dalam bentuk siklis lebih stabil
Review: Hemiacetals siklis lebih stabil
Klasifikasi karbohidrat
• Monosakarida : paling sederhana
• Disakarida : hidrolisis menghasilkan 2 molekul
monosakarida
• Trisakarida : hidrolisis menghasilkan 3 molekul
monosakarida
• Oligosakarida : hidrolisis menghasilkan 2-10
molekul monosakarida
• Polisakarida : hidrolisis menghasilkan >10
molekul monosakarida
Contoh
• Monosakarida : glukosa, fruktosa
• Disakarida : sukrosa (hidrolisis menghasilkan 1
molekul glukosa dan 1 molekul fruktosa),
maltosa (hidrolisis menghasilkan 2 molekul
glukosa)
• Polisakarida : pati, selulosa (polimer dari
glukosa)
Hidrolisis
Pentingnya karbohidrat
• Sumber energi kimia pada
makhluk hidup
• Penopang jaringan makhluk
hidup, terutama pada tanaman
Fotosintesis dan Metabolisme Karbohidrat
Tanaman
x CO2 + y H2O + sinar matahari  Cx(H2O)y + x O2
Hewan/
Manusia
Cx(H2O)y + x O2  x CO2 + y H2O + energi
‘Penyimpanan’ energi
• Energi dari metabolisme karbohidrat dapat
langsung digunakan (melalui konversi menjadi
panas) atau disimpan dalam bentuk senyawa
kimia adenosin triphosphat (ATP)
• Simpanan energi dalam bentuk ATP dapat
digunakan dengan konversi menjadi adenosin
diphosphat (ADP) dengan reaksi eksotermis
yang menghasilkan energi
ADP to ATP
ATP to ADP
Contoh kasus
• Akumulasi polyester dalam bakteri
Alcaligenes eutrophus
• Diinginkan akumulasi polyester sebanyakbanyaknya sebagai produk biopolimer
• Kontradiksi: pada kondisi lingkungan
ideal, bakteri tidak membentuk polyester
• Untuk memicu akumulasi polyester,
dibuat situasi tidak nyaman bagi bakteri
agar mereka mengkonversi ATP menjadi
ADP dan mengakumulasi polyester
• Salah satu caranya adalah dengan
menciptakan defisiensi fosfat
Reaksi enzimatis
Monosakarida
Klasifikasi monosakarida
• Dasar:
1. jumlah atom karbon pada molekul
2. apakah mengandung gugus aldehid atau keto
• Contoh
Karakter unik karbohidrat
• Dapat muncul dalam bentuk-bentuk
enantiomer
• Enantiomer: lihat review Stereokimia (Kimia
Organik 1)
Sistem penamaan karbohidrat
• Dengan awalan R dan S (sistem Cahn-IngoldPrelog)
• Sistem D-L
- D = dextrorotatory
- L = levorotatory
Sistem D-L
• Konfigurasi standard:
glyceraldehyde
• Konvensi:
monosakarida digambar
dalam struktur vertikal
dengan gugus aldehid atau
keto paling dekat ke puncak
C yang diberi nomor 1.
• Perbandingan dengan
standard dilakukan pada
atom C chiral dengan nomor
TERTINGGI
Sistem D-L
Kelemahan sistem D-L
• Hanya berdasarkan SATU C chiral
• Sistem R-S: mempertimbangkan seluruh C
chiral yang terdapat dalam molekul ybs.
Lihat review Aktivitas Optikal
Rumus bangun monosakarida
Buktikan bahwa dalam sistem Cahn-Ingold-Prelog, nama D-(+)-glucose
adalah (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5-pentahydroxyhexanal
Hasil eksperimen
• D-(+)-glucose dalam bentuk rantai terbuka
berkesetimbangan dengan dua bentuk hemiacetal
(rumus bangun Haworth)
Muncul C chiral baru pada C1; maka ada 2 bentuk hemiacetal
sebagai diastereomer (disebut anomer)
Anomeric carbon atom
• Atom C1 sebagai chiral center baru disebut
‘anomeric carbon atom’
• Penamaan anomer:
berdasarkan posisi gugus –OH pada anomeric
carbon atom
 = -OH trans dengan –CH2OH
 = -OH cis dengan –CH2OH
Penamaan anomer
-D-(+)-Glucopyranose
-D-(+)-Glucopyranose
Bentuk lain representasi bangun
Cincin hemiacetal
• Enam atom C =
pyranose
Glukosa sering juga
disebut glucopyranose
• Lima atom C = furanose
Pyran
Furan
Mutarotation
• Perubahan rotasi optikal ke arah suatu nilai kesetimbangan
Reaksi-reaksi Karbohidrat
Pembentukan glycoside
Karakter glycoside
• Merupakan acetal yang umumnya stabil (tidak
mudah bereaksi/berubah) dalam suasana
basa
• Sering dimanfaatkan untuk mekanisme ‘group
protection’ pada karbohidrat
Oksidasi
• Dengan reagen (baca sendiri):
1. Tollen : Ag+(NH3)2OH2. Benedict : larutan basa yang mengandung ion kuprisulfat
• Untuk membedakan ‘reducing sugar’ (hemiacetal) dan ‘nonreducing sugar’ (acetal)
• Reducing sugar bersifat positif terhadap tes Tollen dan
Benedict
Oksidasi aldose dan ketose
Cu2+
kompleks
Reducing/Non-reducing sugar
Oksidasi dengan HIO4
• Untuk pemutusan senyawa polihidroksi pada ikatan
C-C antara 2 atom C yang sama-sama mengikat
gugus hidroksil
• Untuk setiap C- yang terlepas, terbentuk satu C=O
Mekanisme
Kaidah
• Jika oksidasi dilakukan pada senyawa dengan tiga
atau lebih gugus –CHOH maka atom-atom C dari
bagian tengah akan membentuk asam formiat
Kaidah
• Pemutusan ikatan bisa juga terjadi antara C ber-OH
dengan C dengan gugus karbonil pada keton dan
aldehid, tapi TIDAK terjadi pada gugus karbonil pada
asam karboksilat dan ester)
Kaidah
• Pemutusan periodat TIDAK terjadi pada:
1. senyawa dengan gugus –OH yang terpisah oleh –CH2
2. senyawa yang atom C ber-OH-nya terikat dengan atom C
yang membawa gugus eter atau acetal
Disakarida
Sukrosa
• Sehari-hari dikenal sebagai
gula pasir
• Sumber : tebu
Madukismo
Pemanis selain sukrosa
•
•
•
•
•
•
Aspartame
Sucralose
Cyclamate
Saccharin
Laktitol
Sorbitol
Polisakarida
Tiga polisakarida terpenting
• Pati
• Glikogen
• Selulosa