ساکارز.....

ساکارز
ساکارز ، یک دی‌ساکارید حاصل از گلوکز و فروکتوز است.

دید کلی
ساکارز ، قند معمولی ، یکی از مواد شیمیایی طبیعی است که بدون تغییر مصرف می‌شود. (آب و NaCl ، مثالهای دیگری هستند.)

استخراج ساکارز
مصرف سالانه ساکارز در آمریکا ، در حدود 45 کیلوگرم برای هر نفر است. ساکارز از نیشکر و چغندرقند استخراج می‌شود و فراوانی طبیعی آن ، بین 14 تا 20 درصد است. ساکارز در بسیاری از گیاهان دیگر با غلظت کمتر نیز یافت می‌شود. تولید جهانی ساکارز در حدود 70 تریلیون کیلوگرم در سال است و کشورهای هستند (مانند کوبا) که اقتصاد آنها بستگی به قیمت ساکارز دارد.

ساختمان ساکارز
ساکارز یک ترکیب دی‌ساکارید متشکل از دو واحد گلوکز و فروکتوز است. ساختمان ساکارز از رفتار شیمیایی در هیدرولیز اسیدی و تبدیل آن به گلوکز و فروکتوز مشخص می‌شود. ساکارز یک قند غیر کاهنده است، تشکیل اوسازون نمی‌دهد و موتاروتاسیون در آن صورت نمی‌گیرد. این پدیده ها مشخص می‌کند که دو واحد منوساکارید توسط یک پُل استالی از طریق کربن‌های آنومری به هم متصل شده‌اند. لذا دو عامل همی استالی حلقوی یکدیگر را محافظت می‌کنند. پراش اشعه X این فرضیه را تایید می‌کند.

ایزومری در ساختار ساکارز
ساکارز ، دی‌ساکاریدی است که در آن ، فرم D-α- گلوکوپیرانوزی گلوکز به D-β- فروکتوز فورانوز متصل شده است. دو ساختمان ایزومری از ساکارز وجود دارد که از چرخش در ساختار ساکارز حاصل می‌شود. ساکارز ، دارای چرخش مخصوص 66,5+ است. واکنش محلول آبکی اسید با آن ، چرخش مخصوص را کاهش می‌دهد تا به 20,0- درجه سانتی‌گراد برسد. همین اثر با آنزیم انورتاز مشاهده می‌شود.

این پدیده به انورسیون (معکوس شدن) ساکارز شناخته شده و مکانیسم آن وابسته به موتاروتاسیون منوساکاریدها است. این پدیده ، شامل سه واکنش جداگانه می‌شود. هیدرولیز دی‌ساکارید به منوساکاریدهای D-α- گلوکز پیرانوز و D-β- فروکتوز فورانوز ، موتاروتاسیون D-α- گلوکوپیرانوزید به مخلوط در حال تعادل با فرم β وموتاروتاسیون D-β- فروکتوز فورانوز به فرم کمی پایدار D-β- فروکتوز پیرانوز.

به دلیل اینکه چرخش مخصوص فروکتوز 92- درجه سانتی‌گراد و مقدار آن برای گلوکز 52,7 درجه سانتی‌گراد است، در نتیجه مخلوط دارای چرخش نهایی منفی است که از مقدار اصلی محلول ساکارز معکوس شده است.

اتصال اجزای ساکارز
ساکارز دارای یک پیوند استالی بین کربن‌های آنومری در دو جزء قندی است. بطور کلی ، استالها ، اجزای قندهای پیچیده را به هم متصل می‌کنند.

پلی‌ساکاریدها
پلی‌ساکاریدها ، پلیمر منوساکاریدها هستند. از نظر تنوع ، در ساختمان ممکن آنها ، بخصوص در اندازه زنجیر و انشعاب ، قابل مقایسه با پلیمرهای آلکنی هستند، ولی طبیعت در ساختن چنین پلیمرهایی بسیار محافظه‌کار است. سه تا از فراوانترین پلی ساکاریدها ، سلولز ، نشاسته و گلیکوژن می‌باشند که از منومر گلوکز مشتق شده‌اند.

سلولز
سلولز ، پلی- β- گلوکوپیرانوزید است که از طریق C-4 پیوند دارد و از حدود 3000 واحد منومر تشکیل شده و دارای وزن مولکولی در حدود 500000 است و بیشتر به صورت خطی است. رشته های سلولزی ، تمایل دارند که با پیوندهای هیدروژنی چندگانه بهم متصل شوند. تشکیل تعداد بسیار زیاد پیوند هیدروژنی ، باعث ساختمان کاملا سخت سلولز می‌شود و به صورت دیواره سلولی مواد زنده کاربرد موثر دارد.

همچنین سلولز در درختان و سایر گیاهان به وفور یافت می‌شود. الیاف پنبه کاغذ صافی ، سلولز تقریبا خالص است. چوب و نی در حدود 50 درصد پلی‌ساکارید دارند.

نیتروسلولز
بسیاری از مشتقات سلولز ، استفاده تجارتی دارند. تبدیل گروههای هیدروکسی توسط اسید نیتریک به استر نیترات ، نیتروسلولز تولید می‌کند. اگر مقدار نیترات بالا باشد، ماده منفجره است و در باروت بدون دود بکار می‌رود. با مقدار نیترات کمتر ، پلیمری می‌دهد که به عنوان اولین پلاستیک تجارتی یعنی سلولوئید اهمیت دارد. برای مدت زیادی ، نیتروسلولز بطور وسیعی در صنعت فیلم و عکاسی بکار می‌رفت.

متاسفانه بسیار آتشگیر است و بتدریج تجزیه می‌شود و در حال حاضر به ندرت از آن استفاده می‌شود.
نشاسته
برخلاف سلولز ، نشاسته ، پلی گلوکوزی با پیوند استالی α است و ساختمانهای متفاوتی دارد. به عنوان ماده غذایی در گیاهان ذخیره می‌شود و مانند سلولز ، بسادگی توسط محلول اسیدی ، به گلوکز تفکیک می‌شود. منابع اصلی نشاسته ، ذرت ، سیب زمینی ، گندم و برنج هستند. آب داغ ، باعث متورم شدن دانه‌های نشاسته شده، آن را به دو جز اصلی آمیلوز (20%) و آمیلوپکتین (80%) تفکیک می‌کند.

هر دوی آنها ، در آب داغ محلول هستند، ولی اولی در آب سرد کمتر محلول می‌باشد. هر دو مولکول آمیلوز از چند صد مولکول گلوکز تشکیل شده است (جرم مولکولی از 150000 تا 600000). ساختمان متفاوتی نسبت به سلولز داشته، هر دو پلیمر بدون شاخه (انشعاب) هستند. تفاوتی که در شیمی فضایی کربنهای آنومری وجود دارد، باعث می‌شود که آمیلوز آرایش پلیمری را ترجیح دهد.

توجه کنید که واحدهای دی ساکاردی در آمیلوز ، همانند واحدهای دی‌ساکاریدی در مالتوز هستند. برخلاف آمیلوز ، آمیلوپکتین ، شاخه‌دار است. این شاخه‌ها در هر بیست تا بیست و پنج واحد گلوکزی و بیشتر در C-6 تکرار می‌شوند. وزن مولکول آنها به میلیونها می‌رسد.

گلیکوژن
پلی‌ساکارید دیگری با ساختمانی مشابه با آمیلوپکتین ولی با شاخه های بیشتر (یکی به ازای هر واحد گلوکزی) و ابعاد بزرگتر (با وزن مولکولی به بزرگی یکصد میلیون) ، گلیکوژن است. این ترکیب از نظر بیولوژیکی مهم است، زیرا یکی از پلی‌ساکاریدهای اصلی برای ذخیره انرژی در انسان و حیوانات است و نیز به دلیل اینکه در دسترسترین منبع گلوکز بین وعده های غذا و در مواقع فعالیت فیزیکی می‌باشد، از اهمیت زیادی برخوردار است.

دی‌ساکاریدها
دید کلی
قسمت اعظم قندهای طبیعی به صورتهای دی‌مر ، تری‌مر ، الیگومرهای بالاتر (بین 2و10 واحد قند) و پلیمری هستند. متداولترین قندها ، دیمرها هستند.

ساکارز
ساکارز ، قند معمولی ، یکی از مواد شیمیایی طبیعی است که بدون تغییر مصرف می‌شود. مصرف سالانه ساکارز در آمریکا ، در حدود 45 کیلوگرم برای هر نفر است. ساکارز از نیشکر چغندرقند استخراج می‌شود و فراوانی طبیعی آن ، بین 14 تا 20 درصد است. ساکارز در بسیاری از گیاهان دیگر با غلظت کمتر نیز یافت می‌شود. تولید جهانی ساکارز ، در حدود 70 تریلیون کیلوگرم در سال است و کشورهایی هستند (مانند کوبا) که اقتصاد آنها بستگی به قیمت ساکارز دارد. پس ساکارز ، یک دی‌ساکارید حاصل از گلوکز و فروکتوز است.
مالتوز
مالتوز ، دی‌ساکارید دیگری است که "قند جوانه جو" نیز نامیده می‌شود که از تجزیه آنزیمی (آمیلاز) نشاسته با راندمان 80% حاصل می‌شود. مالتو ز، دی‌مر گلوکز است که در آن ، اکسیژن همی‌استالی یک مولکول گلوکز (در فرم α- آنومری) با C-4 مولکول دیگر پیوند دارد. در این آرایش ، واحد گلوکزی با خواص شیمیایی خاص خود ، به صورت محافظت نشده باقی می‌ماند.

مثلا مالتوز ، یک قند کاهنده است، اوسازون تشکیل می‌دهد و موتاروتاسیون در آن انجام می‌گیرد. مالتوز با محلول اسید یا آنزیم مالتاز ، هیدرولیز شده، به دو مولکول گلوکز تبدیل می‌شود. شیرینی آن به اندازه یک‌سوم ساکارز است.
سلوبیوز
یکی دیگر از دی‌ساکاریدهای متداول ، سلوبیوز است که از هیدرولیز سلولز بدست می‌آید. خواص شیمیایی و ساختمانی آن ، همانند مالتوز می‌باشد، به جز در مورد شیمی فضایی آن در پیوند استالی که β به جای α است. محلول اسیدی ، سلوبیوز را به دو مولکول گلوکز ، با بهره مشابه هیدرولیز مالتوز ، تبدیل می‌نماید. ولی هیدرولیز با آنزیم ، به آنزیم دیگری به نام β- گلوکوزیداز نیاز دارد که بطور مشخص ، فقط به پل β- استالی حمله می‌نماید. برعکس ، مالتاز ، مخصوص واحدهای α- استالی در مالتوز است.

لاکتوز
بعد از ساکارز ، فراوانترین دی‌ساکارید طبیعی ، لاکتوز (قند شیر) است. این قند ، در شیر انسان و حیوان (در حدود 5 درصد شیر) یافت می‌شود. پس از تبخیر ، تمام مواد فرار ، بیش از یک‌سوم مواد جامد باقیمانده را تشکیل می دهد. ساختمان آن ، از واحدهای گالاکتوز و گلوکز بوجود آمده است که از پیوند D-β- گالاکتوپیرانوزیل و D- گلوکوپیرانوزید حاصل شده است. تبلور آن از آب ، فقط آنومر α می‌دهد.
ساختمان دی‌ساکاریدها
ساکارز ، دی‌مر مشتق شده اتصال D-α- گلکوپیرانوز با D-β- فروکتوز فورانوز در مراکز آنومری است. این ماده در اثر هیدرولیز ، به قندهای تشکیل دهنده خود تبدیل شده، چرخش نوری آن تغییر می‌کند. دی‌ساکارید مالتوز ، یک دی‌مر گلوکزی است که در آن ، اجزاء تشکیل دهنده با یک پیوند کربن- اکسیژن بین یک کربن آنومری α یک مولکول گلوکز و C4 دومی بر هم متصل می‌شوند.

سلوبیوز ، ساختمانی تقریبا مشابه با مالتوز دارد، اما دارای یک پیکربندی β در کربن استالی است. لاکتوز ، دارای یک اتصال D-β- گالاکتوز با گلوکز ، به همان ترتیب سلوبیوز است.

مواد قندی طبیعی
قندها یا ساکاریدها ، ساده‌ترین کربوهیدراتها هستند. قندها به قندهای ساده یا مونوساکاریدها ، دی‌ساکاریدها و پلی‌ساکاریدها طبقه ‌بندی می‌شوند. اکثر قندها در طبیعت وجود دارند. بعضی از آنها ساختار بدن سلولهای زنده را تشکیل می‌دهند و برخی طبیعت را می‌سازند. با مواد قندی موجود در طبیعت آشنا می‌شویم.

مونوساکاریدها
فرمول ساده یا تجربی برای همه قندها است.
گلوکز
جزء تک قندی‌هاست. گلوکز ، قند خون یا قند انگور (گلایکیس در فرهنگ یونانی به معنی شیرین) که به دکستوز موسوم است، یک پنتاهیدروکسی هگزانال است و در خانواده آلدوزهگزوزها جای دارد. گلوکز به صورت طبیعی در بسیاری از میوه‌ها و گیاهان و با غلظتی در گستره 0.08% تا 0.1% در خون انسان وجود دارد.
فروکتوز
ایزومر کتوهگزوزی گلوکز ، فروکتوز می‌باشد. فروکتوز ، شیرین‌ترین قند طبیعی است. فروکتوز نیز در بسیاری از میوه‌ها و در عسل وجود دارد. فروکتوز در فرهنگ لاتین به معنی میوه است.
ریبوز
قند طبیعی مهم دیگر ، ریبوز است. این قند ، واحد ساختاری ریبونوکلئیک اسیدها می‌باشد.
دی‌ساکاریدها
دی‌ساکارید از ترکیب دو مونوساکارید از طریق تشکیل یک پل ‌اتری (معمولا استال) بدست می‌آید.
ساکارز
ساکارز یک دی‌ساکارید حاصل از گلوکز و فروکتوز است. ساکارز ، قندمعمولی ، یکی از مواد شیمیایی طبیعی است که بدون تغییر مصرف می‌شود؛ (آب و NaCl مثالهای دیگری هستند.) مصرف سالانه ساکارز در آمریکا در حدود 45 کیلوگرم برای هر نفر است. ساکارز از نیشکر و چغندرقند استخراج می‌شود و فراوانی طبیعی آن بین 14 تا 20 در‌صد است. ساکارز در بسیاری از گیاهان دیگر با غلظت کمتر نیز یافت می‌شود. تولید جهانی ساکارز در حدود 70 تریلیون کیلوگرم در سال است و کشورهایی هستند (مانند کوبا) که اقتصاد آنها بستگی به قیمت ساکارز دارد.

ساختمان ساکارز از رفتار شیمیایی در هیدرولیز اسیدی و تبدیل آن به گلوکز و فروکتوز مشخص می‌شود. ساکارز یک قند غیر کاهنده است. تشکیل اوسازون نمی‌دهد و موتاروتاسیون در آن صورت نمی‌گیرد. این پدیده‌ها ، مشخص می‌کند که دو واحد مونوساکارید توسط یک پلی‌استال از طریق کربنهای آنومری بهم متصل شده‌اند. لذا دو عامل همی‌استالی حلقوی یکدیگر را محافظت می‌کنند.

پراش اشعه ایکس این فرضیه را تایید می‌کند. ساکارز دی‌ساکاریدی است که در آن فرم D - α - گلوکز به D - β - فروکتوز فورانوز متصل شده است.
مالتوز
مالتوز یا قند جوانه جو که تجزیه آنزیمی (آمیلاز) نشاسته با راندمان 80% حاصل می‌شود، دی‌مر گلوکز است که در آن ، اکسیژن همی‌استالی یک مولکول گلوکز (در فرم α - آنومری) با C- 4 مولکول دیگر پیوند دارد. در این آرایش ، واحد گلوکزی ، با خواص شیمیایی خاص خود بصورت محافظت نشده باقی می‌ماند. مثلا مالتوز یک قند کاهنده است، اوسازون تشکیل می‌دهد و موتاروتاسیون در آن انجام می‌گیرد.

مالتوز با محلول اسید یا آنزیم مالتاز هیدرولیز شده و به دو مولکول گلوکز تبدیل می‌شود. شیرینی آن به اندازه یک سوم ساکارز است.
سلوبیوز
یکی دیگر از دی‌ساکاریدهای متداول سلوبیوز است که از هیدرولیز سلولز بدست می‌آید. خواص شیمیایی و ساختمان آن ، همانند مالتوز می‌باشد، بجز در مورد شیمی فضایی آن در پیوند استالی که β بجای α است. محلول اسیدی ، سلوبیوز را به دو مولکول گلوکز با بهره مشابه هیدرولیز مالتوز تبدیل می‌نماید. ولی هیدرولیز با آنزیم ، به آنزیم دیگری به نام β - گلوکزیداز نیاز دارد که بطور مشخص فقط به β - استالی حمله می‌نماید. برعکس ، مالتاز مخصوص مخصوص واحدهای α - استالی در مالتوز است.
لاکتوز
بعد از ساکارز ، فراوانترین دی‌ساکارید طبیعی ، لاکتوز یا قند شیر است. این قند ، در شیر انسان و حیوان (در حدود 5 درصد شیر) یافت می‌شود. پس از تبخیر تمام مواد فرار ، بیش از یک سوم مواد جامد باقیمانده را تشکیل می‌دهد. ساختمان آن از واحدهای گالاکتوز و گلوکز بوجود آمده است که از پیوند β - D - گالاکتوز پیرانوزیل و D - گلوکوپیرانوزید حاصل شده است. تبلور آن از آب فقط آنومر α را می‌دهد.
پلی‌ساکاریدها
پلی‌ساکاریدها ، پلیمر مونوساکاریدها هستند. از نظر تنوع در ساختمان ممکن آنها ، بخصوص در اندازه و انشعاب ، قابل مقایسه با پلیمرهای آلکنی هستند. ولی طبیعت در ساختن چنین پلیمرهایی بسیار محافظه کار است. سه تا از فراوانترین پلی‌ساکاریدها سلولز ، نشاسته و گلیکوژن می‌باشند که از مونومر گلوکز مشتق شده‌اند.
سلولز
سلولز ، پلی- β - گلوکوپیرانوزید است که از طریق C - 4 پیوند دارد و از حدود 3000 واحد مونومر تشکیل شده و دارای وزن مولکولی در حدود 500000 است و بیشتر بصورت خطی است. رشته‌های سلولزی تمایل دارند که با پیوندهای هیدروژنی چندگانه بهم متصل شوند. تشکیل تعداد بسیار زیاد پیوند هیدروژنی باعث ساختمان کاملا سخت سلولز می‌شود و بصورت دیواره سلولی مواد زنده کاربرد موثر دارد. همچنین سلولز در درختان و سایر گیاهان به وفور یافت می‌شود.

الیاف پنبه مانند کاغذ صافی ، سلولز تقریبا خالص است. چوب و نی در حدود پنجاه درصد پلی‌ساکارید دارند. بسیاری از مشتقات سلولز استفاده تجارتی دارند. تبدیل گروههای هیدروکسی توسط اسید نیتریک به اسید نیترات ، نیترو سلولز تولید می‌کند. اگر مقدار نیترات بالا باشد، ماده منفجره است و در باروت بدون دود بکار می‌رود. با مقدار نیترات کمتر ، پلیمری می‌دهد که به عنوان اولین پلاستیک تجارتی یعنی سلولوئید اهمیت داشت.

برای مدت زیادی نیترو سلولز بطور وسیعی در صنعت فیلم و عکاسی بکار می‌رفت. متاسفانه بسیار آتشگیر است و بتدریج تجزیه می‌شود و در حال حاضر ، بندرت از آن استفاده می‌گردد. سلولز را که تقریبا در همه حلالها نامحلول است، می‌توان از طریق دیگر کردن گروههای هیدروکسی و تشکیل ترکیب اضافی با کربن دی‌سولفید (آنالوگ گوگردی ) انحلال پذیر کرد.

گروه عاملی جدید گزانتات نام دارد. افزایش مجدد اسید ، دوباره پلیمر نامحلول می‌دهد. با کنترل این فرآیند ، می‌توان الیاف (ریون) یا ورق کاغذ (سلوفان) را تهیه کرد.

نشاسته
برخلاف سلولز ، نشاسته ، پلی‌گلوکزی با پیوند استالی α است و ساختمانهای متفاوتی دارد. به عنوان ماده غذایی در گیاهان ذخیره می‌شود و مانند سلولز بسادگی توسط محلول اسیدی به گلوکز تفکیک می‌شود. منابع اصلی نشاسته ، ذرت ، سیب زمینی ، گندم و برنج هستند. آب داغ باعث متورم شدن دانه‌های نشاسته شده و آن را به دو جزء اصلی آمیلوز (20%) و آمیلوپکتین (80%) تفکیک می‌کند.

هر دوی آنها در آب داغ محلولند، ولی اولی در آب سرد کمتر محلول می‌باشد. هر مولکول آمیلوز که از چند صد مولکول گلوکز تشکیل شده است (جرم مولکولی از 150000 تا 600000)، ساختمان متفاوتی نسبت به سلولز داشته و هر دو پلیمر بدون شاخه (انشعاب) هستند. تفاوتی که در شیمی فضایی کربنهای آنومری وجود دارد، باعث می‌شود که آمیلوز ، آرایش پلیمری مارپیچ را ترجیح دهد.
گلیکوژن
پلی‌ساکارید دیگری با ساختمان مشابه با آمیلوپکتین ، ولی با شاخه‌های بیشتر (یکی به ازای هر واحد گلوکزی) و با ابعاد بزرگتر (با وزن مولکولی به بزرگی یکصد میلیون) گلیکوژن است. این ترکیب از نظر بیولوژیکی مهم است ، زیرا یکی از پلی‌ساکاریدهای اصلی برای ذخیره انرژی در انسان و حیوانات است.