MONOSAKARIDA DAN PENENTUAN STREOKIMIANYA

Fruktosa, salah satu jenis monosakarida.

Monosakarida (dari Bahasa Yunani mono: satu, sacchar: gula) adalah senyawa karbohidrat dalam bentuk gula yang paling sederhana. Beberapa monosakarida mempunyai rasa manis. Sifat umum dari monosakarida adalah larut air, tidak berwarna, dan berbentuk padat kristal. Contoh dari monosakarida adalah  glukosa (dekstrosa), fruktosa (levulosa), galaktosa, xilosa  dan  ribosa. Monosakarida merupakan senyawa pembentuk disakarida  (seperti sukrosa) dan polisakarida  (seperti  selulosa dan  amilum).

Monosakarida digolongkan berdasarkan jumlah atomkarbon yang dikandungnya (triosa, tetrosa , pentosa , heksosa, dan heptosa) dan gugus aktifnya, yang bisa berupa aldehida atau keton. Ini kemudian bergabung, menjadi misalnya aldoheksosa dan ketotriosa.

Selanjutnya, tiap atom karbon yang mengikat gugus hidroksil (kecuali pada kedua ujungnya) bersifat optik aktif, sehingga menghasilkan beberapa karbohidrat yang berlainan meskipun struktur dasarnya sama. Sebagai contoh, galaktosa adalah aldoheksosa, namun memiliki sifat yang berbeda dari glukosa karena atom-atomnya disusun berlainan. (Wikipedia,2017).

Berikut adalah 7 ciri-ciri umum monosakarida, yakni:

1. Merupakan karbohidrat yang paling sederhana,tidak dapat dihidrolisis lebih lanjut
2. Tidak berwarna
3. Merupakan kristal padat yang bebas larut di dalam air, tidak larut dalam pelarut nonpolar
4. Berasa manis
5. Diserap langsung oleh alat pencernaan
6. Mempunyai rumus empiris (CH2O)n, dimana n = 3 – 8. Jumlah atom C: triosa, tetrosa, pentosa dan heksosa
7. Perbedaan struktur menyebabkan sifat spesifik.

Tata nama monosakarida tergantung dari gugus fungsional yang dimilikinya dan letak gugus hidroksilnya. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifàt lain monosakarida. Monosakarida mengandung satu gugus aldehid disebut sebagai aldosa, sedangkan ketosa adalah monosakarida yang mengandung gugus keton. Monosakarida dengan enam atom karbon disebut heksosa sedangkan yang mempunyai lima atom karbon disebut pentosa. Contoh gula pentosa yaitu xilosa, arabinosa dan ribose.

Monosakarida rantai linear

Monosakarida sederhana memiliki kerangka karbon linear dan tidak bercabang dengan satu gugus fungsi karbonil (C = O), dan satu gugus hidroksil (OH) pada masing-masing atom karbon yang tersisa. Oleh karena itu, struktur molekul dari monosakarida sederhana dapat ditulis sebagai H (CHOH) n (C = O) (CHOH) mH, di mana n + 1 + m = x; sehingga rumus unsurnya adalah CxH2xOx. Dengan konvensi, atom karbon diberi nomor dari 1 hingga x sepanjang tulang punggung, dimulai dari ujung yang paling dekat dengan kelompok C = O. Monnosakarida adalah unit karbohidrat paling sederhana dan bentuk gula yang paling sederhana. jika karbonil berada pada posisi 1 (yaitu, n atau m nol), molekul dimulai dengan gugus formil H (C = O) - dan secara teknis merupakan aldehida. Dalam hal ini, senyawa tersebut disebut aldose. Jika tidak, molekul memiliki gugus keto, karbonil - (C = O) - antara dua karbon; maka secara formal keton, dan disebut ketose. Ketosis minat biologis biasanya memiliki karbonil pada posisi 2. Berbagai klasifikasi di atas dapat dikombinasikan, menghasilkan nama-nama seperti "aldohexose" dan "ketotriose". Nomenklatur yang lebih umum untuk monosakarida rantai terbuka menggabungkan awalan Yunani untuk menunjukkan jumlah karbon (tri-, tetr-, pent-, hex-, dll) dengan sufiks "-ose" untuk aldosis dan "-ulose" untuk ketosis. [2] Dalam kasus terakhir, jika karbonil tidak berada pada posisi 2, posisinya kemudian ditunjukkan oleh infix numerik. Jadi, misalnya, H (C = O) (CHOH) 4H adalah pentosa, H (CHOH) (C = O) (CHOH) 3H adalah pentulosa, dan H(CHOH)₂(C=O)(CHOH)₂H adalah pent-3-ulose.

Stereoisomer rantai terbuka

Dua monosakarida dengan grafik molekuler ekuivalen (panjang rantai yang sama dan posisi karbonil yang sama) mungkin masih merupakan stereoisomer yang berbeda, yang molekulnya berbeda dalam susunan tiga-dimensi dari ikatan atom-atom tertentu. Ini hanya terjadi jika molekul mengandung pusat stereogenik, khususnya atom karbon yang kiral (terhubung ke empat sub-struktur molekul yang berbeda). Keempat ikatan itu dapat memiliki dua konfigurasi dalam ruang yang dibedakan oleh tangan mereka. Dalam monosakarida rantai terbuka sederhana, setiap karbon adalah kiral kecuali atom pertama dan terakhir dari rantai, dan (dalam ketosis) karbon dengan gugus keto. Sebagai contoh, triketose H (CHOH) (C = O) (CHOH) H (gliseron, dihidroksiaseton) tidak memiliki pusat stereogenik, dan karena itu ada sebagai stereoisomer tunggal. Triose lainnya, aldose H (C = O) (CHOH) 2H (gliseraldehida), memiliki satu karbon kiral - pusat, nomor 2 - yang terikat pada kelompok −H, −OH, −C (OH) H2, dan - (C = O) H. Oleh karena itu, ia ada sebagai dua stereoisomer yang molekulnya merupakan bayangan cermin satu sama lain (seperti sarung tangan kiri dan kanan). Monosakarida dengan empat atau lebih karbon dapat mengandung beberapa karbon kiral, sehingga mereka biasanya memiliki lebih dari dua stereoisomer. Jumlah stereoisomer yang berbeda dengan diagram yang sama dibatasi oleh 2c, di mana c adalah jumlah total karbon kiral. Proyeksi Fischer adalah cara sistematis menggambar formula skeletal dari monosakarida asiklik sehingga tangan dari masing-masing karbon kiral ditentukan dengan baik. Setiap stereoisomer dari monosakarida rantai terbuka sederhana dapat diidentifikasi oleh posisi (kanan atau kiri) dalam diagram Fischer hidroksil kiral (hidroksil yang melekat pada karbon kiral). Kebanyakan stereoisomer sendiri adalah kiral (berbeda dari bayangan cermin mereka). Dalam proyeksi Fischer, dua isomer cermin-gambar berbeda dengan memiliki posisi semua hidroksil kiral terbalik kanan-ke-kiri. Isomer cermin-gambar secara kimia identik dalam lingkungan non-kiral, tetapi biasanya memiliki sifat biokimia dan kejadian yang sangat berbeda di alam. Sementara kebanyakan stereoisomer dapat disusun berpasangan bentuk-bentuk cermin, ada beberapa stereoisomer non-kiral yang identik dengan bayangan cermin mereka, meskipun memiliki pusat kiral. Ini terjadi setiap kali grafik molekuler simetris, seperti pada 3-ketopentoses H (CHOH) 2 (CO) (CHOH) 2H, dan dua bagian adalah bayangan cermin satu sama lain. Dalam hal ini, mirroring setara dengan rotasi setengah putaran. Untuk alasan ini, hanya ada tiga stereoisomer 3-ketopentose yang berbeda, meskipun molekulnya memiliki dua karbon kiral.

Stereoisomer berbeda yang bukan merupakan bayangan cermin satu sama lain biasanya memiliki sifat kimia yang berbeda, bahkan di lingkungan non-kiral. Oleh karena itu, setiap pasangan cermin dan setiap stereoisomer non-kiral dapat diberi nama monosakarida tertentu. Sebagai contoh, ada 16 stereoisomer aldoheksose yang berbeda, tetapi nama "glukosa" berarti pasangan spesifik dari almohexoses gambar cermin. Dalam proyeksi Fischer, salah satu dari dua isomer glukosa memiliki hidroksil di kiri pada C3, dan di kanan pada C4 dan C5; sedangkan isomer lainnya memiliki pola terbalik. Nama-nama monosakarida tertentu memiliki singkatan tiga huruf konvensional, seperti "Glu" untuk glukosa dan "Thr" untuk threose.

Umumnya, monosakarida dengan n karbonat asimetris memiliki 2n stereoisomer. Jumlah stereoisomer rantai terbuka untuk aldosa monosakarida lebih besar satu dari pada monosakarida ketosa dengan panjang yang sama. Setiap ketose akan memiliki 2 (n − 3) stereoisomer di mana n> 2 adalah jumlah karbon. Setiap aldose akan memiliki 2 (n − 2) stereoisomer di mana n> 2 adalah jumlah karbon. Ini juga disebut sebagai epimer yang memiliki pengaturan yang berbeda dari gugus −OH dan −H pada atom karbon asimetrik atau kiral (ini tidak berlaku untuk karbon yang memiliki gugus fungsi karbonil).

Konfigurasi monosakarida

Seperti banyak molekul kiral, dua stereoisom dari gliseraldehida akan secara berangsur-angsur memutar arah polarisasi cahaya terpolarisasi linier saat melewatinya, bahkan dalam larutan. Kedua stereoisomer diidentifikasi dengan prefiks D- dan L-, sesuai dengan rasa rotasi: D-glyceraldehyde adalah dextrorotatory (memutar sumbu polarisasi searah jarum jam), sedangkan L-glyceraldehyde adalah levorotatory (berputar berlawanan arah jarum jam).

D- dan L-glukosa

D- dan L-prefiks juga digunakan dengan monosakarida lain, untuk membedakan dua stereoisomer tertentu yang merupakan bayangan cermin satu sama lain. Untuk tujuan ini, seseorang menganggap karbon kiral yang jauh dari kelompok C = O. Empat ikatannya harus terhubung ke −H, −OH, −C (OH) H, dan sisanya dari molekul. Jika molekul dapat diputar dalam ruang sehingga arah dari keempat kelompok tersebut cocok dengan kelompok analog dalam C2 D-gliseraldehid, maka isomer menerima prefiks D. Jika tidak, ia menerima L-prefix.

Dalam proyeksi Fischer, D- dan L- prefiks menentukan konfigurasi pada atom karbon yang kedua dari bawah: D- jika hidroksil berada di sisi kanan, dan L- jika berada di sisi kiri.

Perhatikan bahwa D- dan L-prefiks tidak menunjukkan arah rotasi cahaya terpolarisasi, yang merupakan efek gabungan dari pengaturan di semua pusat kiral. Namun, dua enantiomer akan selalu memutar cahaya ke arah yang berlawanan, dengan jumlah yang sama. Lihat juga sistem d / l.

                                    

Cyclisation dari Monosakarida

           Monosakarida sering berganti dari bentuk asiklik (rantai terbuka) menjadi bentuk siklik, melalui reaksi adisi nukleofilik antara gugus karbonil dan salah satu hidroksil dari molekul yang sama. Reaksi menciptakan cincin atom karbon yang ditutup oleh satu atom oksigen penghubung. Molekul yang dihasilkan memiliki kelompok hemisetet atau hemiketal, tergantung pada apakah bentuk linier adalah aldose atau ketose. Reaksi mudah dibalik, menghasilkan bentuk rantai terbuka yang asli.

       Dalam bentuk siklik ini, cincin biasanya memiliki 5 atau 6 atom. Bentuk-bentuk ini disebut furanosis dan pyranoses, masing-masing - dengan analogi dengan furan dan pyran, senyawa paling sederhana dengan cincin karbon-oksigen yang sama (meskipun mereka tidak memiliki ikatan ganda dari dua molekul ini). Sebagai contoh, glukosa aldoheksose dapat membentuk hubungan hemiacetal antara hidroksil pada karbon 1 dan oksigen pada karbon 4, menghasilkan molekul dengan cincin beranggota 5, yang disebut glucofuranose. Reaksi yang sama dapat terjadi antara karbon 1 dan 5 untuk membentuk molekul dengan cincin beranggota 6, yang disebut glukopiranosa. Bentuk siklik dengan cincin 7-atom (yang sama dengan oxepane), jarang ditemui, disebut heptosis.

Conversion between the furanose, acyclic, and pyranose forms of D-glucose.

Pyranose forms of some pentose sugars.

Pyranose forms of some hexose sugars.

Untuk banyak monosakarida (termasuk glukosa), bentuk siklik mendominasi, dalam keadaan padat dan dalam larutan, dan oleh karena itu nama yang sama umumnya digunakan untuk isomer rantai terbuka dan tertutup. Jadi, misalnya, istilah "glukosa" dapat menandakan glukofuranose, glukopiranosa, bentuk rantai terbuka, atau campuran dari ketiganya.

Siklisasi menciptakan pusat stereogenik baru pada karbon karbonat bantalan. Gugus −OH yang menggantikan oksigen karbonil mungkin berakhir di dua posisi berbeda relatif terhadap midplane ring. Jadi setiap monosakarida rantai terbuka menghasilkan dua isomer siklik (anomer), dilambangkan dengan awalan α- dan β-. Molekul dapat berubah antara dua bentuk ini dengan proses yang disebut mutarotasi, yang terdiri dari pembalikan reaksi pembentukan cincin diikuti oleh pembentukan cincin lain. [3]

Proyeksi Haworth

Struktur stereokimia dari monosakarida siklik dapat diwakili dalam proyeksi Haworth. Dalam diagram ini, α-isomer untuk bentuk pyranose dari D-aldohexose memiliki -OH dari karbon anomerik di bawah bidang atom karbon, sedangkan β-isomer memiliki -OH dari karbon anomerik di atas pesawat. Pyranoses biasanya mengadopsi konformasi kursi, mirip dengan cyclohexane. Dalam konformasi ini, isomer-α memiliki -OH dari karbon anomerik dalam posisi aksial, sedangkan isomer-β memiliki OH- dari karbon anomerik dalam posisi khatulistiwa (mempertimbangkan gula D-aldohexose). (Wikipedia. 2018).

• 

  α-D-Glucopyranose
 
• 

  β-D-Glucopyranose
• 
  

sumber : Wikipedia 27 February 2018, at 18:29. https://en.wikipedia.org/wiki/Monosaccharide

                    Wikipedia 28 November 2017, pukul 20.40. https://id.wikipedia.org/wiki/Monosakarida

Permasalahan :

1. bagaimana cara membentuk disakarida dari senyawa monosakarida?

2. Apa yang menyebabkan monosakarida dapat memiliki streoisomer?

3. apa yang terjadi jika susunan atom memiliki perbedaan pada monosakarida?

4. mengapa monoskarida mudah larut dalam air?