	Zucker

Das Wichtigste über Zucker

Zucker gehören wie Stärke und Zellulose zu den Kohlenhydraten. Da die allgemeine Summenformel C_x(H₂O)_y lautet dachte man früher, daß diese Stoffe die Hydrate des Kohlenstoffs seien.

Man kann Zucker durch Dehydrierung aus Polyalkoholen gewinnen. Wenn man eine endständige OH- Gruppe dehydriert erhält man eine Aldose (Aldehydgruppe) sonst eine Ketose (Carbonylgruppe). Aldosen und Ketosen mit gleicher Kohlenstoffanzahl sind Konstitutionsisomere d.h sie haben die gleiche Summenformel, aber die Atome sind untereinander anders verknüpft.


Ketose: D-(-)-Fructose C₆H₁₂O₆	Aldose: D-(+)-Glucose C₆H₁₂O₆

Je nach der Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül gibt es: Triosen(3C), Tetrosen(4C), Pentosen(5C), Hexosen(6C)...
In der Natur kommen allerdings keine Zucker mit weniger als 5 C-Atomen vor (Heptosen und hö here Zucker hat man als Bestandteil in Bakterienzellwänden entdeckt); die meisten haben 6 C-Atome, sie liegen in der D-Form vor und sind optisch aktiv. (siehe optische Aktivität)


(Aldo)triose: D-(-)-Ribose	(Aldo)hexose: D-(+)-Glucose

Die kettenförmigen Zucker bilden meist Ringe wodurch man sie weiter in die alpha-Form und beta-Form, sowie in die Pyranose- und Furanoseform unterteilen kann. (siehe Halbacetal)

Durch die vielen Hydroxylgruppen sind die meisten Zucker gut wasserlöslich und haben einen relativ hohen Schmelzpunkt (nahe der Zersetzungstemperatur). Ihre Süßigkeit verdanken sie ebenfalls dieser Gruppe. Zucker nennt man in der Fachsprache Saccharide.

Man unterscheidet zwischen:

Monosacchariden	(Einfachzucker) (z.B. Glucose, Fructose)
Disacchariden	(Doppelzucker) (z.B. Saccharose, Maltose) (siehe Vollacetal)
Oligosacchariden	(Zucker besteht aus 3-16 Molekülen)
Polysacchariden	(Vielfachzucker, bestehend aus bis zu mehreren tausend Zuckermolekülen) (z.B. Stärke, Zellulose)

(siehe Verschiedene Zucker)

Schädlichkeit des Zuckers

Mutarotation

Mono- und Disaccharide zeigen auch die Mutarotation d.h. löst man reine z.B. alpha-D- oder beta-D-Glucose in Wasser, so ändert sich der Drehwinkel der Lösung bis ein Winkel von +52,76° erreicht wird.(Halbacetal), (optische Aktiviät)
Erklärung:
Die alpha-Form geht über die Kettenform (Aldehydform) in die beta-Form über, da jedes dieser Isomere (Anomere) einen anderen spezifischen Drehwinkel hat, ändert sich der "Gesamtdrehwinkel" der Lösung bis zur Gleichgewichtseinstellung.

Halbacetal

Es bildet sich aus einer Aldehydgruppe und einer alkoholischen Gruppe unter Anwesenheit von Protonen (saure Lösung). Reaktionsgleichung von Halbacetal

Bei den Monosacchariden geschieht dies intramolekular d.h. das Molekül liegt dann ringförmig vor. Die Cyclisierung verläuft bei Ketosen nach einem ähnlichen Mechanismus. Glucose in Aldehydform

Glucose in Kettenform wird zur beta-Glucopyranose Strukturformel von beta-Glucose

Bei neutral bis alkalischer Lösung kann dieser Ring wieder zur Kettenform aufgehen. (Mutarotation) Ringe in denen 5 Atome (Kohlenstoff+Sauerstoff) im Ring sind nennt man Furanosen (z.B. Fructose), Ringe mit 6 Atomen im Ring Pyranosen. (in Anlehnung an das Furan bzw. Pyran)

Strukturformeln von Furan und Pyran

Durch den induktiven Effekt des Sauerstoffatoms im Ring ist die "benachbarteste" OH-Gruppe (glycosidische Guppe) am reaktivsten. Diese Gruppe kann ober- oder unterhalb des Rings stehen (Harworth-Projektion). Steht sie oberhalb liegt das Molekül in der beta-Form, sonst in der alpha-Form vor (die zwei Formen sind anomer zueinander).

Strukturformeln von alpha- bzw. beta-Glucose

Die beta-Form ist bei Glucose die stabilere, da hier alle OH-Gruppen möglichst weit voneinander entfernt sind. (keine sterische Hinderung) Die Atome im Ring können sich auch noch sessel (stabilere bei Glucose)- oder wannenförmig anordnen.

Sessel- & Wannenform der beta-Glucose

Vollacetal

Ein Vollacetal bildet sich aus einer glycosidischen OH-Gruppe (Halbacetal) und aus einer alkoholischen OH-Gruppe oder aus einer zweiten glycosidischen Gruppe. Der gebildete Stoff heißt Glycosid. Reaktion von Halbacetal zu Vollacetal

Reaktion eines Halbacetals mit einem Alkohol zu einem Glycosid

Bei Zuckern unterscheidet man Disaccharide vom:

Trehalosetyp
Maltosetyp

a.	Hier reagieren zwei ringförmige Monosacchariden mit ihren beiden glycosidischen Gruppen miteinander. Da nun die glycosidischen Gruppen blockiert sind, kann keiner der zwei Ringe wieder aufgehen. Daher wirken diese Zucker weder reduzierend (Nachweise) noch zeigen sie die Mutarotation. Bei der Bennung werden die beiden Monosaccharidreste alphabetisch geordnet.	Trehalose: zwei alpha-Glucosen sind (1-1) glycosidisch verknüpft
b.	Hier reagiert eine glycosidische Gruppe mit einer alkoholischen OH-Gruppe. Dadurch ist die glycosidische Gruppe am Zuckerteil aktiv und der Ring kann wieder aufgehen. Zucker diesen Typs wirken reduzierend und zeigen die Mutarotation. Bei der Bennung wird der glycosidische Teil zuerst genannt.	Maltose: zwei alpha-Glucosen sind (1-4) glycosidisch verknüpft

Optische Aktivität

Wenn es von einem Molekül zwei Isomere gibt, die zueinander spiegelbildlich sind und es im Molekül weder ein Symmetriezentrum noch -Ebene gibt, so ist dieses Molekül chiral. Meistens liegen dann auch asymmetrische C-Atome (C*) vor (d.h. alle vier Liganden am Atom sind unterschiedlich). Das heißt eine Lösung von nur einer Sorte dreht die Ebene des polarisierten Lichts (das durch die Lösung fällt) um einen bestimmten Winkel (kann mit einem Polarimeter gemessen werden), die andere Sorte um den gleichen Winkel, aber in die andere Richtung. Deshalb ist ein äquimolares Gemisch beider Isomere (racemisches Gemisch) optisch inaktiv. Der Drehwinkel hängt von der Konzentration der Lösung ab, von der zu durchstrahlenden Wegstrecke und vom spezifischen Drehwinkel ab. Bei Zucker bezeichnet man das Molekül bei dem die unterste OH-Gruppe (an einem asymmetrischen C-Atom) links steht als L-Form, wenn sie rechts steht als D-Form. (Fischer-Projektion) D- und L-Form haben nichts damit zu tun, ob ein Molekül nach rechts (+) oder nach links (-) dreht.

Projektionen

Die Projektionen sind die Versuche ein dreidimensionales Molekül, daß frei um seine Einfachbindungen gedreht werden kann in einer einheitlichen Weise zu Papier zu bringen.
Bei der (Fischer-Projektion) steht das höchstoxidierte C-Atom oben (bei Glucose die Aldehygruppe). Nun wird ein asymmetrisches C-Atom (optische Aktivität) in die Papierebene gelegt, die Kohlenstoffkette zeigt nach hinten, der Rest nach vorne und so in die Papierebene projeziert. So wird mit jedem asymmetrischen C-Atom der Reihe nach verfahren. Glucose in Kettenform

Glucose (als Kette) in der Fischer-Projektion dargestellt

Die Harworth-Projektion dient zur Darstellung von ringförmigen Zucker, wobei das Sauerstoffatom im Ring rechts hinten steht. Die OH-Gruppen, die in der Fischer-Projektion links stehen, zeigen hier nach oben.

beta-D-(+)-Glucopyranose (als Ring) in der Harworth-Projektion dargestellt

Nachweise

Glucose kann mit einem GOD (Enzym Glucooxidase) Teststreifen nachgewiesen werden. Das gelbe Testfeld verfärbt sich bei Glucose grün.
Mit der Silberspiegelreaktion (Tollens) und dem Fehling-Reagenz nutzt man die reduzierende Wirkung der Aldehydgruppe aus. Das Schiffs-Reagenz (fuchsinschweflige Säure) ist zwar auch ein Nachweis für Aldehydgruppen, da es aber in saurem Millieu abläuft schliest sich die Kette zum Ring und es existiert keine freie, reduzierend wirkende CHO-Gruppe mehr.

Fructose bildet mit salzsaurer Resorcinlösung einen roten Farbstoff. Selenitionen werden von Fructose zu rotem Selen reduziert (Seliwanov).
Obwohl Fructose keine Aldehydgruppe besitzt zeigt sie mit dem Fehlingreagenz eine positive Reaktion, da in alkalischer Lösung ein Teil der Fructose über ein Endiol in Glucose umgewandelt wird.

Übersicht verschiedener Zucker

Glucose (Traubenzucker, Dextrose)
Glucose

beta-D-(+)-Glucopyranose

Fructose (Fruchtzucker, Lävulose) liegt in fester Form als 6er Ring vor, in Lösung und in Verbindungen als 5er Ring.

beta-D-(-)-Fructofuranose (als Ring) in der Harworth-Projektion dargestellt

Maltose (Malzzucker) besteht aus zwei Glucoseeinheiten, die alpha (1-4) verknüpft, sind und sie ist der Grundbaustein der Stärke (bzw. Amylose, Amylopektin). Die Pflanzen speichern die aus der Photosynthese gewonnene Glucose in Form von Stärkekörnern ein. Beim Tier wird die Glucose in Form von Glycogen eingespeichert.
Maltose
alpha-D-Glucopyranosyl-(1-4)-D-Glucopyranose

Cellobiose besteht aus zwei Glucoseeinheiten beta (1-4) verknüpft, ist der Grundbaustein der Zellulose.
Saccharose (Rohrzucker, Haushaltszucker) alpha-Glucose ist mit beta-Fructose (1-2) glycosidisch verknüpft.

beta-D-Fructofuranosyl-(2-1)-alpha-D-Glucosid

Rohrzuckerinversion: Eine Saccharoselösung dreht nach rechts, nach der Spaltung des Moleküls (Säurehydrolyse) dreht die Lösung nach links. Glucose und Fructose liegen zu je 50% vor, wobei Fructose stärker linksdrehend ist als Glucose rechtsdrehend.

Schädlichkeit des Zuckers (meist Saccharose)

Zucker (im Tabak) wird auch dafür verantwortlich gemacht Krebs auszulösen -die Lunge wird dadurch regelrecht karamelisiert. So haben englische Männer die höchste Lungenkrebsrate auf der Welt, da ihre Zigaretten den höchsten Zuckergehalt von 17% aufweisen. Die Franzosen rauchen zwar 70% mehr, jedoch ist ihre Lungenkrebsrate ein Dritteln niedriger; ihre Zigaretten haben einen Zuckeranteil von nur 2%. In Ländern (Rußland, China) in denen der Tabak nur luftgetrocknet wird und wo kein Zucker extra zugesetzt wird, findet man bisher keinen Zusammenhang zwischen Lungenkrebs und dem Rauchen! Im Pfeifentabak befindet sich am meisten Zucker (40%), was unter anderem auch den Geruch ausmacht.

Das Zucker auch Karies verursacht weiß mittlerweile jeder, aber man hält sich durch Zuckerkonsum auch eine Pilzzucht im Magen und Darm was durch Gasentwicklung zu einem Blähbauch führen kann. Der Pilz Candida albicans kann sogar Zucker in Fusel (Methylalkohol) umwandeln. Dieser ist giftig und führt zu einer erhöhten Leberbelastung. Auch wird Zucker eigentlich in der Leber gespeichert, so daß diese dann wie ein Ballon anschwillt. Er zieht uns auch das Kalzium aus dem Knochen und Zähnen und auch noch andere Mineralien. Außerdem fördert er Allergien und Vitaminmangel (B1) was zu Leistungsschwäche und Müdigkeit führen kann.
Natülich treten diese Effekte nur bei übermäßigem Zuckerkonsum und nicht ausgewogener Ernährung auf.
Laut der Zuckerverarbeitungsbetriebe sind diese Bedenken selbstverständlich aus der Luft gegriffen.

Für die von Hand gezeichneten Reaktionen entschuldige ich mich, denn ich hab' in Büchern keine Bilder gefunden.
Es wird kein Anspruch auf Richtigkeit oder Vollständigkeit erhoben!