Disaccharide

Disaccharide Übung

• Bestimme, um welches Disaccharid es sich handelt.

  Tipps

  Das Abbauprodukt der Cellulose hat einen ähnlichen Namen wie die Cellulose.

  Lösung

  Disaccharide spielen eine große Rolle im Stoffwechsel von Pflanzen und Tieren. In der menschlichen Ernährung spielt heute die Saccharose eine herausragende Rolle, da sie in einigen Pflanzen, wie Zuckerrohr oder Zuckerrüben, in großen Mengen vorkommt und daher leicht und günstig zu gewinnen ist. Zudem ist sie leicht zu verdauen und wird vom menschlichen Stoffwechsel verarbeitet.

  Dies ist bei Lactose und Cellobiose nicht der Fall. Lactose - der Milchzucker - kommt in den meisten Kuhmilch enthaltenen Produkten vor. Der Mensch kann sie nur verdauen, wenn er über bestimmte Bakterien verfügt, die den Darm des Menschen besiedeln können. Wenn dies nicht der Fall ist, liegt eine Lactoseintoleranz vor.

  Maltose ist das Abbauprodukt der Stärke. Dieses Disaccharid kann der Mensch verwerten. Es entsteht bei der Keimung von Pflanzen, die Stärke als Energiespeicher in den Samen verwenden. Bei der Keimung wird die in der Stärke gebundene Energie benötigt, daher wird die Stärke in Maltose aufgespalten. Diese wird beim Wachstum des Keimlings verstoffwechselt.

• Nenne die Bestandteile der Disaccharide.

  Tipps

  Stärke ist aus $\alpha$-D-Glucose aufgebaut.

  Cellulose ist aus $\beta$-D-Glucose aufgebaut.

  Maltose ist ein Abbauprodukt der Stärke; Cellobiose ist ein Abbauprodukt der Cellulose.

  Lösung

  Wie bei den Monosacchariden auch, kommt man bei den Disacchariden nicht um das "Vokabellernen" herum. Da es sich um große Moleküle handelt, sind die systematischen Namen der Verbindungen sehr lang und unhandlich. Daher lassen sie sich schlecht lernen. Aus diesem Grund verwendet man Trivialnamen.

  Kennt man die Namen und Strukturformeln der Monosaccharide in der Sesselform, lassen sich die Strukturen der Disaccharide gut merken. Zu jedem Disaccharid gehören zwei Monosaccharide. Außerdem muss man sich merken, über welche Kohlenstoffatome die Monosaccharide verknüpft sind. In der Natur kommt bei der Verknüpfung von Monosacchariden zu Disacchariden fast nur die 1,4- und die 1,6-Verknüpfung vor.

  Die Saccharose ist das wirtschaftliche bedeutendste Disaccharid. Es ist der Energiespeicher vieler Pflanzen und daher einfach und in großem Maße zugänglich. Saccharose ist daher Ausgangsstoff für viele Wirtschaftsgüter. Saccharose besteht aus $\alpha,\beta$-1,2-verknüpften Glucose- und Fructosemolekülen.

  Lactose ist der in Milch enthaltene Zucker und besteht aus Galactose und Glucose, die $\beta$-1,4-Verkünpft sind.
  Cellobiose und Maltose bestehen beide aus je zwei Molekülen D-Glucose. Der Unterschied ist in der Verknüpfung zu finden: Bei Cellobiose liegt eine $\beta$-1,4-Verknüpfung vor, bei Maltose eine$\alpha$-1,4-Verknüpfung.

• Bestimme die Kohlenstoffatome der glycosidischen Bindung.

  Tipps

  Die Nummerierung der Kohlenstoffatome erfolgt im Uhrzeigersinn und beginnt hinter der Ether-Brücke.

  Lösung

  Möchte man bei der gewohnten Darstellung von Monosacchariden ín Sesselform bleiben, gestaltet sich die Darstellung von Disacchariden bei einigen Bindungskonformationen schwierig.

  Wenn die Kohlenstoffatome auf der gleichen Seite des Moleküls liegen, also bei 1,1- und 1,2-Bindungen, müssen die Moleküle gedreht werden, um die Bindungen korrekt einzuzeichnen. Dies macht die Darstellungen der Moleküle unübersichtlich.

  Als Orientierungspunkt kann die $CH_2-OH$-Gruppe dienen. Verbindungen, die Bindungen dieser Art enthalten, sind ungewöhnlich und kommen in der Natur nur in seltenen Ausnahmefällen vor.

  1,3-Bindungen sind einfach zu erkennen und lassen sich in der üblichen Art einfach darstellen. Diese Art der glykosidischen Bindung ist selten.

  Die 1,6-Bindung ist ebenfalls einfach zu erkennen. Das sechste Kohlenstoffatom ist das einzige C-Atom, das nicht im Ring liegt. 1,6-Verknüpfungen sind sehr häufig. Sie führen zu Verzweigungen bei Polysacchariden und sind daher in den Abbauprodukten von Polysacchariden enthalten.

• Ermittle den Typ der glycosidischen Bindung.

  Tipps

  Gestrichelte Bindungen zeigen aus der Papierebene nach unten; keilförmige, dicke Bindungen zeigen nach oben.

  Die Darstellung in Ringen in Aufsicht entspricht der Harworth-Projektion, sie ist jedoch gedreht.

  Lösung

  In dem Bild siehst du eine dreidimensionale Darstellung der Verbindung Cellobiose, also zwei $\beta$-1,4-verknüpfte D-Glucose-Moleküle. Es ist jedoch auf den ersten Blick sehr schwer zu erkennen, welche Konformation die glycosidische Bindung hat.

  Ebenso bedarf es etwas Übung und eines geschulten Auges, um bei Darstellungen in der Sesselform die Konfiguration der Bindung zu erkennen.

  Die Harworth-Projektion zeigt das Molekül in einer Weise, die nicht der wirklichen Struktur entspricht. Sie gaukelt einem vor, dass die Moleküle platte Ringe sind, an denen die Substituenten nach oben und nach unten stehen. Die Darstellung wird jedoch nicht verwendet, weil sie der Wirklichkeit nahe kommt, sondern um die Konfiguration auf einen Blick erkennen zu können. Dies ist ohne Weiteres möglich, wenn man die Vereinbarungen zur Darstellung kennt:
  Zeigt die glykosidische Bindung am anomeren Kohlenstoffatom nach unten, handelt es sich um eine $\alpha$-glykosidische Bindung, zeigt sie nach oben, ist es eine $\beta$-glykosidische Bindung.

  Für die Darstellung in der Draufsicht auf den Ring gilt Ähnliches. Bindungen, die vorher nach unten gezeigt haben, sind gestrichelt gezeichnet. Bindungen, die nach oben gezeichnet waren, sind keilförmig dargestellt.

• Nenne Vorkommen und Verwendung von Saccharose.

  Tipps

  Der Name des in Milchprodukten enthaltenen Zuckers leitet sich vom lateinischen Namen für Milch ab.

  Lösung

  Wenn wir von Zucker sprechen, meinen wir meistens die chemische Verbindung Saccharose. Diese besteht aus den Monosacchariden Glucose und Fructose. Zwischen diesen beiden besteht eine $\alpha$-1,2-glycosidische Bindung. Saccharose wird aus Pflanzen, wie dem Zuckerrohr, gewonnen, die diese Verbindung zur Speicherung von Energie verwenden. Diese Pflanzen werden in großen Mengen kultiviert und zu Haushaltszucker verarbeitet.

  Saccharose wird beim Süßen oder Konservieren von Lebensmitteln verwendet. Darüber hinaus hat sie aber auch eine große technische Bedeutung. Saccharose wird mikrobiologisch zu vielen Stoffen weiterverarbeitet, beispielsweise zu Alkohol. Es gibt aber auch viele Produkte der chemischen Industrie, wie zum Beispiel Kunststoffe oder Tenside, die auf Saccharose basieren. Der Grund ist die gute biologische Abbaubarkeit und die geringen Kosten der Saccharose.

• Leite ab, um welches Disaccharid es sich handelt.

  Tipps

  Beachte die Stellung der $CH_2-OH$-Seitenkette.

  Bei $\alpha$-glykosidischen Bindungen zeigt die $OH-$Gruppe am anomeren Kohlenstoffatom in der Fischer-Projektion nach unten.

  Lösung

  Um den Typ der glykosidischen Bindung festzustellen, musst du wissen, zwischen welchen C-Atomen die Bindung besteht und ob es sich um eine $\alpha$- oder $\beta$-glykosidische Bindung handelt.

  Die Verbindung oben links ist aus Glucose und Fructose aufgebaut. Es handelt es sich um eine $1 \rightarrow 4$-Bindung. Da die $OH$-Gruppe des Glucose-Restes nach unten zeigt, handelt es sich um eine $\alpha$-glykosidische Bindung. Diese Verbindung ist also die Maltulose.

  Rechts davon ist eine Verbindung aus zwei Glucose-Molekülen gezeigt, die über eine $1 \rightarrow 6$-glykosidische Bindung verknüpft sind. Da die $OH$-Gruppe am anomeren C-Atom nach oben zeigt, handelt es sich um eine $\beta-1 \rightarrow 6$-glykosidische Bindung. Daher ist diese Verbindung die Gentiobiose.
  Die Verbindung unten links sieht sehr ähnlich aus, auch hier liegt eine $1 \rightarrow 6$-Verknüpfung zweier Glucose-Moleküle vor. Allerdings handelt es sich um eine $\alpha-1 \rightarrow 6$-glykosidische Bindung, daher ist diese Verbindung die Isomaltose.

  Bei der Verbindung unten rechts zeigt die Stellung der $CH_2-OH$-Gruppe des rechten Glucose-Restes an, dass dieser Rest spiegelverkehrt zur sonst üblichen Darstellungsart gezeichnet ist. Die Nummerierung der C-Atome erfolgt daher ausnahmsweise gegen den Uhrzeigersinn. Daher handelt es sich um eine $\alpha-1 \rightarrow 1$-glykosidische Bindung, die bei der Trehalose vorliegt.