Tim dosen Kimia Organik 2

KARBOHIDRAT

Tim dosen Kimia Organik 2

Definisi

• Karbohidrat adalah senyawa polihidroksi aldehid atau polihidroksi keton, terdiri atas unsur C, H, O dengan perbandingan 1 atom C, 2 atom H, 1 atom O.

• Rumus umum : Cn(H²O)n

• Oleh karena itu karbohidrat mempunyai dua gugus fungsional yang penting :

* Gugus hidroksil

* Gugus keton/aldehid

Struktur

KARBOHIDRAT

Monosakarida Disakarida

Oligosakarida

Polisakarida

Penggolongan Karbohidrat

nMonosakarida :

Karbohidrat yang paling sederhana dan tidak dapat dihidrolisis lebih lanjut : Glukosa, Fruktosa

nDisakarida

Karbohidrat yang mengandung 2 satuan monosakarida : Sukrosa, Laktosa, maltosa

nOligosakarida

Karbohidrat yang jika dihidrolisis menghasilkan 3 – 8 satuan monosakarida

nPolisakarida

Karbohidrat yang jika dihidrolisis menghasilkan banyak satuan monosakarida: Amilum, sellulosa, glikogen

Monosakarida

• Satuan karbohidrat yang paling sederhana dengan rumus C_nH_2nO_n dimana

n = 3 – 8 C₃H₆O₃ : triosa C₄H₈O₄ : tetrosa C₅H₁₀O₄ : pentosa C₆H₁₂O₆ : heksosa/glukosa C¹²H²²O¹¹ : sukrosa

nMacam-macam monosakarida

a. Aldosa : monosakarida yang mengandung

gugus aldehid. Contoh : Gliseraldehid b. Ketosa : monosakarida yang mengandung

gugus keton

Contoh: Dihidroksiaseton

a. Monosakarida mengandung gugus aldehid (aldosa), contoh : gliseraldehida

C

C C H

H OH

H

O

* _OHH

( D - g lise ra ld e h id )

C

C

H ₂C OH HO

O

* H_H

L - g lise ra ld e h id

b. Monosakarida yang mengandung gugus keton (ketosa)

Contoh : Dihidroksiaseton

C

H

H OH

C C

O

H OH

H

P ro yek si Fish er

P en am aan D , L m o n o sak arid a

Penamaan Monosakarida D, L

nMonosakarida diberi nama D jika gugus -OH pada atom C* terletak disebelah kanan.

nMonosakarida diberi nama L jika gugus OH pada atom C* tersebut berada disebelah kiri.

Contoh

C CHO

H OH

C C

CH ₂OH

H OH

OH H

*

*

*

D -(-)-rib o s a (D -a ld o s a )

C C CHO

HO H

H HO

CH ₂OH

L -e ritro s a (L -a ld o s a )

H

CHO OH

H OH

CH ₂OH

H OH

HO

CHO H

H OH

CH ₂OH

H OH

H

CHO OH

HO H

CH ₂OH

H OH

HO

CHO H

HO H

CH ₂OH

H OH

H C

OH CH ₂OH

H OH HO

C H CH ₂OH

H OH

H

CHO OH

H OH

H OH

H OH

CH ₂OH

HO

CHO H

H OH

H OH

H OH

CH ₂OH

H

CHO OH

HO H

H OH

H OH

CH ₂OH HO

CHO H

HO H

H OH

H OH

CH ₂OH

H

CHO OH

H OH

HO H

H OH

CH ₂OH

HO

CHO H

H OH

HO

H OH

CH ₂OH

H

CHO OH

HO H

HO H

H OH

CH ₂OH HO

CHO H

HO H

HO H

H OH

CH ₂OH H

C

OH CH ₂OH

O H

O H

O OH

D -( -) -e r itr o s a D -( -) -te tr o s a

D -( + ) -g lis e r a ld e h id a

D -( -) -r ib o s a D -( -) -a r a b in o s a D -( + ) -x ilo s a D -( -) -lik s o s a

D -( + ) -a lo s a D -( + ) -a ltr o s a D -( + ) -g lu k o s a D -+ ) -m a n o s a D -( -) -g u lo s a D -( -) -id o s a D -( + ) -g a la k to s a D -( -) -ta lo s a

Turunan D-aldosa

CH ₂OH O

CH ₂OH

H OH

CH ₂OH O

HO H

CH ₂OH

H OH

CH ₂OH O

HO H

H OH

H OH

CH ₂OH

CH ₂OH O

HO H

HO H

H OH

CH ₂OH

CH ₂OH O

H OH

H OH

H OH

CH ₂OH

CH ₂OH O

H OH

HO H

H OH

CH ₂OH CH ₂OH

O CH ₂OH

CH ₂OH O

H OH

CH ₂OH

H OH

D i h i d r o k s i a s e t o n

D -e r i t u l o s a

D -r i b u l o s a D -x i l u l o s a

D -p s i k o s a D -s o r b o s a D -f r u k t o s a D -t a g a t o s a

Turunan D-ketosa

Atom C kiral pada ketopentosa

(proyeksi Fisher): C no 3 dan 4 Jumlah stereo isomer pada

ketopentosa (proyeksi Fisher)

Heksosa yang paling banyak di alam

CHO C

H OH

C

HO H

C

H OH

C

H OH

CH ₂ OH

CHO C

H OH

C

HO H

C

HO H

C

H OH

CH ₂ OH

CH ₂ OH C

HO H

C

H OH

C

H OH

CH ₂ OH O

D - g l u k o s a D - g a l a k t o s a D - f r u k t o s a

D - a l d o h e k s o s a D - k e t o h e k s o s a

Representasi Struktur Gula

Struktur glukosa atau karbohidrat yang lain dapat digambarkan dalam 3 bentuk

stereokimia sebagai berikut:

nProyeksi Fisher: rantai lurus (linier)

nProyeksi Haworth: siklik/cincin sederhana nKonformasi: konfigurasi kursi dan perahu

Proyeksi Fisher & Struktur Haworth

C OH C OH H

C H HO

C OH H

C

CH ₂OH

H C O

C OH H

C H HO

C OH H

C

CH ₂OH H

H OH

C H C OH H

C H HO

C OH H

C

CH ₂OH HO

O

 - D - glukosa proyeksi Fisher  - D - glukosa O

O

OH OH (  )

OH OH

CH ₂OH

*

O OH

OH

H OH

OH

CH ₂OH

S tru ktu r H a w o rth * ^{( )}

↔

Struktur Haworth dan Konformasi Kurs i

O

OH OH ( )

OH OH

CH ₂OH

*

O OH

OH

H OH

OH

CH ₂OH

S truktur H aw orth *

HO

O HO

OH ( ) OH

HO H₂C

* HO

O HO

H OH

HO H₂C

* OH

( a )

( e )

K onform asi kursi

( )



Sifat-sifat Fisik Monosakarida

Padatan kristal tidak berwarna

Larut dalam air  ikatan hidrogen Sedikit larut dalam alkohol

Tidak larut dalam eter, kloroform, benzena Rasanya manis.

Diantara monosakarida  fruktosa yang paling manis

Tingkat kemanisan monosakarida dan disakarida

Monosakarida Disakarida

nD – fruktosa 174 Sukrosa 100 nD – glukosa 74 Laktosa 0.16 nD – xylosa 0.40

nD – galaktosa 0.22

Beberapa Reaksi Monosakarida 1. Reaksi Oksidasi

n Berdasarkan kemampuannya untuk mereduksi pereaksi (Tohlens, Benedict, Fehling), monosakarida dapat digolongkan :

1. Gula pereduksi

2. Gula non pereduksi

n Monosakarida dapat mereduksi TBF karena pada monosakarida terdapat gugus aldehid atau gugus -hidroksi keton, yang akan dioksidasi oleh TBF menjadi karboksilat/keton.

HC

CHO

OH C

HO

C OH

C OH

CH ₂OH

+ C u ^{2 +}

C O

OH

C OH

C HO

C OH

C OH

CH ₂OH

+ C u ₂O

m e ra h b a ta

D - g lu k o s a a s a m D - g lu k o n a t

Semua monosakarida adalah Gula Pereduksi

• Benedict

• Fehling

nOksidasi aldosa oleh pereaksi TBF menghasilkan asam monokarboksilat:

Asam Aldonat.

nOksidasi aldosa dengan oksidator kuat (HNO₃ panas) menghasilkan asam dikarboksilat karena HNO₃ selain mengoksidasi gugus aldehid juga

mengoksidasi gugus CH₂OH terminal

C CHO

OH C

HO

C OH

C OH

CH ₂ OH

C COOH

OH C

HO

C OH

C OH

COOH HNO ₃

D - g l u k o s a a s a m D - g l u k a r i k

C CHO

OH C

C OH

C OH

CH ₂ OH

HO + A g ⁺

C COOH

OH C

C OH

C OH

CH ₂ OH

HO + A g

C e r m i n p e r a k



Reaksi dg HNO₃

Reaksi dg Tohlens

2. Reaksi reduksi

Gugus karbonil dari monosakarida dapat direduksi menjadi alkohol oleh beberapa pereaksi menghasilkan alditol

C

CHO

OH C

C OH

C OH

CH ₂ OH D - g lu k o s a

HO k a ta lis

lo g a m

C

CH ₂

OH C

C OH

C OH

CH ₂ OH

D - g lu k ito l ( s o r b ito l) HO

OH

+ H ₂

Reduksi monosakarida

nDapat dilakukan dengan:

§

_{Logam + H2}

§ enzimatis

nProduknya polyol gula alkohol (alditol) nglucose membentuk sorbitol (glucitol) nmannose membentuk mannitol

nfructose membentuk mannitol + sorbitol nglyceraldehyde membentuk glycerol

Beberapa manfaat

nMannitol digunakan sebagai diuretik

n Gliserol digunakan sebagai humektan dan dapat dinitrasi menjadi nitrogliserin nSorbitol dapat didehidrasi menjadi senyawa tetrahidropirin dan

tetrahidrofuran(sorbitan)

nSorbitans diubah menjadi deterjen yang dikenal sebagai span dan tweens (digunakan dalam prosedur emulsifikasi

nSorbitol juga dapat didehidrasi menjadi 1,4,3,6-dianhydro-D-sorbitol (isosorbide) yang dinitrasi menjadi ISDN dan ISMN (keduanya digunakan untuk pengobatan angina)

3. Reaksi pembentukan glikosida

nReaksi antara monosakarida hemiasetal/hemiketal siklis dengan 1 molekul alkohol membentuk asetal/ketal. Pada reaksi ini gugus OH pada C – anomerik digantikan oleh gugus OR dari alcohol.

O

OH

OH

H OH

OH

CH₂OH

* + CH3OH

O

OH

OCH₃

H OH

OH

CH₂OH

* + H2O H⁺

-D-glukopiranosa metil--D-glukopiranosida

Ikatan glikosida

(nonpereduksi)

Glikosida terbentuk antara gugus OH pada atom C (kiral/anomer/no 1) monosakarida (hemiasetal/hemiketal / asetal/ketal) dengan sebuah molekul

alkohol

Ikatan Glikosidik

nAsetal/ketal seperti ini dinamakan glikosida dan ikatan antara karbon anomerik dengan gugus OR disebut ikatan glikosidik.

nGlikosida dinamai berdasarkan nama monosakaridanya, dengan mengganti akhiran –a dengan –ida.

nMisal: glukosa  glukosida manosa  manosida

DISAKARIDA

nDisakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari 2 satuan monosakarida.

nDua monosakarida dihubungkan dengan ikatan glikosidik antara C- anomerik dari satu unit monosakarida dengan gugus –OH dari unit monosakarida yang lainnya.

nBeberapa disakarida yang sering dijumpai : nMaltosa, Selobiosa, Laktosa, Sukrosa

JENIS DISAKARIDA

nSelubiosa  -D-Glukosa + -D-Glukosa nMaltosa  -D-Glukosa + -D-Glukosa nSukrosa  -D-Glukosa + -D-Fruktosa nLaktosa  -D-Glukosa + -D-Galaktosa

MALTOSA

O

OH

H

O OH

OH

CH ₂OH

*

H O OH

H OH

OH

CH ₂OH

1 ' *

4



 Ik a ta n  -1 ',4 g lik o s id ik

HO

O

HO

OH O HO H ₂C

O

HO

H OH

HO H ₂C

OH 1 '

4

K a r b o n g lik o s id ik

( )

4 - O - (   D - g lu k o p ir a n o s il) -   D - g lu k o p ir a n o s a ( M a lto s a )

IKATAN PADA MALTOSA

nPada maltosa, ikatan glikosidik terjadi pada atom C-1’ dari satu glukosa dengan atom C-4 dari glukosa yang lain, sehingga ikatannya disebut

ikatan glikosidik--1,4

nKarbon anomerik di unit glukosa sebelah kanan pada maltosa dalam bentuk hemiasetal, sehingga akan dapat berkesetimbangan dengan struktur terbuka. Oleh karena itu maltosa dpt bereaksi + dg Tohlens

SELOBIOSA

O OH

o

OH OH

CH ₂OH

*

H O OH

H OH

OH

CH ₂OH

* 1 ' 4





Ik a ta n  -1 ',4 g lik o sid ik

HO

O HO

OH H HO H₂C

O

CH ₂OH

O

1 ' 4 ^{( )}

4 -O -(  D -g lu k o p ira n o sil)-  D -g lu k o p ira n o sa (S e lu b io sa )

H

OH H

HO H

H

OH

LAKTOSA

nMerupakan gula utama pada ASI dan susu sapi (4-8 % laktosa).

nKarbon anomerik pada unit galaktosa mempunyai konfigurasi  pada C-1 dan berikatan dengan gugus -OH pada C-4 unit glukosa

nDiare setelah minum susu, disebabkan karena tidak memiliki enzim laktase (galaktosidase), sehingga tidak dapat mencerna laktosa dalam susu.

nGalaktosemia adalah penyakit gangguan metabolisme galaktosa, berakibat penumpukan galaktosa dalam darah: sirosis hepatik, hepatomegali, katarak, retardasi mental

OH O o

OH OH

CH ₂OH

*

H O H

OH OH

OH

CH ₂OH

* 1 ' 4





Ik a ta n  -1 ',4 g lik o sid ik

4 -O -(  D -g a la k to p ira n o sil)-  D -g lu k o p ira n o sa (L a k to sa )

H

H

O

HO

OH HO H ₂C

O O

HO

OH OH

HO H ₂C

1 ' 4 H

(

OH

H

Struktur Laktosa

SUKROSA

nSukrosa dikenal dengan gula pasir, terdapat pada tumbuhan

fotosintetik yang berfungsi sebagai sumber energi. Misal : pada tebu, bit gula

nPada sukrosa kedua kabon anomerik pada kedua unit monosakarida terlibat dalam ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik terjadi antara C-1 pada unit glukosa dan C-2 pada unit fruktosa, sehingga tidak

mempunyai gugus hemiasetal.

OH O

OH OH

CH ₂OH

* 1 '

k o n fig u ra s i 

  D -g lu k o p iran o sil-  D -fruktofuranosida (S u k ro sa )

H

H

O

HO OH

HO H₂C

CH ₂OH H

CH ₂OH O

1 '

2

HO

O

OH

OH CH ₂OH

CH ₂OH O

O



( )

H OH OH

H 2

Struktur Sukrosa

POLISAKARIDA

nKarbohidrat yang mengandung banyak monosakarida dan mempunyai berat molekul yang besar

nHidrolisis polisakarida secara sempurna akan menghasilkan satu/beberapa jenis monosakarida

nUnit-unit monosakarida dihubungkan secara linier atau bercabang nJenis polisakarida :

§ pati

§ glikogen

P A T I

nPolisakarida yang tersimpan dalam tumbuhan.

nMerupakan komponen utama pada biji-bijian, kentang, jagung dan beras

nTersusun atas unit D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik

-1,4 Rantai cabang dihubungkan oleh ikatan glikosidik -1,6

JENIS PATI

nA M I L O S A : 20 % bagian pati, tersusun atas 50 – 300 unit glukosa melalui ikatan -1,4 glikosidik , larut di dalam air

nAMILOPEKTIN : 80 % bagian pati, tersusun atas 300 – 5.000 unit glukosa melalui ikatan glikosidik dan -1,6

Setiap 25-50 unit glukosa dihubungkan oleh ikatan -1,4. Rantai-rantai berikatan -1,4 tesebut dihubung-silangkan melalui ikatan -1,6 sehingga menghasilkan struktur

bercabang dengan Mr tinggi

nStrukturnya bercabang  sangat besar (Mr besar)  tidak larut dalam air

GLIKOGEN

nKarbohidrat penyimpan energi yang tersimpan dalam hewan nMr Glikogen > pati

nTersusun lebih dari 100.000 unit glukosa

nStrukturnya bercabang melalui ikatan 1,4 dan 1,6 glikosidik nTidak larut dalam air

nLarut dalam pelarut organik non polar : eter, kloroform, heksana.

POLISAKARIDA LAIN

nSelulosa: polimer tidak bercabang dari glukosa melalui ikatan -1,4- glikosidik

nKitin : polisakarida yang mengandung nitrogen, membentuk cangkang krustasea dan kerangka luar serangga

nPektin : polimer linier dari D-galakturonat melalui ikatan 1,4-- glikosidik. Terdapat pada buah-buahan dan buni-bunian

Latihan

nBuatlah struktur linier glukosa menjadi siklik lengkap dengan no karbonnya.

nBuatlah sukrosa dari glukosa dan fruktosa nBuatlah pati dari enam glukosa

nBuatlah sellulosa dari enam glukosa

SELESAI