KARBOHIDRAT. 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

Monosakarida :

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

Disakarida

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

Oligosakarida

Karbohidrat yang jika dihidrolisis menghasilkan 3 – 8 satuan monosakarida

Polisakarida

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

Macam-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 - gliseraldehid)

C

C

H₂C OH HO

O

* H_H

L - gliseraldehid

b. Monosakarida yang mengandung gugus keton (ketosa)

Contoh : Dihidroksiaseton

C

H

H OH

C C

O

H OH

H

Proyeksi Fisher

Penamaan D, L monosakarida

Penamaan Monosakarida D, L

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

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

Contoh

C

CHO

H OH

C C

CH₂OH

H OH

OH H

*

*

*

D-(-)-ribosa (D-aldosa)

C C

CHO

HO H

H HO

CH₂OH

L-eritrosa (L-aldosa)

H

CHO OH

H OH

CH₂OH

H OH

HO

CHO H

H OH

CH2OH

H OH

H

CHO OH

HO H

CH2OH

H OH

HO

CHO H

HO H

CH2OH

H OH

H C

OH

CH₂OH

H OH

HO C

H

CH₂OH

H OH

H

CHO OH

H OH

H OH

H OH

CH2OH

HO

CHO H

H OH

H OH

H OH

CH₂OH H

CHO OH

HO H

H OH

H OH

CH₂OH HO

CHO H

HO H

H OH

H OH

CH2OH

H

CHO OH

H OH

HO H

H OH

CH2OH

HO

CHO H

H OH

HO

H OH

CH2OH H

CHO OH

HO H

HO H

H OH

CH2OH HO

CHO H

HO H

HO H

H OH

CH₂OH H

C

OH CH₂OH

O H

O H

O OH

D-(-)-eritrosa

D-(-)-tetrosa D-(+)-gliseraldehida

D-(-)-ribosa D-(-)-arabinosa D-(+)-xilosa D-(-)-liksosa

D-(+)-alosa D-(+)-altrosa D-(+)-glukosa D-+)-manosa D-(-)-gulosa D-(-)-idosa D-(+)-galaktosa D-(-)-talosa

Turunan D-aldosa

CH₂OH O

CH₂OH

H OH

CH₂OH O

HO H

CH₂OH

H OH

CH₂OH O

HO H

H OH

H OH

CH₂OH

CH₂OH O

HO H

HO H

H OH

CH₂OH

CH₂OH O

H OH

H OH

H OH

CH₂OH

CH₂OH O

H OH

HO H

H OH

CH₂OH CH₂OH

O CH₂OH

CH₂OH O

H OH

CH₂OH

H OH

Dihidroksiaseton

D-eritulosa

D-ribulosa D-xilulosa

D-psikosa D-sorbosa D-fruktosa D-tagatosa

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

CH₂OH

CHO C

H OH

C

HO H

C

HO H

C

H OH

CH₂OH

CH₂OH C

HO H

C

H OH

C

H OH

CH₂OH O

D - glukosa D-galaktosa D - fruktosa

D - aldoheksosa D - ketoheksosa

Representasi Struktur Gula

Struktur glukosa atau karbohidrat yang lain dapat digambarkan dalam 3 bentuk

stereokimia sebagai berikut:

Proyeksi Fisher: rantai lurus (linier)

Proyeksi Haworth: siklik/cincin sederhana

Konformasi: konfigurasi kursi dan perahu

Proyeksi Fisher & Struktur Haworth

O

OH OH ()

OH OH

CH₂OH

*

O

OH

OH

H OH

OH

CH₂OH

Struktur Haworth *

()

↔

Struktur Haworth dan Konformasi Kurs i

O

OH OH ()

OH OH

CH₂OH

*

O

OH

OH

H OH

OH

CH₂OH

Struktur Haworth *

HO

O

HO

OH () OH

HOH₂C

* HO

O

HO

H OH

HOH₂C

* OH

( a )

( e )

Konformasi 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

D – fruktosa 174 Sukrosa 100

D – glukosa 74 Laktosa 0.16

D – xylosa 0.40

D – galaktosa 0.22

Beberapa Reaksi Monosakarida 1. Reaksi Oksidasi

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

1. Gula pereduksi

2. Gula non pereduksi

 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

CH₂OH

+ Cu²⁺

C O

OH

C OH

C HO

C OH

C OH

CH₂OH

+ Cu₂O

merah bata

D - glukosa asam D - glukonat

Semua monosakarida adalah Gula Pereduksi

• Benedict

• Fehling

Oksidasi aldosa oleh pereaksi TBF menghasilkan asam monokarboksilat:

Asam Aldonat.

Oksidasi 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 CH₂OH

C

COOH OH C

HO

C OH C OH COOH HNO₃

D - glukosa asam D - glukarik

C

CHO

OH C

C OH C OH CH₂OH

HO + Ag⁺

C

COOH OH C

C OH C OH CH₂OH

HO + Ag

Cermin perak



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 CH₂OH D - glukosa

HO katalis

logam

C

CH₂

OH C

C OH C OH CH₂OH

D -glukitol (sorbitol) HO

OH

+ H₂

Reduksi monosakarida

Dapat dilakukan dengan:



Logam + H₂

 enzimatis

Produknya polyol gula alkohol (alditol)

glucose membentuk sorbitol (glucitol)

mannose membentuk mannitol

fructose membentuk mannitol + sorbitol

glyceraldehyde membentuk glycerol

Beberapa manfaat

Mannitol digunakan sebagai diuretik

 Gliserol digunakan sebagai humektan dan dapat dinitrasi menjadi nitrogliserin

Sorbitol dapat didehidrasi menjadi senyawa tetrahidropirin dan tetrahidrofuran(sorbitan)

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

Sorbitol 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

Reaksi 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

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

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

Misal: glukosa  glukosida manosa  manosida

DISAKARIDA

Disakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari 2 satuan monosakarida.

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

Beberapa disakarida yang sering dijumpai :

Maltosa, Selobiosa, Laktosa, Sukrosa

JENIS DISAKARIDA

Selubiosa  -D-Glukosa + -D-Glukosa

Maltosa  -D-Glukosa + -D-Glukosa

Sukrosa  -D-Glukosa + -D-Fruktosa

Laktosa  -D-Glukosa + -D-Galaktosa

MALTOSA

O

OH

H

O OH

OH

CH₂OH

*

H O OH

H OH

OH

CH₂OH

1' *

4



 Ikatan -1',4 glikosidik

HO

O

HO

O OH

HOH₂C

O

HO

H OH

HOH₂C

OH 1'

4

Karbon glikosidik

()

4-O-(D-glukopiranosil)-D-glukopiranosa (Maltosa)

IKATAN PADA MALTOSA

Pada 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

Karbon 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

CH₂OH

*

H O OH

H OH

OH

CH₂OH

* 1'

4





Ikatan -1',4 glikosidik

HO

O HO

H OH HOH₂C

O

CH₂OH

O

1' 4

()

4-O-(D-glukopiranosil)-D-glukopiranosa (Selubiosa)

H

OH H

HO

H

H

OH

LAKTOSA

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

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

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

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

OH O o

OH OH

CH₂OH

*

H O H

OH OH

OH

CH₂OH

* 1'

4





Ikatan -1',4 glikosidik

4-O-(D-galaktopiranosil)-D-glukopiranosa (Laktosa)

H

H

O

HO

OH HOH₂C

O O

HO

OH OH

HOH₂C

H

1' 4

(

OH

H

Struktur Laktosa

SUKROSA

Sukrosa dikenal dengan gula pasir, terdapat pada tumbuhan

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

Pada 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

CH₂OH

* 1'

konfigurasi 

D-glukopiranosil-D-fruktofuranosida (Sukrosa)

H

H

O

HO OH

HOH₂C

CH₂OH H

CH₂OH O

1'

2

HO

O

OH

OH CH₂OH

CH₂OH O

O



()

H

OH OH

H

2

Struktur Sukrosa

POLISAKARIDA

Karbohidrat yang mengandung banyak monosakarida dan mempunyai berat molekul yang besar

Hidrolisis polisakarida secara sempurna akan menghasilkan satu/beberapa jenis monosakarida

Unit-unit monosakarida dihubungkan secara linier atau bercabang

Jenis polisakarida :

 pati

 glikogen

 selulosa

P A T I

Polisakarida yang tersimpan dalam tumbuhan.

Merupakan komponen utama pada biji-bijian, kentang, jagung dan beras

Tersusun atas unit D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik

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

JENIS PATI

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

AMILOPEKTIN : 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

Strukturnya bercabang  sangat besar (Mr besar)  tidak larut dalam air

GLIKOGEN

Karbohidrat penyimpan energi yang tersimpan dalam hewan

Mr Glikogen > pati

Tersusun lebih dari 100.000 unit glukosa

Strukturnya bercabang melalui ikatan 1,4 dan 1,6 glikosidik

Tidak larut dalam air

Larut dalam pelarut organik non polar : eter, kloroform, heksana.

POLISAKARIDA LAIN

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

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

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

Latihan

Buatlah struktur linier glukosa menjadi siklik lengkap dengan no karbonnya.

Buatlah sukrosa dari glukosa dan fruktosa

Buatlah pati dari enam glukosa

Buatlah sellulosa dari enam glukosa

SELESAI