MATERIAIS BASEADOS EM HIDRATOS DE CARBONO ( CELULOSE E GOMAS) Química e Física dos Materiais II Ano lectivo 2015/2016 Departamento de Química e Bioquímica

H IDRATOS DE CARBONO - VÁRIAS DESIGNAÇÕES Os hidratos de carbono são uma família de compostos que correspondem a cerca de 80% do peso seco do reino vegetal. Nesta família são especialmente importantes no reino vegetal a celulose, o amido, as pectinas e os açúcares como a sacarose e a glucose. Nos animais superiores a glucose também se encontra presente e é muito importante uma vez que a glucose é um constituinte essencial do sangue e ocorre na forma de um polímero, o glicogénio, no fígado e nos músculos. Os hidratos de carbono também fazem parte do ATP e dos ácidos nucleicos. Hidratos de carbono ou como também por vezes se diz, carbohidrato, é um termo usado para caracterizar todo o grupo de produtos naturais relacionados com os açúcares simples. O nome provém do facto de os açúcares simples como a glucose C 6 H 12 O 6 terem uma forma molecular que sugere estar-se em presença do carbono hidratado: C 6 (H 2 O) 6 Embora esta visão esteja errada o nome manteve-se. Os açúcares (ou oses) também chamados de sacáridos são o tipo mais simples de hidrato de carbono. Um monossacárido é um açúcar que não e hidrolisável em moléculas mais pequenas. Como exemplo apresenta-se a molécula de glucose.

H IDRATOS DE CARBONO : INFORMAÇÃO Os dissacáridos por hidrólise irão originar duas moléculas de monossacáridos, os triassacáridos irão originar três monossacáridos e assim sucessivamente. Oligossacárido é um termo aplicado a polímeros contendo até 8 subunidades ( 8 monossacáridos ou oses) e polissacárido refere-se a polímeros com mais de 8 subunidades. Os polissacáridos naturais são polímeros formados em geral por 100 a 3000 subunidades. Os monossacáridos são caracterizados pelo número de átomos de carbono da cadeia e pelo tipo de grupo carbonilo presente na molécula, aldeído ou cetona: se a cadeia contiver 3 átomos de carbono será uma triose, com 4 será uma tetrose, com 5 será uma pentose, com 6 será uma hexose. Se o grupo carbonilo presente for um grupo aldeído será uma aldose, se for um grupo cetona será uma cetose

Esterioquímica As oses são em geral moléculas quirais em virtude de possuirem vários centros assimétricos, geralmente átomos de carbono que estão ligados a quatro substituintes diferentes. O termo quiral significa que a molécula não é sobreponível à sua imagem no espelho. Experimentalmente um composto quiral tem a capacidade de desviar um feixe de luz polarizada que sobre ele incida. A ose mais simples é uma aldotriose: o gliceraldeído. As configurações absolutas do gliceraldeídosão conhecidas: D(+) gliceraldeídoL(-) gliceraldeído A designação D,L é uma designação antiga estabelecida por Fisher, mas ainda utilizada. Fisher estabeleceu arbitrariamente a configuração do (+) gliceraldeído e designou-a por D. Todos os açúcares cujo carbono quiral mais afastado do carbonilo tivessem a mesma configuração pertenciam á série D. Os que tivessem a configuração oposta pertenciam á série L. O facto de um açúcar ser (+) ou (-) não está relacionado com o facto de ele ser D ou L. H IDRATOS DE CARBONO : INFORMAÇÃO

Ao se formar o anel de 6 membros duas situações podem resultar: uma em que o novo grupo OH então formado fica do mesmo lado do anel que o grupo CH 2 OH (forma β ) e outra em que o grupo OH fica do lado oposto do anel relativamente ao grupo CH 2 OH (forma α ). Estas duas formas dizem-se anoméricas. H IDRATOS DE CARBONO : INFORMAÇÃO Formas abertas e formas fechadas das oses As oses existem sobretudo na forma de cadeia fechada ou seja, cíclica. Quase todos os açúcares simples existem na forma de anéis de 6 membros. Ao se dar a ciclização o carbono do grupo aldeído torna-se num centro quiral. Em geral a ciclização ocorre entre o aldeído e o hidroxilo do carbono 5.

H IDRATOS DE CARBONO : A G LUCOSE Monossacáridos importantes A glucose, glicose ou dextrose é a ose mais espalhada no mundo vivo. É encontrada nas uvas e em vários frutos. Industrialmente é obtida a partir do amido. No metabolismo, a glucose é uma das principais fontes de energia e fornece 4 calorias de energia por grama É a que tem a estrutura mais estável o que explica a sua abundância. Várias representações da glucose

H IDRATOS DE CARBONO : F ORMAÇÃO DA LIGAÇÃO GLICOSÍDICA Formação da ligação glicosídica Dois monossacáridos podem condensar um com o outro com eliminação de água formando uma ponte éter entre os dois anéis. Esta nova ligação nova chama-se ligação glicosídica Como exemplo apresenta-se a formação da maltose a partir de duas formas cíclicas da glucose :

H IDRATOS DE CARBONO : P ODER REDUTOR DOS GLÚCIDOS Poder redutor dos glúcidos Alguns açúcares podem reduzir os sais de cobre Cu 2+ a sais de cobre Cu +. Este é a base de um teste corado em que se faz reagir um açúcar com uma solução complexa contendo iões Cu 2+. Se o açúcar presente for um açúcar redutor, ou seja um açúcar que contenha uma função aldeído, este oxida-se a ácido ao mesmo tempo que se observa o aparecimento de um precipitado de óxido de cobre, Cu 2 O, que tem uma cor de tijolo, muito nítida e intensa. Este procedimento é a base do teste com o licor de Fehling:

H IDRATOS DE CARBONO : A C ELULOSE A celulose A celulose faz parte das paredes celulares das plantas. É formada exclusivamente por unidades de glucose. Tem uma estrutura linear. Não é hidrolisada pela alfa-amilase, enzima que existe na saliva e que permite hidrolisar o amido de forma a poder ser assimilado pelo homem. Por este motivo os seres humanos não se podem alimentar de celulose. É hidrolisada pelas celulases produzidas por algumas bactérias e fungos

A celulose é o polímero natural mais abundante no mundo. A sua estrutura pode ser classificada em três níveis organizacionais:  O primeiro é definido pela sequência de resíduos β -D-glucopiranosídicos unidos por ligações covalentes, formando o homopolímero de anidroglicose com ligações β -D (1 → 4) glicosídicas, de fórmula geral (C 6 H 10 O 5 ) n.  O segundo nível descreve a conformação molecular, isto é, a organização espacial das unidades repetitivas, e é caracterizado pelas distâncias das ligações e respectivos ângulos e pelas ligações de hidrogénio intramoleculares.  O terceiro nível define a associação das moléculas formando agregados com uma determinada estrutura cristalina. Estes agregados conferem elevada resistência à tensão, tornando a celulose insolúvel em água e em um grande número de outros solventes. H IDRATOS DE CARBONO : A C ELULOSE ( CONTINUAÇÃO )

A linhina A linhina é um polímero que existe nas plantas superiores e que é formado por unidades de álcool coniferilo e de outros álcoois de estrutura semelhante. Estas unidades estão unidas entre si de uma maneira pouco ordenada, quase aleatória, e também se encontram ligadas à celulose. A presenças destas ligações é responsável pelas propriedades da madeira nomeadamente a sua resistência mecânica. É um material que se oxida facilmente a compostos com propriedades ácidas pelo que a sua presença no papel é indesejável, visto que vai promover a hidrólise das fibras de celulose que o constituem. H IDRATOS DE CARBONO : INFORMAÇÃO

H IDRATOS DE CARBONO : G OMAS As gomas Muitas plantas produzem espontâneamente, ou quando são feridas, um exsudado chamada de goma, que é composto por uma mistura complexa de polissacáridos. São materiais solúveis ou que formam dispersões em água. As gomas são um material muito importante em arte pois têm sido o veículo das aguarelas e têm sido utilizadas na iluminura. Também têm sido utilizadas como material adesivo, nomeadamente em selos e envelopes. A goma mais conhecida é a goma arábica, produzida por várias espécies de Acacia, sendo a Acacia senegal a principal fonte deste material.

H IDRATOS DE CARBONO : G OMAS

BIBLIOGRAFIA Mills, J. S.; White R., The Organic Chemistry of Museum Objects, Butterworth and Co, London (1987). Solomons, G.; Fryhle, C., Organic Chemistry, 7. a edição, Wiley, New York (2000)