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

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

2 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.

3 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

4 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

5 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.

6 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

7 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 :

8 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:

9 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

10 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 )

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12 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

13 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.

14 H IDRATOS DE CARBONO : G OMAS

15 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)