Glükóz

Glükóz
IUPAC név	6-(hidroximetil)oxán -2,3,4,5-tetrol VAGY (2R,3R,4S,5R,6R)-6-(hidroximetil) tetrahidro-2H-pirán-2,3,4,5-tetraol
Más nevek	szőlőcukor, dextróz
Azonosítók
CAS-szám	50-99-7 (D-glükóz) 921-60-8 (L-glükóz)
PubChem	5793
ChemSpider	5589
KEGG	C00031
MeSH	Glucose
ChEBI	4167
RTECS szám	LZ6600000
ATC kód	B05CX01,V04CA02, V06DC01
SMILES	C(C1C(C(C(C(O1)O)O)O)O)O
Tulajdonságok
Kémiai képlet	C6H12O6
Moláris tömeg	180,16 g mol−1
Sűrűség	1,54 g cm−3
Olvadáspont	α-D-glükóz: 146 °C β-D-glükóz: 150 °C
Veszélyek
EU oszályozás	nincsenek veszélyességi szimbólumok
R-mondatok	(nincs)
S-mondatok	(nincs)
LD50	25800 mg/kg (patkány, szájon át)
Rokon vegyületek
Rokon vegyületek	Fruktóz Mannóz Galaktóz
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára vonatkoznak. (25 °C, 100 kPa)

A glükóz (szokásos hárombetűs rövidítése: Glc) – köznapi nevén szőlőcukor – egy monoszacharid, pontosabban aldohexóz. Fontossága a biológiai folyamatokban alapvető: a sejtek energia- és metabolitforrásként hasznosítják. Bioszintézise szén-dioxidból és vízből kiindulva fotonenergia felhasználásával történik a zöld növényekben a fotoszintézis során. Élő szervezetben a glükóznak csak a D enantiomerje fordul elő, melyet dextróznak neveznek. Az L-glükóz biológiailag inaktív, a sejtek nem tudják hasznosítani.

Szerkezet

Nyílt láncú alak

A glükóz nyílt láncú alakjának szerkezete

A glükóznak nyílt láncú és gyűrűs alakja is létezik. A nyílt láncú alakjának lánca hatszénatomos, elágazás nélküli lánc. Az 1-es szénatom egy formilcsoport része, a többi öt szénatomhoz egy-egy hidroxilcsoport kapcsolódik. A nyílt láncú alak 4 aszimmetriás szénatomot tartalmaz.

Gyűrűs alak

A glükóz gyűrűvé is záródhat. Legstabilabb a szék alakú, hattagú, piranózgyűrűs alakja. A piranózgyűrűs glükóz neve glükopiranóz. Gyűrűvé záródáskor a 5. szénatomon lévő hidroxilcsoport és a formilcsoport között intramolekuláris félacetál kötés jön létre, laktolgyűrű alakul ki. A gyűrűvé záródás következtében az eredetileg a formilcsoportot alkotó szénatom (1-es szénatom) is aszimmetriássá válik. Az ezen a szénatomon a gyűrűvé záródáskor kialakuló ún. glikozidos hidroxilcsoportnak kétféle térállása lehetséges. Éppen ezért a gyűrűs D-glükóznak kétféle anomer módosulata lehetséges: α-D-glükóz és β-D-glükóz (α-D-glükopiranóz és β-D-glükopiranóz) . Az α és a β alak átalakulhat egymásba. Az α-alak optikai forgatóképessége +112°, a β-alak optikai forgatóképessége +18,7°. A D-glükóz vizes oldatában egyensúlyi elegy alakul ki, ez körülbelül 62% β-D-glükózt, 38% α-D-glükózt és kevés nyílt láncú D-glükózt tartalmaz, az oldat forgatóképessége ekkor +52,7°. Az α módosulatban a glikozidos hidroxilcsoport a gyűrű tengelyével párhuzamos (axiális) helyzetű, a β módosulatban a tengelyre merőleges (ekvatoriális) helyzetű. A két módosulat közül a β a stabilabb.

A glükóz piranózgyűrűjének a ciklohexánszármazékokhoz hasonlóan kétféle székalkata lehetséges. A szénhidrátkémiában a kétféle székalkatú konformáció jelölése C1 illetve 1C. Az α-D glükóz és a β-D-glükóz esetében a C1 konformáció a stabilabb, mert így a hidroxilcsoportok (α-D-glükóz esetén a glikozidos hidroxilcsoportot kivéve) és a CH₂OH csoport a kedvezőbb, ekvatoriális helyzetbe kerülnek. Az α-L-glükóz és a β-L-glükóz esetén azonban az 1C konformáció a kedvezőbb.

• 

  α-D-
  glükpoiranóz
• 

  β-D-
  glükopiranóz
• 

  α-D-
  glükopiranóz
• 

  β-D-
  glükopiranóz

Izomerjei

Az aldohexózok nyílt láncú alakja 4 aszimmetriacentrumot tartalmaz. Ezek az aszimmetriacentrumok nem azonos telítettségűek. Így 2⁴=16-féle aldohexóz lehetséges. Ezek közül 8 a D-sorozathoz, 8 az L-sorozathoz tartozik. Csak néhány található meg közülük az élő szervezetben, ezek többsége a D-módosulat. A legjelentősebbek a D-glükóz, a D-mannóz és a D-galaktóz. Ha az aldohexóz hattagú laktolgyűrűvé (piranózgyűrűvé) záródik, új aszimmetriacentrum alakul ki, a glikozidos hidroxilcsoportnak kétféle térállása lehetséges. Tehát 2⁵=32 sztereoizomer lehetséges.

Mutarotáció

A D-glükóznak könnyen előállítható a két anomerje (α-D-glükóz, β-D-glükóz) külön-külön: vizes oldatból az α, piridinből a β módosulat kristályosodik ki. Ha a tiszta α-, vagy a tiszta β-módosulatot vízben feloldva az tapasztalható, hogy az oldat forgatóképessége változik: az α-anomer oldatának a kezdeti optikai forgatóképessége (+112°) az egyensúlyi oldatnak megfelelő +52,7°-ra csökken, a β anomer oldatának kezdeti +18,7°-os optikai forgatóképessége +52,7°-ra növekszik. Az optikai forgatóképességnek ezt a változását mutarotációnak nevezzük. Ennek az a magyarázata, hogy a glükóz két módosulata könnyen át tud alakulni egymásba, és az átalakulások következtében egy egyensúlyi elegy alakul ki.

Reakciói

Savak, lúgok hatására

A glükóz savakkal nem reagál. Lúgok hatására izomer átalakulásokat mutat, a D-glükóz D-fruktózzá és D-mannózzá alakul át. A háromféle cukor egyensúlyi keveréket alkot. Erélyesebb lúgos behatás hatására oxiredukciós folyamatok mennek végbe.

Redukció

Ha a glükóz formilcsoportja hidroxilcsoporttá redukálódik, egy nyílt láncú hatértékű alkohol, D-szorbit keletkezik. A D-szorbit cukoralkohol. Édes ízű szilárd anyag, ami a természetben gyümölcsökben fordul elő. Édesítőszerként használják.

Oxidáció

A D-glükóz oxidációja, oxidációs termékei

A glükóz lúgos közegben könnyen oxidálódik. Enyhébb oxidáció hatására (pl. brómos víz, híg HNO₃) szelektíven a glükóz aldehidcsoportja oxidálódik karboxilcsoporttá, glükonsav keletkezik. A glükonsav aldonsav. Instabil, könnyen γ-laktonná alakul.

A glükóz redukáló hatású, Fehling-próbát, ezüsttükör-próbát mutatja. Ez a glükóz nyílt láncú alakjában jelenlévő aldehidcsoporttal magyarázható. Fehling-és ezüsttükör-próbakor is a glükóz enyhe oxidációja játszódik le.

A glükóz erélyesebb oxidációjakor (pl. tömény HNO₃ hatására) cukorsav keletkezik. Ekkor az aldehidcsoport és a láncvégi hidroxilcsoport oxidálódik karboxilcsoporttá. A cukorsav az aldársavak közé tartozik.

Ha a glükóz aldehidcsoportja védett (pl. glikozidkötés védi), akkor a láncvégi hidroxilcsoport oxidálódik karboxilcsoporttá, glükuronsav keletkezik. A glükuronsav az uronsavak közé tartozik. Laktolgyűrűt képez. A karboxilcsoport a γ helyzetű hidroxilcsoporttal γ-laktongyűrűt is képezhet. A D-glükuronsavank a szervezetben a méregtelenítésben van szerepe.

Előfordulás

Szabad állapotban előfordul a természetben egyes gyümölcsökben (pl. a szőlőben, innen a szőlőcukor név). A vérben a koncentrációja éhgyomornál 70–100 mg/100 ml értékek között, szénhidrátgazdag étkezés után 160 mg/100 ml alatt számít normális értéknek. Diszacharidok (pl. szacharóz, maltóz, cellobióz, laktóz) és poliszacharidok (pl. keményítő, glikogén, cellulóz) alkotórésze. A természetben csak a D-glükóz fordul elő.

Előállítása

A glükóz iparilag keményítő (például kukorica- vagy burgonyakeményítő) savas vagy enzimes hidrolízisével állítható elő. A burgonyakeményítő savas hidrolízisekor keletkező glükózt „krumplicukornak” szokás nevezni.

Források

• Bot György: A szerves kémia alapjai
• Bruckner Győző: Szerves kémia, I/2-es kötet
• Furka Árpád: Szerves kémia
• Kovács Kálmán, Halmos Miklós: A szerves kémia alapjai