KARBOHIDRAT

A.       Pendahuluan

Karbohidrat merupakan sumber kalori utama bagi hampir seluruh penduduk dunia, khususnya bagi penduduk negara yang sedang berkembang karena karbohidrat merupakana sumber kalori yang murah. Dalam 1 gram karbohidrat jumlah kalori yang terkandung yaitu 4 Kal (kkal). Karbohidrat juga mempunyai peranan penting dalam karakteristik bahan makanan misalnya warna, rasa, dan lain-lain, sedangkan dalam tubuh berguna untuk mencegah kehilangan mineral, mencegah pemecahan protein tubuh yang berlebihan serta berguna membantu metabolisme lemak dan protein.

Karbohidrat ('hidrat dari karbon', hidrat arang) atau sakarida (dari bahasa Yunani σάκχαρον, sákcharon, berarti "gula") adalah segolongan besar senyawa organik yang paling melimpah di bumi. Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan bakar (misalnya glukosa), cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan), dan materi pembangun (misalnya selulosa pada tumbuhan, kitin pada hewan dan jamur).Pada proses fotosintesis, tetumbuhan hijau mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat.

Secara biokimia, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Karbohidrat mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehida atau keton) dan banyak gugus hidroksil. Pada awalnya, istilah karbohidrat digunakan untuk golongan senyawa yang mempunyai rumus (CH₂O)_n, yaitu senyawa-senyawa yang n atom karbonnya tampak terhidrasi oleh n molekul air. Namun demikian, terdapat pula karbohidrat yang tidak memiliki rumus demikian dan ada pula yang mengandung nitrogen, fosforus, atau sulfur.

Bentuk molekul karbohidrat paling sederhana terdiri dari satu molekul gula sederhana yang disebut monosakarida, misalnya glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Banyak karbohidrat merupakan polimer yang tersusun dari molekul gula yang terangkai menjadi rantai yang panjang serta dapat pula bercabang-cabang, disebut polisakarida, misalnya pati, kitin, dan selulosa. Selain monosakarida dan polisakarida, terdapat pula disakarida (rangkaian dua monosakarida) dan oligosakarida (rangkaian beberapa monosakarida).

B.       Definisi dan klasfikasi

1.    Definisi karbohidrat

Kata karbohidrat berasal dari kata karbon (C) dan air (H₂O). Secara sederhana karbohidrat didefinisikan sebagai polimer sakar (polimer gula). Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil (-OH). Karbohidrat paling sederhana bisa berupa aldehid (disebut polihidroksialdehid atau aldosa) atau berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Berdasarkan pengertian di atas berarti diketahui bahwa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O. Adapun rumus umum dari karbohidrat adalah:

(C.H₂O)_n atau    C_nH_2nO_n

Karbohidrat merupakan molekul yang banyak terdapat di alam. Pembentukan karbohidrat melalui proses fotosintesis dan merupakan sumber energi hayati dari hasil konversi energi matahari ke dalam bentuk energi kimia. Karbohidrat selain sebagai sumber utama energi organisme hidup, juga merupakan sumber karbon untuk sintesisbiomolekul dan sebagai bentuk energi polimerik.

2.    Klasifikasi karbohidrat

Karbohidrat umumnya diklasifikasikan menjadi dua yaitu karbohidrat sederhana dan kompleks. Karbohidrat sederhana atau lebih dikenal sebagai monosakarida adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi molekul yang lebih sederhana misalnya glukosa dan fruktosa, sedangkan yang tergolong sebagai karbohidrat kompleks yaitu disakarida, oligosakarida, dan polisakarida. Contohnya adalah sukrosa yaitu suatu disakarida yang terbentuk dari satu molekul glukosa yang terikat dengan satu molekul fruktosa; selulosa adalah suatu polisakarida yang terbentuk dari ratusan molekul glukosa yang terikat bersama. Jika polisakarida dihidrolisis akan terurai menghasilkan satuan-satuan monosakarida penyusunnya.

Berdasarkan gugus fungsi utamanya, monosakarida juga diklasifikasikan sebagai aldosa dan ketosa. Akhiran –osa digunakan untuk menyatakan golongan karbohidrat, sedangkan awalan aldo-  dan keto- untuk menyatakan gugus fungsiyaitu aldehid dan keton. Contohnya glukosa adalah suatu aldoheksosa (golongan aldehid dengan 6 atom karbon), ribosa yang juga aldopentosa (dengan 5 atom C). Sebagian besar gula yang ada dialam merupakan aldopentosa atau aldoheksosa.

C.       Sintesa kiliani-fisher

Kiliani sintesis Fischer, nama untuk Kiliani kimia dan Hermann Heinrich Emil Fischer, adalah metode untuk sintesis monosakarida . Penerimaan melalui sintesis dan hidrolisis dari sianohidrin dari karbonil dari suatu aldosa oleh yang memanjang rantai karbon dari prekursor karbohidrat, sehingga melestarikan stereokimia pada semua karbon kiral hadir sebelumnya. Karbon kiral baru diproduksi dengan dua stereokimia, sehingga prduk dari Fischer-Kiliani adalah campuran rasemat dari dua epimers.Misalnya, D-arabinosa diubah menjadi campuran D- glukosa dan D- manosa.

Sintesis Kiliani klasik Fischer

Versi asli dari sintesis Fischer-Kiliani berlangsung melalui sianohidrin dan lakton aldónica asam menengah. Langkah pertama terdiri bereaksi gula dari sianida berair (biasanya NaCN) sianida mengalami Selain nukleofilik pada gugus karbonil dari gula (seperti gula cenderung ada terutama sebagai siklik hemiacetal piranósico , selalu dalam kesetimbangan kimia dengan aldehid rantai terbuka atau bentuk keton dan dalam kasus ini aldoses adalah aldehida yang bereaksi dalam sintesis ini). Para sianohidrin yang dihasilkan dari penambahan ini dipanaskan dalam air, yang menghidrolisis sianida dalam kelompok asam karboksilat, yang dengan cepat bereaksi dengan gugus hidroksil untuk membentuk lakton intramolekul lebih stabil. Sekarang ada dua lakton diastereomerik dalam campuran reaksi. Dapat dipisahkan dengan kromatografi atau partisi terpisah dalam pelarut yang berbeda) dan kemudian lakton yang diinginkan berkurang dengan amalgam natrium.Seperti digambarkan di bawah, D-arabinosa diubah menjadi campuran D-dan D glucononitrilo manononitrilo, yang kemudian diubah menjadi D-gluconolactone, D-manonolactone, terpisah, dan berkurang menjadi D-glukosa atau D-mannose.Kimia hasil dengan metode ini cenderung menjadi sekitar 30%.

Baru-baru ini, telah dikembangkan metode pengurangan ditingkatkan, yang menghasilkan hasil yang lebih tinggi dari gula memanjang. Alih-alih konversi sianohidrin ke lakton, sianohidrin berkurang dengan hidrogen menggunakan paladium pada barium sulfat sebagai katalis dan air sebagai pelarut, untuk membentuk imina . Karena adanya air, imina dihidrolisis dengan cepat untuk membentuk aldehida, sehingga karbon akhir gula diproduksi hanya dua langkah bukan tiga. Pemisahan isomer dilakukan di dalam produk gula dan bukan lakton menengah. Katalis khusus diperlukan untuk mencegah penurunan lebih lanjut dari kelompok aldehida ke grup hidroksil, yang akan menghasilkan sebuah alditol . Katalis hidrogenasi ini yang membatasi disebut satu langkah racun katalitik , contoh adalah paladium Lindlar. Reaksi di bawah ini menggambarkan metode ini baik untuk konversi-threose untuk L- xilosa dan L- lyxose .

D.       Degradasi ruff

Pada tahun 1898, Otto Ruff menerbitkan karyanya pada transformasi D-Glukosa ke D-arabinosa kemudian disebut degradasi Ruff. Dalam reaksi ini, D-Glukosa diubah menjadi D- arabinosa . Dalam reaksi ini, gugus aldehid terminal dikonversi menjadi asam karboksilat kelompok, dengan menggunakan oksidasi selektif dari  aldehida menggunakan air Brom dan kemudian dikonversi ke glukonat ion. Selanjutnya, Fe (OAc) ₃ dengan 30% H ₂ O ₂ ditambahkan. Jadi COO-ion akan membentuk CO2 dan senyawa selektif stereo akan membentuk. Dan di bawah-CH2OH akan mengkonversi ke-CHO, sehingga membentuk D-arabinosa.

Degradasi Ruff adalah protokol sintesis yang digunakan untuk menghapus satu atom karbon dari molekul suatu aldosa.

E.       Pembuktian fisher

Sintesis Kiliani-Fischer adalah protokol sintetis yang digunakan untuk memperkenalkan sebuah atom karbon ke molekul dari aldosa .

F.      Disakarida

disakarida merupakan dimer (gabungan dua molekul) monosakarida yang sejenis atau berbeda jenis. Oleh karena itu, bila disakarida dihidrolisis akan dapat menghasikan 2 buah monosakarida. Disakarida yang banyak dikenal adalah sukrosa atau gula tebu (dimer dari glukosa dan fruktosa), maltosa (dimer dari dua glukosa), dan galaktosa atau gula susu (dimer dari glukosa dan galaktosa).

Sukrosa dan laktosa tidak dapat difermentasi, sedangkan maltosa dapat difermentasi menghasilkan alkohol (etanol). Sukrosa tidak dapat mereduksi Fehling, sebab gugus aldehidanya sudah terikat pada fruktosa. Maltosa dan laktosa dapat mereduksi larutan fehling, sebab monomer yang satunya (glukosa dan galaktosa), gugus aldehidanya masih bebas.

G.       Polisakarida

Polisakarida merupakan polimer dari beberapa monosakarida. Polisakarida yang banyak dikenal antara lain amilum yang merupakan polimer dari α-D-glukosa, selulosa yang merupakan polimer dari β-D-glukosa, dan glikogen atau gula darah yang merupakan polimer dari α-D-glukosa dengan cabang atom C nomor 6, membentuk serat ruwet dengan molekul berbentuk globuler. Amilum mempunyai dua struktur, yaitu amilosa dan amilopektin. Selulosa dapat larut dalam larutan zwitter [Cu(NH₃)₂(OH)]⁺, dan selanjutnya dapat dibuat menjadi selulosa asetat(sutera tiruan).