Maltoza, lactoza și celobioza

Maltoza, lactoza și celobioza sunt dizaharide reducătoare cu formula ${\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{22}{\mathrm{O}}_{11}$: au un carbon anomeric liber. Maltoza unește două glucoze prin legătură $\alpha$-1,4; lactoza unește galactoză și glucoză prin $\beta$-1,4; celobioza unește două glucoze prin $\beta$-1,4. Zaharoza are ambii atomi anomerici cuprinși în legătură și este nereducătoare. Hidroliza maltozei sau celobiozei dă două glucoze, iar a lactozei dă galactoză și glucoză.

În toate trei dizaharidele, legătura glicozidică unește carbonul anomeric C1 al primei unități cu hidroxilul de la C4 al celei de-a doua. A doua unitate își păstrează carbonul anomeric C1 sub formă de hidroxil glicozidic liber, un hemiacetal. Acest inel se deschide în soluție, iar grupa $-\mathrm{CHO}$ rezultată reduce reactivii Tollens și Fehling; din acest motiv dizaharidele de acest tip sunt reducătoare, iar carbonul anomeric liber există ca amestec de anomeri $\alpha$ și $\beta$.

Maltoza este formată din două unități de glucoză, legate $\alpha$-1,4. Se formează la hidroliza parțială a amidonului sub acțiunea amilazelor și se găsește în malț, adică în orzul încolțit. Lactoza unește o unitate de galactoză cu una de glucoză prin legătură $\beta$-1,4; este zahărul din lapte, cu aproximativ $4,5$–$5\%$ în laptele de vacă; are gust slab dulce, iar bacteriile lactice o transformă în acid lactic, ceea ce acrește laptele și produce iaurtul. Celobioza unește două unități de glucoză prin legătură $\beta$-1,4 și rezultă la hidroliza parțială a celulozei. Maltoza și celobioza sunt deci izomere: ambele conțin două resturi de glucoză, dar diferă prin configurația legăturii, $\alpha$ sau $\beta$.

Tipul $\alpha$ sau $\beta$ al legăturii schimbă recunoașterea de către enzime: maltaza hidrolizează legătura din maltoză, lactaza pe cea din lactoză, iar celobioza nu este hidrolizată de enzimele omului. Lipsa activității lactazei în intestin explică intoleranța la lactoză.

Exemplu rezolvat 1: hidrolizăm 1 mol de lactoză.

1. Scriem ${\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{22}{\mathrm{O}}_{11}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$.
2. Precizăm identitatea produselor: galactoză și glucoză, nu două glucoze.
3. Masa inițială este $342+18=360$ g.
4. Produșii au $180+180=360$ g.
5. Lactoza nehidrolizată reduce reactivii Fehling și Tollens, deoarece are un carbon anomeric liber.

Exemplu rezolvat 2: obținem maltoză prin hidroliza parțială a $324$ g amidon.

1. Ecuația, raportată la unitățile de glucoză, este $2({\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{10}{\mathrm{O}}_5{)}_{\mathrm{n}}+\mathrm{n}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{n}{\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{22}{\mathrm{O}}_{11}$.
2. Cantitatea de unități este $324/162=2,0$ mol, deci se formează $1,0$ mol maltoză și se consumă $1,0$ mol apă, adică $18$ g.
3. Masa de maltoză este $1,0\cdot 342=342$ g, iar bilanțul este corect: $324+18=342$ g.

Exemplu rezolvat 3: $760$ g de lapte conțin $4,5\%$ lactoză. Calculăm produsele hidrolizei lactozei.

1. Masa de lactoză este $760\cdot 0,045=34,2$ g, adică $34,2/342=0,10$ mol.
2. Hidroliza consumă $0,10$ mol apă, adică $1,8$ g.
3. Se formează $0,10$ mol galactoză și $0,10$ mol glucoză, câte $18$ g; verificare: $34,2+1,8=36$ g.

Exemplu rezolvat 4: avem trei soluții neetichetate, de maltoză, de zaharoză și de amidon, și le deosebim.

1. Cu soluție de iod, amidonul dă colorație albastru intens; celelalte două soluții rămân incolore.
2. Cu reactiv Fehling la cald, maltoza dă precipitat roșu de $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$, deoarece are carbon anomeric liber, iar zaharoza nu reacționează.
3. Soluția de zaharoză se încălzește cu acid diluat, se neutralizează și se testează din nou: acum apare precipitatul roșu, fiindcă glucoza și fructoza rezultate sunt reducătoare.

Maltoza, lactoza și celobioza sunt solide albe, cristalizate și solubile în apă; maltoza și lactoza au gust dulce, mai slab decât al zaharozei. Prin oxidare blândă a grupei aldehidice libere, ele formează acizii corespunzători, de exemplu acidul lactobionic din lactoză.

Compoziție și legături. Maltoza (două molecule de $\alpha$-glucoză, legătură $\alpha$-1,4) provine din hidroliza amidonului; celobioza (două molecule de $\beta$-glucoză, $\beta$-1,4) provine din hidroliza celulozei; lactoza ($\beta$-galactoză + glucoză, $\beta$-1,4) se află în lapte. Zaharoza (glucoză + fructoză, legătură $\alpha ,\beta$-1,2) este nereducătoare, pentru că legătura implică ambii atomi anomerici. Hidroliza zaharozei dă amestec echimolar de glucoză și fructoză, numit zahăr invertit (soluția își schimbă sensul rotației optice).

Reacții. Maltoza, lactoza și celobioza reduc reactivii Fehling și Tollens; zaharoza nu. Un mol de dizaharidă reducătoare dă un mol de $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$ cu reactivul Fehling: $34,2$ g maltoză ($0,10$ mol) dau $0,10$ mol $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$, adică $14,4$ g ($M=144$ g/mol).

Hidroliza dublează capacitatea reducătoare. O moleculă de dizaharidă reducătoare are un carbon anomeric liber, iar cele două monozaharide rezultate au câte unul. Din $3,42$ g lactoză ($0,010$ mol) cu reactiv Tollens se depun $2\cdot 0,010=0,020$ mol $\mathrm{Ag}$ ($2,16$ g); după hidroliza completă, se depun $4\cdot 0,010=0,040$ mol ($4,32$ g).

Bilanț de masă la hidroliză: ${\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{22}{\mathrm{O}}_{11}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$; din $342$ g dizaharidă și $18$ g apă rezultă $360$ g monozaharide. Enzima care hidrolizează lactoza este lactaza, iar zaharoza este hidrolizată de zaharază (invertază). Celobioza nu este digerată de om, deoarece lipsește enzima potrivită.

Complement grupat. Despre dizaharide sunt date patru afirmații:

1. maltoza și celobioza sunt izomere;
2. zaharoza reduce reactivul Fehling;
3. lactoza dă la hidroliză glucoză și galactoză;
4. legătura din celobioză este de tip $\alpha$-1,4.

• A. Numai 1, 2 și 3 sunt corecte
• B. Numai 1 și 3 sunt corecte
• C. Numai 2 și 4 sunt corecte
• D. Numai 4 este corectă
• E. Toate sunt corecte sau toate sunt false

Afirmația 1 este adevărată: ambele au formula ${\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{22}{\mathrm{O}}_{11}$ și conțin două resturi de glucoză. Afirmația 2 este falsă, fiindcă zaharoza nu are carbon anomeric liber. Afirmația 3 este adevărată. Afirmația 4 este falsă, fiindcă celobioza are legătură $\beta$-1,4, iar legătura $\alpha$-1,4 aparține maltozei. Răspuns corect: B.

Greșeli frecvente

• Greșit: Lactoza se hidrolizează la două molecule de glucoză.
  Corect: Dă glucoză și galactoză.
• Greșit: Maltoza este nereducătoare ca zaharoza.
  Corect: Are un carbon anomeric liber.
• Greșit: Maltoza și celobioza sunt același compus, fiindcă hidroliza ambelor dă două glucoze.
  Corect: Se deosebesc prin legătura: $\alpha$-1,4 la maltoză, $\beta$-1,4 la celobioză.
• Greșit: Dizaharidele reducătoare nu mai reduc după hidroliză.
  Corect: Hidroliza eliberează două monozaharide reducătoare, deci capacitatea reducătoare se dublează.

Înainte și după