Kohlenhydrate sind Polyhydroxycarbonylverbindungen. Sie haben in ihrer offenkettigen Form, also neben mehreren Hydroxygruppen auch mindestens eine Carbonylgruppe. Befindet sich diese Carbonylgruppe an einem terminalen C-Atom (Kohlenstoff-Atom) (Aldehyd), so spricht man von einer Aldose. Befindet sie sich an einem internen C-Atom (Keton), dann bezeichnet man den Zucker als Ketose.

Die Carbonylfunktion ist eine hoch reaktive Funktionelle Gruppe: Zu nennen sind hier besonders die leichte Oxidierbarkeit zur Carbonsäure, die Reduktion zum Alkohol und der leichte nukleophile Angriff am Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe. Durch Oxidationsmittel werden Kohlenhydrate daher zu Glykonsäuren oxidiert. Dies gilt unter basischen Bedingungen nicht nur für die Aldosen, sondern auch für die Ketosen, die durch die Base in einer komplexen Reaktion umgelagert werden (dabei wird die im Zuge der Keto-Enol-Tautomerie auftretende Aldose Form stabilisiert).

Beim Nachweis durch das Fehling-Reagenz wird ein blauer Cu(II)-Weinsäure-Komplex zu unlöslichem, roten Cu(I)oxid reduziert. Wird die Carbonylfunktion zur Hydroxygruppe reduziert, erhält man ein so genanntes Alditol.

Durch intramolekularen nukleophilen Angriff einer der Hydroxygruppen auf das Carbonylkohlenstoffatom bildet sich ein zyklisches Halbacetal, welches energetisch meist sehr günstig ist. Hierbei werden überwiegend Sechsringe (pyranose Form) gebildet, die eine sehr niedrige Ringspannung aufweisen, es entstehen aber auch in geringerem Maße Fünfringe (furanose Form). Andere Ringgrößen treten nicht auf, da sie eine zu hohe Ringspannung aufweisen. Ferner entsteht ein neues Chiralitätszentrum. Die beiden resultierenden Diastereomere werden mit a und ß bezeichnet.

In wässriger Lösung bilden a- und ß-pyranose und -furanose Form eine Gleichgewichtsreaktion miteinander und mit der offenkettigen Form. Eine wässrige Lösung von reiner a-Glukopyranose wird daher nach einiger Zeit zu einer Gleichgewichtsmischung aus a- und ß-Glucopyranose und -furanose (38 % a-Glcp, 62 % ß-Glcp, 0 % a-Glcf, 0,14 % ß-Glcf, 0,002 % offenkettig). Die hierbei messbare Veränderung des Drehwertes wird als Mutarotation bezeichnet. Während aliphatische Aldehyde bereits von Luftsauerstoff allmählich zur Carbonsäure oxidiert werden, sind Kohlenhydrate durch die Acetalbildung erheblich unempfindlicher, was zweifelsohne für eine so wichtige Biomolekülklasse von enormer Bedeutung ist.

Von zentraler Bedeutung in der Kohlenhydratchemie ist ferner die glykosidische Bindung. Das hierbei gebildete zyklische Vollacetal eines Zuckers bezeichnet man als Glykosid. Mit Aminen (z.B. in Aminosäuren, Proteinen) reagiert der offenkettige Aldehyd des Kohlenhydrates über ein Imin reversibel zum Amadori-Produkt, welches wiederum ebenfalls mit Amin(osäur)en kondensieren kann und sich irreversibel umlagert: R-NH2 + OHC-CH(OH)-R´ R-N=CH-CH(OH)-R´ (Imin) R-NH-CH2-C(O)-R´ (Amadori-Produkt)

Umlagerungsprodukte: Diese nichtenzymatische Reaktion erfolgt im Organismus mit Aminosäuren und Eiweißen relativ häufig und ist einer der zentralen Vorgänge beim Altern (z.B. Altersflecken), da die Reaktionsprodukte vom Körper nicht abgebaut werden können. Ferner spielt sie eine wichtige Rolle bei der thermischen Zubereitung von Lebensmitteln, z.B. beim Braten und Kochen. Es kommt zu der typischen Bräunung, da sich konjugierte Ringsysteme bilden, die farbig sind. Diese Produkte der sogenannten Maillard-Reaktion sind auch für den Geschmack zubereiteter Lebensmittel entscheidend.

Vielen Dank an die Seite „http://de.wikipedia.org/wiki/Hauptseite“

Autorin Tamara Kammerlander, © Rainforest Newsletter e.V. Abdruck (auch auszugsweise), Vervielfältigung und Zitat nur in Absprache mit dem Verein.