Azúcar reductor

Un azúcar reductor es cualquier azúcar que es capaz de actuar como agente reductor. En una solución alcalina, un azúcar reductor forma algo de aldehído o cetona, lo que le permite actuar como agente reductor, por ejemplo, en el reactivo de Benedict. En tal reacción, el azúcar se convierte en un ácido carboxílico.

Todos los monosacáridos son azúcares reductores, junto con algunos disacáridos, algunos oligosacáridos y algunos polisacáridos. Los monosacáridos se pueden dividir en dos grupos: las aldosas, que tienen un grupo aldehído, y las cetosas, que tienen un grupo cetona. Las cetosas primero deben tautomerizarse a aldosas antes de que puedan actuar como azúcares reductores. Los monosacáridos dietéticos comunes galactosa, glucosa y fructosa son azúcares reductores.

Los disacáridos se forman a partir de dos monosacáridos y se pueden clasificar como reductores o no reductores. Los disacáridos no reductores como la sacarosa y la trehalosa tienen enlaces glucosídicos entre sus carbonos anoméricos y, por lo tanto, no pueden convertirse a una forma de cadena abierta con un grupo aldehído; están atrapados en la forma cíclica. Los disacáridos reductores como la lactosa y la maltosa tienen solo uno de sus dos carbonos anoméricos involucrados en el enlace glucosídico, mientras que el otro está libre y puede convertirse en una forma de cadena abierta con un grupo aldehído.

El grupo funcional aldehído permite que el azúcar actúe como agente reductor, por ejemplo, en la prueba de Tollens o la prueba de Benedict. Las formas hemiacetales cíclicas de las aldosas pueden abrirse para revelar un aldehído, y ciertas cetosas pueden someterse a tautomerización para convertirse en aldosas. Sin embargo, los acetales, incluidos los que se encuentran en los enlaces de polisacáridos, no pueden convertirse fácilmente en aldehídos libres.

Los azúcares reductores reaccionan con los aminoácidos en la reacción de Maillard, una serie de reacciones que ocurren mientras se cocinan los alimentos a altas temperaturas y que es importante para determinar el sabor de los alimentos. Además, los niveles de azúcares reductores en el vino, el jugo y la caña de azúcar son indicativos de la calidad de estos productos alimenticios.

Terminología

Reducción de oxidación

Un azúcar reductor es aquel que reduce otro compuesto y se oxida; es decir, el carbono carbonílico del azúcar se oxida a un grupo carboxilo.

Un azúcar se clasifica como azúcar reductor solo si tiene una forma de cadena abierta con un grupo aldehído o un grupo hemiacetal libre.

Aldosas y cetosas

Los monosacáridos que contienen un grupo aldehído se conocen como aldosas y los que tienen un grupo cetona se conocen como cetosas. El aldehído se puede oxidar mediante una reacción redox en la que se reduce otro compuesto. Por lo tanto, las aldosas son azúcares reductores. Los azúcares con grupos cetona en su forma de cadena abierta son capaces de isomerizarse a través de una serie de cambios tautoméricos para producir un grupo aldehído en solución. Por lo tanto, las cetonas como la fructosa se consideran azúcares reductores, pero es el isómero que contiene un grupo aldehído el que se reduce, ya que las cetonas no se pueden oxidar sin la descomposición del azúcar. Este tipo de isomerización es catalizada por la base presente en soluciones que prueban la presencia de azúcares reductores.

Extremo reductor

Los disacáridos consisten en dos monosacáridos y pueden ser reductores o no reductores. Incluso un disacárido reductor solo tendrá un extremo reductor, ya que los disacáridos se mantienen unidos por enlaces glucosídicos, que consisten en al menos un carbono anomérico. Con un carbono anomérico incapaz de convertirse a la forma de cadena abierta, solo el carbono anomérico libre está disponible para reducir otro compuesto, y se denomina extremo reductor del disacárido. Un disacárido no reductor es aquel que tiene ambos carbonos anoméricos unidos en el enlace glucosídico.

De manera similar, la mayoría de los polisacáridos tienen solo un extremo reductor.

Ejemplos

Todos los monosacáridos son azúcares reductores porque tienen un grupo aldehído (si son aldosas) o pueden tautomerizarse en solución para formar un grupo aldehído (si son cetosas). Esto incluye monosacáridos comunes como galactosa, glucosa, gliceraldehído, fructosa, ribosa y xilosa.

Muchos disacáridos, como la celobiosa, la lactosa y la maltosa, también tienen una forma reductora, ya que una de las dos unidades puede tener una forma de cadena abierta con un grupo aldehído. Sin embargo, la sacarosa y la trehalosa, en las que los carbonos anoméricos de las dos unidades están unidos entre sí, son disacáridos no reductores ya que ninguno de los anillos es capaz de abrirse.

Equilibrio entre forma cíclica y de cadena abierta en un anillo de maltosa

En los polímeros de glucosa como el almidón y los derivados del almidón como el jarabe de glucosa, la maltodextrina y la dextrina, la macromolécula comienza con un azúcar reductor, un aldehído libre. Cuando el almidón se ha hidrolizado parcialmente, las cadenas se han dividido y, por lo tanto, contiene más azúcares reductores por gramo. El porcentaje de azúcares reductores presente en estos derivados del almidón se denomina equivalente de dextrosa (DE).

El glucógeno es un polímero de glucosa altamente ramificado que sirve como la principal forma de almacenamiento de carbohidratos en los animales. Es un azúcar reductor con un solo extremo reductor, sin importar qué tan grande sea la molécula de glucógeno o cuántas ramificaciones tenga (tenga en cuenta, sin embargo, que el único extremo reductor generalmente está unido covalentemente a la glucogenina y, por lo tanto, no será reductor). Cada rama termina en un residuo de azúcar no reductor. Cuando el glucógeno se descompone para usarlo como fuente de energía, las unidades de glucosa se eliminan una a la vez de los extremos no reductores mediante enzimas.

Caracterización

Se utilizan varias pruebas cualitativas para detectar la presencia de azúcares reductores. Dos de ellos utilizan soluciones de iones de cobre (II): el reactivo de Benedict (Cu en citrato de sodio acuoso) y la solución de Fehling (Cu en tartrato de sodio acuoso). El azúcar reductor reduce los iones de cobre (II) en estas soluciones de prueba a cobre (I), que luego forma un precipitado de óxido de cobre (I) de color rojo ladrillo. Los azúcares reductores también se pueden detectar con la adición del reactivo de Tollen, que consiste en iones de plata (Ag) en amoníaco acuoso. Cuando el reactivo de Tollen se agrega a un aldehído, precipita el metal plateado, a menudo formando un espejo plateado en la cristalería limpia.

El ácido 3,5-dinitrosalicílico es otro reactivo de prueba, que permite la detección cuantitativa. Reacciona con un azúcar reductor para formar ácido 3-amino-5-nitrosalicílico, que se puede medir por espectrofotometría para determinar la cantidad de azúcar reductor que estaba presente.

Algunos azúcares, como la sacarosa, no reaccionan con ninguna de las soluciones de prueba de azúcares reductores. Sin embargo, un azúcar no reductor puede hidrolizarse usando ácido clorhídrico diluido. Después de la hidrólisis y neutralización del ácido, el producto puede ser un azúcar reductor que da reacciones normales con las soluciones de prueba.

Todos los carbohidratos se convierten en aldehídos y responden positivamente en la prueba de Molisch. Pero la prueba tiene un ritmo más rápido cuando se trata de monosacáridos.

Importancia en la medicina

La solución de Fehling se usó durante muchos años como prueba de diagnóstico para la diabetes, una enfermedad en la que los niveles de glucosa en la sangre se elevan peligrosamente por no producir suficiente insulina (diabetes tipo 1) o por la incapacidad de responder a la insulina (diabetes tipo 2). La medición de la cantidad de agente oxidante (en este caso, la solución de Fehling) reducida por la glucosa permite determinar la concentración de glucosa en la sangre o en la orina. Esto permite que se inyecte la cantidad correcta de insulina para que los niveles de glucosa en sangre vuelvan al rango normal.

Importancia en la química de los alimentos.

Reacción de Maillard

Los grupos carbonilo de los azúcares reductores reaccionan con los grupos amino de los aminoácidos en la reacción de Maillard, una serie compleja de reacciones que se producen al cocinar los alimentos. Los productos de reacción de Maillard (MRP) son diversos; algunos son beneficiosos para la salud humana, mientras que otros son tóxicos. Sin embargo, el efecto general de la reacción de Maillard es disminuir el valor nutricional de los alimentos. Un ejemplo de un producto tóxico de la reacción de Maillard es la acrilamida, una neurotoxina y posible carcinógeno que se forma a partir de la asparagina libre y los azúcares reductores cuando se cocinan alimentos ricos en almidón a altas temperaturas (superiores a 120 °C). Sin embargo, la evidencia de los estudios epidemiológicos sugiere que es poco probable que la acrilamida en la dieta aumente el riesgo de que las personas desarrollen cáncer.

Calidad de la comida

El nivel de azúcares reductores en el vino, el jugo y la caña de azúcar es indicativo de la calidad de estos productos alimenticios, y monitorear los niveles de azúcares reductores durante la producción de alimentos ha mejorado la calidad del mercado. El método convencional para hacerlo es el método de Lane-Eynon, que consiste en valorar el azúcar reductor con cobre (II) en solución de Fehling en presencia de azul de metileno, un indicador redox común. Sin embargo, es impreciso, costoso y sensible a las impurezas.