Socker

Socker
Som råvaror till etanolframställning används kolhydrater, vanligtvis i form av socker eller stärkelse i olika former. Kolhydrater kan delas in i två grupper, enkla och sammansatta sockerarter. Enkla sockerarter eller monosackarider, t ex druvsocker och fruktsocker, kan inte delas upp i mindre sockerdelar. Sammansatta sockerarter, som t ex stärkelse och vanligt socker kan, som namnet antyder, delas upp i mindre delar till monosackarider. Man brukar även dela upp de sammansatta sockerarterna till oligosackarider, som består av ett fåtal (oligos = lite, få) monosackarider, som t ex vanligt socker, eller mjölksocker, och polysackarider som består av många monosackarider, t ex stärkelse och cellulosa. Oligosackariderna kan beroende på hur många monosackarider de består av benämnas bisackarider, som vanligt socker och trisackarider.

Monosackaridernas uppbyggnad
I följande avsnitt förekommer en hel del strukturformler över socker. De flesta sockerstrukturer som avbildas här använder s k Fischerprojektion (av Emil Fischer, tysk kemist).

Fischerprojektion av D-glukos

I en Fischerprojektion motsvarar alla vågräta linjer bindningar som går ut ur skärmen (pappret), medan lodräta linjer motsvarar bindningar som går in i skärmen (pappret).

Sockerarternas klassificering
Monosackariderna kan delas upp i två stora grupper, aldoser och ketoser. Namnen kommer av att aldoser innehåller en aldehydgrupp och ketoser innehåller en ketongrupp. Monosackariderna brukar även delas in i grupper beroende på hur många kolatomer som finns i molekylen, t ex pentoser (fem kolatomer av penta = fem) och hexoser (sex kolatomer av hexa = sex (6)). Det finns även trioser, tetroser upp till nonoser (nio kolatomer) men de naturligt förekommande monosackariderna är vanligtvis pentoser och hexoser. Ur alkoholsynpunkt är endast hexoserna intressanta. DNA-molekylen (deoxiribonukleinsyra) är uppbyggd av bl a deoxiribos, en pentos.
En aldos som innehåller sex kolatomer kallas en aldohexos och en ketos som innehåller sex kolatomer kallas en ketohexos. Druvsocker, D-glukos, är en aldohexos och fruktsocker, D-fruktos, är en ketohexos.

D-glukos och D-fruktos

Rent teoretiskt är den enklaste aldosen glykoaldehyd (en "aldobios") och den enklaste ketosen dihydroxiaceton (ketotrios). Dessa har liksom socker en söt smak men inte några andra sockerliknande egenskaper. Dessa enkla sockerarter kan "byggas ut" med HCOH-grupper enligt figur.

Teoretiska aldoser.

Teoretiska ketoser.

Man får då tetroser, pentoser och hexoser. I fortsättningen kommer endast hexoser behandlas på dennas sida.

Isomerer
Ur bilderna på aldo- och ketohexoserna ser man att det går att "ändra riktning" på OH-grupperna. Om man låter bli att ändra på den HCOH som sitter närmast CH₂OH gruppen (d v s det näst understa kolet) så finns det 8 teoretiska varianter av aldohexos.

Aldohexoser

De har alla samma summaformel C₆H₁₂O₆ men de är inte samma kemikalier. Kemikalier med sådana egenskaper kallas isomerer (en isomer). Av de 8 aldohexoser som räknades upp finns bara D-glukos, D-mannos och D-galaktos i naturligt. De övriga 5 är framställda på syntetisk väg i laboratorium.
Helt analogt med aldohexoserna finns det flera isomerer av ketohexoser. Eftersom ketohexoser bara har tre kolatomer som kan varieras finns det bara 4 isomerer.

Ketohexoser

Av dessa finns bara D-fruktos och D-tagatos naturligt.

Stereokemi
Om man skulle ändra riktning på OH gruppen som sitter längst ned på D-allos erhålles inte en vanlig isomer utan en stereoisomer av D-Talos

D-Allos, L-Talos och D-Talos.

Denna nya aldohexos kallas L-talos. Bokstaven L framför namnet anger riktningen på den näst understa OH-gruppen. Alla dessa L-isomerer har den spegelvända strukturen av motsvarande D-aldohexos. L-aldohexoser förekommer inte någonstans i naturen. Helt analogt finns det även fyra stereoisomerer av D-ketohexoserna. Av dessa förekommer bara L-sorbos i naturen.

D-sorbos och L-sorbos.

L-hexoserna genomgår inte jäsning så dessa är helt ointressanta ur alkoholsynpunkt.

Konfigurationer
I verkligheten är hexoserna inte bara avlånga, stela molekyler utan de förekommer vanligtvis i cykliska former, även kallat hemiacetaler. Hemiacetalerna är ganska stabila så hexoser befinner sig i jämvikt mellan den raka formen och i hemiacetalformen.

D-glukos och hemiacetalformen av glukos.

Hemiacetalen bildas genom att OH gruppen på det näst understa kolet reagerar med karbonylgruppen, molekylen reagerar alltså med sig själv.
Hexoser kan bilda två olika ringstorlekar, furanoser (med 4 kolatomer och en syre) och pyranoser (5 kolatomer och en syreatom).

Glukos pyranos och furanos

Av glukopyranos och glukofuranos är glukopyranos den mest stabila. Namnen pyranos och furanos kommer från de organiska etrarna pyran och furan.

Etrarna pyran och furan.

För att komplicera det ytterligare så kan varje pyranos och furnos förekomma i två olika isomerer, alfa och beta.

Alfa och beta glukopyranos.

Alfa och beta fruktofuranos.

Om man tänker sig att man ser ringen snett ovanifrån så har alfa-varianten OH gruppen och CH2OH gruppen på olika sidor om ringen. Beta-varianten har OH gruppen och CH2OH gruppen på samma sida om ringen.
Dessa isomerer är så speciella att kemister kallar dem för anomerer (en anomer). I en vattenlösning av D-glukos kan det alltså förekomma minst fem olika konfigurationer av glukos, D-glukos, alfa-D-glukopyranos, beta-D-glukopyranos, alfa-D-glukofuranos och beta-D-glukofuranos.

Disackarider
Monosackarider kan även reagera med andra monosackarider och bilda disackarider eller glykosider.
Maltos (maltsocker) är uppbyggd av två stycken alfa-D-glukopyranos:

Maltos (maltsocker).

Maltos är en 1,4'-alfa-glykosid med det invecklade namnet 4-O-(alfa-D-Glukopyranosyl)-alfa-D-glukopyranos eller kort och gott maltos.
En annan vanlig disackarid är laktos, eller mjölksocker som består av D-galaktos och D-glukos.

Laktos (mjölksocker).

Laktos är en 1,4'-betaglykosid med namnet 4-O-(beta-D-Galaktopyranosyl)-beta-D-glukopyranos.
Den absolut mest tillgängliga kemikalie som finns i världen är utan tvekan sukros eller rörsocker (sackaros, vanligt socker). Den består av D-glukos och D-fruktos.

Sukros (rörsocker).

Sukros är en 1,2'glykosid med namnet 2-O-(alfa-D-Glukopyranosyl)-beta-D-fruktofuranos.

Polysackarider
Ur alkoholsynpunkt är stärkelse den enda polysackariden av intresse. Stärkelse kan delas upp i delas upp i två grupper: en grupp som inte kan lösas i kallt vatten (varmt vatten går bra) amylos och den del som kan lösas i kallt vatten, amylopekitn. Både amylos och amylopektin är uppbyggda av glukosmolekyler i långa kedjor.

Amylos.

Amylopektin.

Amylos består av långa ogrenade kedjor av D-glukos i ett 1,4'-O-(alfa-D-glukopyranosid) polymer. De kan vara mellan 200 och ända upp till 2000 D-glukosmolekyler långa.
Amylopektin består liksom amylos av 1,4' alfa D-glukoskedjor men amylopektinmolekylen är även förgrenad med alfa-1,6 bindningar.

Cellulosa
En annan viktig polysackarid är cellulosa. Den är uppbyggd av D-glukos i 1,4'-beta-glykosidbindningar. Antal glukosenheter i molekylen varierar från 1000 till 15000.

Cellulosa.

Cellulosa är helt ointressant ur alkoholsynpunkt.

Referenser
Svensk Uppslagsbok
Bolin, Iwan., Gustaver, Bror. Den Organiska Kemien 1965.
Lehninger, A.L., Nelson, D.L., Cox, M.M. Principles of Biochemistry 2nd ed. 1993 Worth Publishers.
McMurry J. Organic Chemistry 4th ed., 1995 Brooks/Cole Publishing.