Glucose

Glucose
β-D-glucopyranose : représentations hexagonale et 3D α-D-glucopyranose   et   β-D-glucopyranose         Projection de Fischer et projection de Haworth
Identification
Nom UICPA	D-glucose et β-D-glucopyranose
Synonymes	(2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal et forme cyclique : (2R,3R,4S,5S,6R)-6-(hydroxyméthyl)oxane-2,3,4,5-tétrol D-Glc et β-D-Glcp Dextrose Cérélose
No CAS	58367-01-4 (DL-glucose) 50-99-7 (D(+)-glucose) 492-62-6 (α-D-glucopyranose) 492-61-5 (β-D-glucopyranose) 36468-84-5 (α-D-glucofuranose) 30412-16-9 (β-D-glucofuranose) 50-99-7 (L-Glc) 921-60-8 (α/β-L-Glcp)
No EINECS	200-075-1 (D-Glc) 213-068-3 (L-Glc) 218-914-5 (D-Glc)
Code ATC	V04CA02
PubChem	107526 (D-Glc) 5793 (α/β-D-Glcp) 79025 (α-D-Glcp)
SMILES	OC[C@@H](O1)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)1 (glucopyranose) ; OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O (glucose acyclique). PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1/C6H12O6/c7-1-3(9)5(11)6(12)4(10)2-8/h1,3-6,8-12H,2H2/t3-,4+,5+,6+/m0/s1 (D-Glc) 1/C6H12O6/c7-1-2-3(8)4(9)5(10)6(11)12-2/h2-11H,1H2/t2-,3-,4+,5-,6-/m1/s1 (α-D-Glcp)
Apparence	poudre blanche au goût sucré[1]
Propriétés chimiques
Formule brute	C6H12O6  [Isomères]
Masse molaire[2]	180,1559 ± 0,0074 g/mol C 40 %, H 6,71 %, O 53,29 %,
Propriétés physiques
T° fusion	146 °C (α,D), 150 °C (β,D)
Solubilité	Dans l'eau : 900 g·l-1[3]
Masse volumique	1,544 g·ml-1 (25 °C)[4]
Thermochimie
ΔfH0solide	-1273,3 kJ.mol-1
Précautions
SIMDUT[5]
Produit non contrôlé Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT.
Inhalation	Toux.
Yeux	Rougeur.
Écotoxicologie
LogP	-3,3[1]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le glucose est un sucre, un des isomères de formule C₆H₁₂O₆.

Étymologie

En 1812, Constantin Kirchhoff parvient à transformer l'amidon en sucre (en sirop de maïs), par chauffage avec de l'acide sulfurique^[6]. En 1838, un comité de l'Académie des sciences décide d'appeler le sucre se trouvant dans le raisin, dans l'amidon, et dans le miel du nom de glucose, en fournissant comme étymologie le grec gleukos, vin doux. Émile Littré, ayant donné une autre étymologie, l'adjectif glukus (de saveur douce), avec deux upsilons (i grecs), le préfixe habituel est devenu glyc, comme dans glycémie et glycogène.

Isomères

Le glucose (synonyme dextrose lorsqu'il s'agit de D-glucose) est un ose simple et plus particulièrement un aldohexose. C'est un isomère d'autres sucres, en particulier le mannose ou le fructose, de formule C₆H₁₂O₆.

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  Figure 1 : D-glucose en projection de Fischer

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  Figure 2 : représentation « chaise » de l'α-D-glucopyranose

Sa formule développée est présentée à la figure 1. Puisqu'il contient une fonction aldéhyde, il s'agit d'un ose réducteur. Le glucose est une molécule polaire (grâce à ses groupes alcool), c'est pourquoi il est soluble dans l'eau. Il est thermodégradable et dialysable (voir dialyse).

Le glucose cristallise sous forme pyranique. Il est appelé glucopyranose (figure 2 et 3).

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  Figure 3 : représentation d'Haworth de l'α-D-glucopyranose

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  Figure 4 : représentation tridimensionnelle (rouge : oxygène ; noir : carbone ; blanc : hydrogène)

Hétérosides

Le glucose est souvent présent dans la nature sous forme de composés, liés à d'autres molécules qui ne sont pas des sucres. On appelle ces composés glucosides, composés faisant partie des hétérosides.

Métabolisme

Contrairement au saccharose, il est directement assimilable par l'organisme, dont il est une source d'énergie essentielle et rapidement circulante, pour le cerveau et pour tous les organes. L'énergie contenue dans une mole de glucose est de 2 871 kJ (ou 685,2 kcal, 1 cal = 4,19 J). Le métabolisme du glucose, régulé par l'insuline, est appelé glycolyse et permet la formation de pyruvate qui sera ensuite métabolisé par le Cycle de Krebs.

Les nouvelles techniques d'imagerie médicale permettent une appréciation de la topologie du métabolisme cellulaire. En tomographie par émission de positons, on utilise pour cela un composé dérivé du glucose : le fluorodésoxyglucose (¹⁸F), ou ¹⁸F-FDG qui, du point de vue structural, est suffisamment proche du glucose pour être capté par les cellules mais inutilisable dans leurs métabolismes. Ce composé étant radioactif, les rayonnements émis sont alors captés et, suivant leur répartition dans l'organisme, produisent une image d'hyperfixation dans les lieux de haut métabolisme (par exemple : le cerveau, le cœur, les tumeurs).

Le principal trouble du métabolisme du glucose est le diabète sucré. Un autre trouble est l'hypoglycémie.

Pouvoir sucrant

Tablettes de glucose

Le glucose a un faible pouvoir sucrant, de 0,70 à 0,75. En comparaison, celui du saccharose vaut 1 (par convention), le glucose est donc bien moins utilisé que ce dernier dans l'industrie alimentaire pour ses qualités organoleptiques. Il est plutôt utilisé en tant qu'agent de charge (sous forme cristalline monohydratée ou de sirop concentré) et est également présent dans les sirops de glucose et de glucose-fructose (HFCS). Il est aussi ajouté dans certains produits que l'on trouve sur le marché (par exemple dans le dextro energy). Le glucose (dextrose) est aussi utilisé dans l'industrie alimentaire pour sa capacité à diminuer l'activité de l'eau (un effet conservateur donc).

Propriétés optiques

Tautomères du D-glucose
Forme linéaire	Projection de Haworth
0,5 %	α-D-glucofuranose <0,5 %	β-D-glucofuranose <0,5 %
	α-D-glucopyranose 35 %	β-D-glucopyranose 65 %

Comme tous les oses, le glucose possède des carbones asymétriques. Ils sont au nombre de 4 (carbones numéros 2, 3, 4 et 5)^[7] et lui confèrent un pouvoir rotatoire (le glucose est dit optiquement actif), c'est-à-dire qu'il est capable de dévier le plan d'une lumière polarisée incidente. Le stéréo-isomère naturel du glucose est le D-Glucose (voir chiralité).

Les solutions pures de α-D-glucopyrannose et de β-D-glucopyrannose ont respectivement un pouvoir rotatoire de 112,2° et de 18,7° (en solution dans l'eau à 20 °C). Toutefois ces solutions ne sont pas stables et un équilibre tautomère se fait rapidement avec la composition suivante :

• 35 % d'α-D-glucopyranose ;
• 65 % de β-D-glucopyranose ;
• 0,5 % de D-glucose linéaire.

Le pouvoir rotatoire vaut dès lors 52,7°. Ce dernier étant positif, le D-glucose est dextrogyre.

Propriétés chimiques

Cristallisation

Les solutions concentrées de glucose (> 30 %) cristallisent spontanément à température ambiante. Le glucose sous forme cristalline, est vendu sous l'appellation de "dextrose" pour éviter toute confusion avec les sirops de glucose, et se trouve sous forme monohydratée. Les solutions de dextrose sont produites industriellement par une hydrolyse totale d'empois d'amidon. L'hydrolyse est réalisée à chaud par des systèmes enzymatiques combinant alpha et bêta amylases.

Réactions en milieu acide

En présence d'un acide dilué, le glucose ne réagit pas, c'est un ose, il n'est pas hydrolysable.

En milieu acide concentré et chaud, le glucose subit une déshydratation et condensation avec l'α-naphtol (réactif de Molisch), ce qui le colore. Le glucose se cristallise.

En milieu alcalin

L'ammoniaque accélère la mutarotation.

En présence de soude diluée, il y a formation d'un ènediol (instable) qui produit (figure 5) :

• du fructose par isomérisation ;
• du mannose par épimérisation.

En milieu basique concentré, le glucose est oxydé. Ces réactions sont complexes et non stœchiométriques (dosage par la méthode de Bertrand).

Propriétés de la fonction aldéhyde

• La réduction du glucose donne du sorbitol.
• L'oxydation du glucose donne de l'acide gluconique.

Le glucose est un glucide réducteur, il est capable de réduire :

• les ions métalliques :
  • l'ion mercure(II) (réaction de Baudoin-Lewin) : Hg²⁺ + Glc → Hg + produits d'oxydation,
  • l'ion fer(III) (réaction d'Hagedorn-Jensen) : Fe³⁺ + Glc → Fe²⁺ + produits d'oxydation,
  • l'ion argent (réaction de Tollens) : Ag⁺ + Glc → Ag + produits d'oxydation,
  • l'ion cuivre(II) (réaction de Fehling) : Cu²⁺ + Glc → Cu₂O + produits d'oxydation ;
• les composés organiques :
• le 3,5-dinitrosalicylate (composé jaune) est réduit en 3-amino-5-nitrosalicylate (composé rouge), ce qui permet le dosage du glucose et des autres glucides réducteurs.

La réaction de Fehling est utilisée dans la méthode de Bertrand. Le précipité d'oxyde de cuivre(II) est redissous puis dosé.

La réaction de Maillard est une réaction (liaison) des sucres réducteurs - dont le glucose - sur les protéines, plus précisément sur les acides aminés.

Propriétés de la fonction alcool primaire

Cette fonction est portée par le carbone 6, son oxydation donne de l'acide glucuronique si la fonction aldéhyde a été protégée en la combinant à autre chose.

L'acide nitrique à chaud oxyde les deux fonctions terminales du glucose des carbones 1 et 6 et forme un acide aldarique (diacide carboxylique) : l'acide glucarique.

Dosages du glucose

Flacons avec glucose 5 %

Polarimétrie

Le glucose ayant un pouvoir rotatoire, il peut être dosé par polarimétrie. Le pouvoir rotatoire d'une solution est proportionnel à la concentration en glucose. Cette méthode est utilisée en médecine, les diabétiques contrôlent leur glycémie par cette méthode.

Réfractométrie

Cette méthode consiste à mesurer l'indice de réfraction d'une solution aqueuse sucrée à l'aide d'un réfractomètre, sachant que l'indice de la solution dépend de la concentration en sucre. Cette méthode est utilisée dans la fruiticulture et viticulture pour mesurer le taux de sucre des fruits.

Dosage par la glucose oxydase

Cette méthode enzymatique utilise une enzyme (figure 6) : la glucose oxydase (extraite d'Aspergillus niger). Le glucose est oxydé par le dioxygène de l'air en gluconolactone (puis en acide gluconique) avec production d'eau oxygénée. C'est cette dernière qui sera en fait dosée par colorimétrie. En présence d'une peroxydase, elle oxyde un chromogène réduit dont l'absorbance est mesurée avec un spectrophotomètre. Le chromogène pourrait être du phénol et de la 4-aminophénazone oxydé en quinone-imine. Dans d'autres techniques, l'eau oxygénée est oxydée au niveau d'une électrode (le courant produit est proportionnel à la concentration de glucose).

Cette méthode est utilisée en biochimie médicale pour mesurer la glycémie sur plasma.

Citation

« C'est une belle structure en anneau, un hexagone presque régulier, qui est cependant soumis à des échanges et équilibres difficiles avec l'eau dans laquelle il est dissous [...] Et si quelqu'un voulait vraiment demander : pourquoi un anneau et pourquoi soluble dans l'eau, eh bien, qu'il se tranquillise, ce sont là de ces questions, pas très nombreuses, auxquelles notre science est capable de répondre. » Primo Levi, Le système périodique, 1975.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Solution de glucose
• Glucide
• Glycolyse
• Néoglucogenèse
• Sirop de glucose-fructose

Liens externes

• Fiches internationales de sécurité chimique : Dextrose (ICSC : 0865), sur training.itcilo.it
• (en) Compound: C00031 Database, sur genome.ad.jp

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