Glucose

Structure

Le glucose (synonyme dextrose lorsqu'il s'agit de D-glucose) est un ose simple et plus particulièrement un aldohexose. Il présente la même formule brute que ses isomères, en particulier le mannose ou le fructose : C₆H₁₂O₆. La masse molaire du glucose est de 180,156 g/mol.

Image:D-glucose fischer 0.png|Figure 1 : D-glucose, représentation de Fischer image:glucose.jpg|Figure 2 : Représentation « chaise » de l'α-D-glucopyrannose Image:D-glucopyrannose.png|Figure 3 : Représentation d'Haworth du D-glucopyrannose Image:Beta-D-glucose-3D-sticks.png|Figure 4 : Représentation tridimensionnelle (rouge : oxygène ; gris : carbone ; blanc : hydrogène).

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

Le glucose cristallise sous forme pyrannique. Il est appelé glucopyrannose (figure 2 et 3).

Métabolisme

Contrairement au saccharose, il est directement assimilable par l'organisme, dont c'est un carburant essentiel, notamment pour le cerveau. L'énergie contenue dans une mole de glucose est de 2 871 kJ.

Les nouvelles techniques d'imagerie médicale permettent une appréciation de la topologie du métabolisme cellulaire. En tomographie à émission de positon, on utilise pour cela un composé dérivé du glucose : le fluorodésoxyglucose ou ¹⁸F-FDG qui, d'un aspect 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...).

Pouvoir sucrant

Tablettes de glucose

Le glucose a un faible pouvoir sucrant de 75 contrairement à celui du saccharose qui est de 100, il est donc bien moins utilisé que ce dernier dans l'industrie alimentaire pour ses qualités organoleptiques. Il est plutôt utilisé sous forme de sirop de glucose ou isoglucose. Pour information le pouvoir sucrant du glucose (75) est supérieur à celui du sorbitol (50) et inférieur à celui du maltitol (90) ; par comparaison, le pouvoir sucrant de l'aspartame (un dipeptide) est de 200

Propriétés optiques

Comme tout les oses, le glucose possède des carbones asymétriques. Ils sont au nombre de 4 (numéros 2, 3, 4 et 5) 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). Ceci rend possible un dosage par polarimétrie, les diabétiques contrôlent leur glycémie de cette façon.

En viticulture, on préfère utiliser la réfraction de la lumière (réfractométrie).

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-glucopyrannose
65 % de β-D-glucopyrannose
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

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 alors se cristalise.

En milieu alcalin

L'ammoniaque accélère la mutarotation.

En présence de soude diluée, il y a formation d'un ènediol (instable) qui produit (figure 4) :

Du fructose par isomérisation ;
Du mannose par épimérisation.

Figure 4 : réaction d'isomérisation/épimérisation du glucose

En milieu alcalin concentré, le glucose est oxydé. Ces réactions sont complexes et non stoechiométriques (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 (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) 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 redissout puis dosé.

Propriétés de la fonction alcool primaire

Cette fonction est portée par le carbone n° 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 et forme un diacide carboxylique : l'acide glucarique.

Dosages du glucose

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.

Dosage par la glucose oxydase

Cette méthode enzymatique utilise une enzyme (figure 5) : la glucose oxydase (extraite d'Aspergillus niger). Le glucose est oxydé par le dioxygène en gluconolactone (puis acide gluconique) et 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 au spectrophotomètre. Le chromogène pourrait être du phénol et de la 4-aminophénazone oxydé en quinone-imine. Dans d'autres techniques, l'eau oxygénée est oxydé 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 tranquilise, ce sont là de ces questions, pas très nombreuses, auxquelles notre science est capable de répondre. » Primo Levi, Le système périodique, 1975.