કાર્બોહાઇડ્રેટ (રસાયણશાસ્ત્ર)

કાર્બોહાઇડ્રેટ (રસાયણશાસ્ત્ર) : શર્કરા, સેલ્યુલોઝ અને સ્ટાર્ચ જેવાં કુદરતમાં મળી આવતાં કાર્બનિક સંયોજનોનો એક સમૂહ. તેઓનું સામાન્ય સૂત્ર Cx(H₂O)y છે; જ્યાં x = 3, 4…, y = 3, 4… હોય છે. પૃથ્વી ઉપર જે કાર્બનિક દ્રવ્યો છે તેમાં કાર્બોહાઇડ્રેટ વિશેષ પ્રમાણમાં હોય છે. વનસ્પતિના શુષ્ક દ્રવ્યમાં ત્રણચતુર્થાંશ ભાગ તેનો હોય છે. બધી વનસ્પતિમાં અને પ્રાણીજગતની ઘણી જાતોમાં તેનું અસ્તિત્વ હોય છે. સામાન્યત: તેનાં ત્રણ કાર્યો છે : (ક) સંરચનાત્મક આધાર, (ખ) અનામત ખોરાક-સંચય અને (ગ) ચયાપચયિક (metabolisable) ઊર્જાનો સ્રોત. બધી વનસ્પતિની કોષદીવાલમાં સેલ્યુલોઝ હોય છે. તે પ્રમાણે ક્રસ્ટેશિયા (જિંગાlobster, મૃદુકાય – molluse), સંધિપાદ(arthro-pods – વંદા)ના બહિ:કંકાલમાં અને ફૂગ (fungi), યીસ્ટ અને શેવાળ (algae) જેવી નિમ્નતર સ્વરૂપની વનસ્પતિમાં કાઇટિન હોય છે.

વનસ્પતિમાં પ્રકાશ-સંશ્લેષણથી કાર્બોહાઇડ્રેટ ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રવિધિમાં કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ અને પાણીમાંથી લીલાં પાનમાં રહેલા નીલકણો (chloroplast) ઉત્સેચક (enzyme) વડે ઉદ્દીપ્ત થતી પ્રક્રિયાશ્રેણી દ્વારા ગ્લુકોઝ યાને શર્કરા બનાવે છે.

આ રીતે સૂર્યની ઊર્જા કાર્બનિક દ્રવ્યમાં બંધાઈ જાય છે. ઉત્સેચક પ્રક્રિયાઓની શ્રેણી મારફત જ્યારે શર્કરા ચયાપચયિત થાય છે ત્યારે કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ મુક્ત થાય છે અને ઊર્જા બહાર પડે છે.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O ± 6,86,000 કૅલરી

કાર્બોહાઇડ્રેટના ત્રણ વર્ગ પાડવામાં આવ્યા છે : મૉનૉસૅકેરાઇડ, ઓલિગોસૅકેરાઇડ અને પૉલિસૅકેરાઇડ. મૉનૉસૅકેરાઇડ કાર્બોહાઇડ્રેટના પાયાના રચના-એકમો છે અને સાદા જલવિઘટનથી તેને નાના એકમોમાં અલગ કરી શકાતા નથી. 2-10 બહુલીકરણ આંક, ડી.પી. (degree of polymerisation, DP) હોય એવા ગ્લાયકોસાઇડિક બંધોથી જોડાયેલા મૉનૉસૅકેરાઇડમાંથી ઓલિગોસૅકેરાઇડ બને છે. પૉલિસૅકેરાઇડ 10થી વધારે ડી.પી. ધરાવતા શર્કરા-એકમોવાળો બહુલક છે. જોકે ઘણાખરા પૉલિસૅકેરાઇડની ડી.પી. 80-100 એકમો હોય છે. કેટલાક કુદરતમાં મળતા પૉલિસૅકેરાઇડને ઘણું ઊંચું ડી.પી. હોય છે; દા.ત., સેલ્યુલોઝ (~ 3000 એકમો).

નામકરણ (nomenclature), ત્રિવિમરસાયણ (stereo chemistry) અને સંરચના (structure) : કાર્બોહાઇડ્રેટ, ∝-હાઇડ્રૉક્સિ આલ્ડિહાઇડ અથવા કીટોન હોય છે અને તેમાં ઓછામાં ઓછું એક કિરાલ (chiral) – હસ્તસદૃશ – કેન્દ્ર હોય છે. (હસ્તસદૃશ એટલે કે બે હાથ જેવું, જે એકબીજાનાં દર્પણ-પ્રતિબિંબ છે પણ એકબીજા ઉપર અધ્યારોપિત થઈ શકતાં નથી.) આથી કાર્બોહાઇડ્રેટ પ્રકાશક્રિયાશીલતા (optical activity) દર્શાવે છે. કાર્બોહાઇડ્રેટનું સામાન્ય સૂત્ર Cx(H₂O)yને મળતું આવે છે. આ તથ્ય પહેલાંના રસાયણજ્ઞોએ જાણ્યું હતું અને તેથી ‘કાર્બનના હાઇડ્રેટ’ ઉપરથી ‘કાર્બોહાઇડ્રેટ’ નામ ઘડી કાઢ્યું હતું. હવે કાર્બોહાઇડ્રેટની આ વ્યાખ્યા વિસ્તારાઈ છે; અને જે સંયોજનો પ્રાથમિક કાર્બોહાઇડ્રેટમાંથી બન્યાં હોય તેનો પણ તેમાં સમાવેશ કરાયો છે. આમ જો આલ્ડિહાઇડ સમૂહ કાબૉર્ક્સિલ સમૂહમાં ઉપચયિત (oxidised) થાય અથવા આલ્કોહૉલમાં અપચયિત (reduced) થાય તો બનેલા પદાર્થો પણ કાર્બોહાઇડ્રેટ ગણાય છે.

શર્કરાનાં પ્રક્ષેપ-સૂત્રો (projection formula) એમિલ ફિશરની પ્રથા મુજબ લખાય છે. તેમાં કાર્બન-શૃંખલા કાગળના સમતલમાં પડેલી અને પ્રતિસ્થાપીઓ (substituents : H, OH) કાગળના સમતલમાંથી પ્રક્ષેપિત થયેલાં મનાય છે; અને સમગ્ર અણુને ઉપરથી જોવામાં આવે છે. આ રીતથી H અને OH સમૂહનાં સ્થાનોને નામ અપાય છે. એટલે કે પ્રતિસ્થાપી જમણી બાજુ છે કે ડાબી બાજુ છે એમ જોવાય છે. આલ્ડિહાઇડ-કાર્બનનું 1 સ્થાન ગણી ઉપાન્ત્ય કાર્બન ઉપર પ્રતિસ્થાપીઓ જે સ્થાન ધારણ કરે છે તેના આધારે શર્કરાના D અને L વિન્યાસ નિશ્ચિત થાય છે. પ્રક્ષેપ-સૂત્રમાં જો ઉપાન્ત્ય કાર્બન ઉપર OH સમૂહ જમણી તરફ હોય તો તેને D નામ અપાય છે અને જો ડાબી તરફ હોય તો વિન્યાસ L કહેવાય છે. D અને L કેવળ વિન્યાસદર્શી પૂર્વગો (configurational prefixes) છે. પ્રકાશઘૂર્ણનની દિશાનો પ્રકાર + અને – ચિહ્નો દ્વારા નિરૂપિત થાય છે. જમણી બાજુ(દક્ષિણાવર્ત, dextro)ના ઘૂર્ણન + અથવા d સંજ્ઞા તથા ડાબી બાજુ(વામાવર્ત, laevo)ના ઘૂર્ણન માટે – અથવા ℓ સંજ્ઞા વપરાય છે. D અને L સંજ્ઞાઓને ખોટી રીતે d અને ℓ સંજ્ઞાઓ સાથે ભેળવી દેવાય નહિ તે લક્ષમાં રાખવું જરૂરી છે. આમ કાર્બોહાઇડ્રેટ અથવા તેમનાં વ્યુત્પન્નોનું પૂર્ણ વર્ણન કરવા માટે વિન્યાસ અને પ્રકાશઘૂર્ણનની દિશાનાં ચિહ્નો લખવાં જોઈએ; દા. ત., D (+ અથવા d) – ગ્લુકોઝ અને (+ અથવા d) – એરેબિનોઝ. જરૂર પડ્યે વાસ્તવિક ઘૂર્ણનની માત્રા આંકડા વડે દર્શાવાય છે; દા. ત., D (+) – ગ્લુકોઝના તાજા દ્રાવણનું વિશિષ્ટ ઘૂર્ણન ∝ = 113^o છે. ગ્લિસરાલ્ડિહાઇડ એ સાદામાં સાદો આલ્ડોઝ છે. તે એક અસમમિત (asymmetric) કાર્બન ધરાવે છે તેથી તેના બે પ્રકાશ-ક્રિયાશીલ સમઘટકો યાને પ્રતિબિંબરૂપો (enantiomers) શક્ય બને છે.

આ જ રીતે આલ્ડોટેટ્રોઝને – જેમાં બે અસમમિત કાર્બન પરમાણુઓ છે – 4 સમઘટકો હોય છે. આલ્ડોપેન્ટોઝ અને આલ્ડોહેક્સોઝને અનુક્રમે 8 અને 16 સમઘટકો હોય છે. D-ગ્લુકોઝ, આલ્ડોહેક્સોઝ એક કુદરતમાં ઉપસ્થિત થતી સૌથી સામાન્ય શર્કરા છે અને તે દ્રાક્ષ અને બીજાં ઘણાં ફળોમાં હોય છે. સૌથી પહેલાં તે દ્રાક્ષમાંથી પ્રાપ્ત થયેલ એટલે તેને કેટલીક વાર દ્રાક્ષ-શર્કરા કહે છે. વનસ્પતિ અને પ્રાણીમાં D-ગ્લુકોઝ કાર્બોહાઇડ્રેટ ચયાપચયનું કેન્દ્ર છે. એમ્બડન અને મેયરહૉફ, કોરી અને અન્યના વિસ્તૃત અભ્યાસે બતાવ્યું છે કે ગ્લાયકોજેન અને સ્ટાર્ચ જેવી સંચાયક કાર્બોહાઇડ્રેટ ઊપજો D-ગ્લુકોઝનાં વ્યુત્પન્નોમાં અવક્રમિત થાય છે અને ત્યારપછી ઊર્જાની મુક્તિ સાથે કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ અને પાણીમાં પરિણમે છે. તે જ પ્રમાણે કાર્બોહાઇડ્રેટ બહુલક અને અન્ય શર્કરાના સંશ્લેષણમાં કાર્બોહાઇડ્રેટનાં વ્યુત્પન્નો અને ઉત્સેચકો મધ્યસ્થીઓ તરીકે વર્તે છે. જે અવક્રમણ અને સાંશ્ર્લેષિક પ્રક્રમમાં ભાગ લે છે એવા D-ગ્લુકોઝનાં ખૂબ અગત્યનાં વ્યુત્પન્નો પૈકી ગ્લુકોઝ – ફૉસ્ફેટ અને એડેનોસાઇન ટ્રાઇફૉસ્ફેટ (એ.ટી.પી.) જેવા ન્યુક્લિયોટાઇડ છે.

ગ્લુકોઝનું સૂત્ર (C₆H₁₂O₆) અને તેની કેટલીક ક્રિયાઓ દ્વારા તે હાઇડ્રૉક્સિ-આલ્ડિહાઇડ છે એમ સૂચિત થાય છે. છતાંય ગ્લુકોઝ અને અન્ય શર્કરાઓ મુક્ત આલ્ડિહાઇડની કેટલીક વિશિષ્ટ ક્રિયાઓ પ્રદર્શિત કરતા નથી. આમ ગ્લુકોઝ શિફ-પ્રક્રિયક(Schiff’s reagent)ને અપચિત કરતો નથી તેમજ ઍસિડયુક્ત મિથેનોલ સાથે ડાઇમિથિલ એસેટલ પણ બનાવતો નથી. ઉપરાંત ગ્લુકોઝ અને બીજી અપચાયક (ફેહ્લિંગ દ્રાવણ સાથે) શર્કરાઓ પરિવર્તી-ઘૂર્ણન (mutarotation) દર્શાવે છે – એટલે કે સ્ફટિકીય સ્વરૂપોનાં જલીય દ્રાવણ કર્યા પછી તેને સાચવી રાખવામાં આવે તો પ્રકાશીય ઘૂર્ણન પરિવર્તન પામે છે. આ અને અન્ય તથ્યો ઉપરથી વિજ્ઞાનીઓએ શર્કરા માટે ચક્રીય સંરચનાની કલ્પના કરી. આલ્ડિહાઇડ સમૂહ અને હાઇડ્રૉક્સિલ સમૂહની અંતરઅણુક પારસ્પરિક ક્રિયાને લીધે વલય બને છે એમ સૂચવ્યું. આવાં ચક્રીકરણ(cyclisation)થી 5 અથવા 6 સભ્યવાળું સ્થાયી વલય બને છે.

આવા પ્રકારનો વલય-બંધ, જે હવે અસમમિત બન્યો છે તેવા C-ℓ આગળ, હેમીએસેટેલ સમૂહ પેદા કરે છે તેમાંથી બે સમઘટકો (α અને β, અપ્રતિબિંબ સમઘટકો, diastereo-isomers) પરિણમે છે, જેને એનોમર પણ કહે છે. 1920 અને 1930ના દાયકામાં શર્કરા અને તેના મિથિલ ગ્લાયકોસાઇડનાં વલયનાં કદ વિશે મતભેદ હતો. પરંતુ મિથિલીકરણયુક્ત વિશ્લેષણની રીતો (હાવર્થ અને હર્સ્ટ) અને પર-આયોડેટ ઑક્સીકરણનું શ્રેષ્ઠ સાધન (હડ્સન) વાપરીને એમ સિદ્ધ કર્યું કે ઉષ્માગતિક ર્દષ્ટિએ શર્કરાનું સ્થાયી સ્વરૂપમાં 6 સભ્યોવાળું વલય (પાઇરેન) હોય છે. જોકે પાંચ સભ્યવાળું વલય (ફ્યુરેન) અને આલ્ડિહાઇડ સ્વરૂપ દ્રાવણમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે.

ફિશરના પ્રક્ષેપસૂત્રમાં કેટલીક મુશ્કેલીઓ અનુભવવામાં આવી. ખાસ કરીને તે અણુનો આકાર રજૂ કરી શકતું ન હતું. તેથી હાવર્થે સંદર્શ(perspective)-સૂત્ર પેશ કર્યું, જેમાં વલય-સમભુજ ષટ્કોણ અથવા પંચકોણ – ક્ષૈતિજ (horizontal) સમતલમાં હોય છે અને વલયનો ઑક્સિજન જોનારથી દૂર પડેલો હોય છે. જોકે હાવર્થસૂત્ર ફિશરના પ્રક્ષેપસૂત્ર ઉપર અવશ્ય સુધારો તો હતો, છતાંય તે અણુનો ત્રિવિમ આકાર નિરૂપિત કરતું નથી. આ ક્ષતિ દૂર કરવા માટે શર્કરાના પાઇરેનોઝ વલયને સાઇક્લોહેક્ઝેનના વિકૃતિરહિત ખુરશી-સંરૂપણ (chair-conformation) મુજબ વિચારવામાં આવ્યું. દરેક શર્કરા માટે બે સંરૂપણ હોઈ શકે :

એક સંરૂપણ એવું હોય છે કે શર્કરાના અણુ-વલય ઉપર ઘણાંખરાં પ્રતિસ્થાપી નિરક્ષીય (equatorial) સ્થિતિમાં હોય છે અને બીજું સંરૂપણ એવું હોય છે, જેમાં પ્રતિસ્થાપીઓ વધારે સંખ્યામાં અક્ષીય (axial) સ્થિતિમાં પડેલાં હોય છે. દ્વિતીય સ્થિતિમાં બંધહીન પારસ્પરિક ક્રિયા થાય છે અને તેથી બીજું સંરૂપણ ઊર્જાની ર્દષ્ટિએ અસ્થાયી બને છે. α-D-ગ્લુકોઝનાં ઉપર નિર્દેશેલાં બે સંરૂપ પૈકી 4C₁ (રીવ્ઝના મત મુજબ C₁), 1C₄ (અથવા 1C) કરતાં વધારે સ્થાયી છે. છેવટના સંરૂપણમાં C₁ ઉપરના OH સમૂહ સિવાય બધા OH સમૂહો અક્ષીય છે, પણ C₁ ઉપરના અક્ષીય Hની C₅ ઉપરના હાઇડ્રૉક્સિમિથિલ સમૂહ સાથે બંધન-રહિત પારસ્પરિક ક્રિયા થાય છે. ઍક્સ-કિરણ વિવર્તન અને એન.એમ.આર. વર્ણપટના અભ્યાસ ઉપરથી સાબિત થયું છે કે ગ્લુકોઝનું 4C₁ સંરૂપ સૌથી વધારે સ્થાયી છે. હેસલ અને ઓટારે અસ્થાયિત્વનાં કારણો લક્ષમાં લઈને બધા આલ્ડોહેક્સોઝનાં સર્વ સ્થાયી ખુરશી-સંરૂપણો નક્કી કર્યાં છે.

શર્કરાની પ્રક્રિયાઓ : દ્રાવણમાં શર્કરા પાંચ સંરચનાઓમાં હયાત હોય છે અને તેનો વ્યાપ તેમનાં સાપેક્ષ સ્થાયિત્વ ઉપર આધાર રાખે છે.

તેથી, અનાવરિત આલ્ડિહાઇડ સમૂહ સ્વરૂપે અને બબ્બે α અને β પાઇરેનોઝ અને ફુરેનોઝ સ્વરૂપે શર્કરા પ્રક્રિયા કરી શકે છે. આમ શર્કરામાં C₁ અને અન્ય સ્થાનો ઉપરના OH સમૂહ સાથે પ્રક્રિયાનો વિચાર કરવાનું અનુકૂળ થશે.

1. C₁ ઉપર પ્રક્રિયાઓ : C₁ ઉપર બે પ્રકારની પ્રક્રિયા થાય છે. એકમાં મુક્ત આલ્ડિહાઇડ તરીકે અને બીજામાં C₁ ઉપરનો OH સમૂહ હેમીએસેટલ તરીકે હોય એમ શર્કરા વર્તશે. આમ D-ગ્લુકોઝ બ્રોમીન જળથી D-ગ્લુકોનિક ઍસિડમાં ઉપચિત થાય છે. (R-CHO  RCOOH) અને સોડિયમ બોરોહાઇડ્રાઇડ(NaBH₄)થી D-ગ્લુસિટોલમાં અપચિત થાય છે (R-CHO RCH₂OH) જ્યારે D-ગ્લુકોઝ ઉપર મિથેનોલિક હાઇડ્રોજન ક્લૉરાઇડની પ્રક્રિયા થાય છે ત્યારે ચાર ગ્લુકોસાઇડો – નામે મિથિલ α-D-ગ્લુકો-પાઇરેનોસાઇડ, મિથિલ β-D-ગ્લુકોપાઇરેનોસાઇડ, મિથિલ α-D-ગ્લુકોફ્યુરેનોસાઇડ અને મિથિલ β-D-ગ્લુકોફ્યુરેનો સાઇડ – મળે છે અને તેમનું પ્રમાણ પ્રક્રિયાના સંજોગો ઉપર આધાર રાખે છે. ગ્લાઇકોસાઇડીકરણ પ્રક્રિયામાં આંતરિક હેમીએસેટલનું એસેટલમાં રૂપાંતરણ થાય છે એ ખ્યાલમાં રાખવું ઘટે.

2. અન્ય કાર્બન પરમાણુઓ ઉપર પ્રક્રિયાઓ : આલ્ડોહેક્સોઝનાં વલય રૂપમાં C₁ ઉપરના OH સમૂહ પર થતી પ્રક્રિયા ઉપરાંત બીજા ચાર OH સમૂહો હોય છે – જે પૈકી એક પ્રાથમિક અને અન્ય ત્રણ દ્વિતીયક છે. C₆ આગળનો પ્રાથમિક સમૂહ ત્રિવિમ વિન્યાસની ર્દષ્ટિએ અબાધિત છે તે કારણે સહેલાઈથી તેને પહોંચી શકાય છે અને તે પ્રક્રિયકો સાથે ખૂબ ક્રિયાશીલ છે. ટ્રાઇફિનાઇલ-મિથિલ (ટ્રાઇટિલ) ક્લોરાઇડ જેવા કેટલાક પ્રક્રિયકો માત્ર C₆OH સમૂહ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે. આમ શર્કરાના હાઇડ્રૉક્સિ-મિથિલ સમૂહને અવરોધિત (blocking) અને અનવરોધિત (deblocking) કરવા માટે ટ્રાઇટિલ સમૂહનો ઉપયોગ થાય છે. ટ્રાઇટિલ સમૂહ ઍસિડ પ્રત્યે ઘણો સંવેદનશીલ છે.

ગ્લુકોઝ અને અન્ય શર્કરામાં સાપેક્ષ ક્રિયાશીલતા સમૂહની ઍસિડિકતા તેમજ તેની ત્રિવિમ વિન્યાસી આવશ્યકતા ઉપર આધાર રાખે છે. આમ C₂OH અધિકતમ ઍસિડિક છે અને C₆OH અધિકતમ સુલભ છે. પૉલિસૅકેરાઇડમાં વધારે ગૂંચવણ ઊભી થાય છે, કારણ કે અંત:શૃંખલા અને અંતરાશૃંખલા H-બંધો OH સમૂહોની ક્રિયાશીલતાને અસર કરે છે. મિથિલ ઈથરો – જે ઍસિડ આલ્કલી પરત્વે સ્થાયી છે – કાર્બોહાઇડ્રેટની સંરચનાના અભ્યાસમાં અતિશય વપરાય છે. એકલકી (monomeric) કાર્બોહાઇડ્રેટમાં OH સમૂહની આલ્ડિહાઇડ અને કીટોન સાથે પ્રક્રિયા કરીને અનુક્રમે એસેટલ અને કીટલ મેળવીને વરણાત્મક (preferential) અવરોધ થઈ શકે છે. આ પ્રક્રિયામાં રસપ્રદ પાસું એ છે કે બે OH સમૂહો એક જ આલ્ડિહાઇડિક અથવા કીટોનિક કાર્બન સાથે જોડાય છે. આ બંધો ઉપર મંદ ઍસિડ અસર કરે છે અને તેથી વિશિષ્ટ વ્યુત્પન્નોના સંશ્ર્લેષણમાં આવા પ્રકારનું રૂપાંતર વપરાય છે; દા.ત., જ્યારે મિથિલ α-D-ગ્લુકોપાઇરેનોસાઇડ સાથે બેન્ઝાલ્ડિહાઇડની પ્રક્રિયા થાય છે ત્યારે 4-6-0-બેન્ઝિલિડીન વ્યુત્પન્ન બને છે. આનું મિથિલ આયોડાઇડ અને સિલ્વર ઑક્સાઇડથી મિથિલીકરણ કરવાથી જે પદાર્થ મળે તેના ઉપર મંદ ઍસિડ અથવા હાઇડ્રોજનીકરણનો ઉપચાર કરવાથી મિથિલ 2, 3-ડાઇ-O-મિથિલ α-D-ગ્લુકોપાઇરેનોઝ પ્રાપ્ત થાય છે. તે મુજબ જો D-ગ્લુકોઝ ઉપર ઍસિટોન અને તીવ્ર ઍસિડ ઉત્પ્રેરકનો ઉપચાર થાય તો 1, 2 : 5, 6-ડાઇ-O-આઇસો-પ્રોપિલિડીન-D-ગ્લુકોફ્યુરેનોઝ બને છે. મિથિલીકરણ અને ત્યારબાદ જલીય ઍસિડથી જળવિઘટન કરવાથી 3-O-મિથિલ-D-ગ્લુકોઝ પ્રાપ્ત થાય છે.

પૉલિહાઇડ્રૉક્સિ સંયોજનોમાં જેની ક્રિયાશીલતા વિશિષ્ટ છે એવા સોડિયમ પર-આયોડેટ સાથે પ્રક્રિયા કરીને કાર્બોહાઇડ્રેટની સંચના વિશે માહિતી મેળવી શકાય છે. 1-O-મિથિલ ટેટ્રિટોલના ઉદાહરણથી આ પ્રક્રિયા રજૂ કરી છે.

પૉલિહાઇડ્રૉક્સિ સંયોજનો તરીકે કાર્બોહાઇડ્રેટ જ્યારે ઍસિડ એન્હાઇડ્રાઇડ અથવા ઍસિડ ક્લૉરાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે ત્યારે એસ્ટર બને છે. સામાન્ય એસ્ટરો પૈકી કેટલાક એસ્ટરો જે કાર્બોહાઇડ્રેટના લક્ષણાંકનમાં વપરાય છે તેનાં નામો એસેટેટ, બેન્ઝોએટ અને પેરા-ટોલ્યુઇન સલ્ફોનેટ (ટોસિલ) છે. જોકે એસેટેટ અને બેન્ઝોએટ એસ્ટર એવા છે કે તે એકના એક અણુમાં પોતાનાં સ્થાન બદલે છે અને તેથી કાર્બોહાઇડ્રેટના સંશ્લેષણમાં મધ્યવર્તી તરીકે યોગ્ય નથી. બીજે પક્ષે ટોસિલ વ્યુત્પન્નો અમૂલ્ય છે, કારણ કે તેઓ વરણાત્મક અવરોધ માટે વપરાય છે અને સહેલાઈથી વ્યુત્પન્નમાંથી બહાર કાઢી શકાય છે અને ઇપોક્સિ સંયોજનો મળે છે.

ઓલિગોસૅકેરાઇડ : કુદરતમાં મોટી સંખ્યામાં ઓલિગોસૅકેરાઇડ હયાત છે. પરંતુ ડાઇસૅકેરાઇડ અધિકતમ વિપુલ જથ્થામાં મળે છે. સુક્રોઝ (α-D-ગ્લુકોપાઇરેનોસિલ -β-D-ફ્રુક્ટોફ્યુરેનોસાઇડ) – સામાન્ય ખાંડ  ખૂબ વ્યાપક છે અને વિભિન્ન ફળોમાં અને છોડના અન્ય ભાગોમાંથી પણ તે મળે છે. વ્યાપારી ર્દષ્ટિએ ખાંડ શેરડીના રસમાંથી અને બીટ કંદમાંથી નિષ્કર્ષિત થાય છે. વિસ્તરિત હસ્તી ધરાવતો બીજો ડાઇસૅકેરાઇડ લૅક્ટોઝ (4-O-β-D- ગેલેક્ટોપાઇરેનોસિલ-D-ગ્લુકોઝ) છે. તે સસ્તન પ્રાણીઓના દૂધમાં હોય છે.

ડાઇસૅકેરાઇડ અને ઉચ્ચતર સૅકેરાઇડનાં સંશ્લેષણ તરફ રસાયણજ્ઞોનું ધ્યાન લાંબા સમયથી ખેંચાયેલું રહ્યું છે. તેનો મુખ્ય હેતુ કુદરતી રીતે હયાત ડાઇસૅકેરાઇડની સંરચના સાબિત કરવાનો રહ્યો છે.

તાજેતરમાં ડાઇસૅકેરાઇડ અને ઓલિગોસૅકેરાઇડનું સંશ્લેષણ કરીને કોશ-જીવશાસ્ત્રમાં ક્રિયાશીલતા કેવી છે તે ચકાસવાનો રસ જાગ્યો છે. કોનિંગ્સ-ક્નોરની પદ્ધતિથી ડાઇસૅકેરાઇડનું સંશ્લેષણ થાય છે. આ રીતમાં ગ્લાઇકોસિલ હેલાઇડ અને જે જગ્યાએ જોડાણ કરવાનું હોય તે સિવાયના બધા હાઇડ્રૉક્સિલ સમૂહો જેમાં અવરોધિત કરેલા હોય એવી અન્ય શર્કરા વચ્ચે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. સેલોબાયોઝ(4-O-β-D-ગ્લુકોપાઇરેનોસિલ -D-ગ્લુકોઝ)ના સંશ્લેષણથી આ રીતનું ઉદાહરણ દર્શાવ્યું છે.

પૉલિસૅકેરાઇડ : કાર્બોહાઇડ્રેટ જગતમાં પૉલિસૅકેરાઇડ મહત્તમ વર્ગ છે. પહેલાં જણાવ્યા મુજબ સૌથી વધુ વિપુલ કાર્બનિક સંયોજનો કાર્બોહાઇડ્રેટ-બહુલકોના રૂપમાં હયાત છે. તે પૈકી નોંધપાત્ર ઉદાહરણો સેલ્યુલોઝ અને સ્ટાર્ચ છે. પૉલિસૅકેરાઇડના ગુણધર્મો ઘટક શર્કરાના સ્વરૂપ, ડી.પી., આંતર-શર્કરાજોડાણ, દ્વિતીયક અને તૃતીયક ભૌતિક બંધની રચના અને અણુની ઘન અવસ્થામાં અને દ્રાવણમાં અસ્તિત્વ ધરાવતાં સંરૂપ ઉપર આધાર રાખે છે. પૉલિસૅકેરાઇડને રેખીય રચના (સેલ્યુલોઝ) અથવા શાખાવાળી શૃંખલા ધરાવતી રચના (એમિલોપેક્ટિન) હોઈ શકે છે. આનો આધાર આંતર-શર્કરાબંધનની પ્રકૃતિ ઉપર રહે છે. સામાન્ય રીતે, રેખીય પૉલિસૅકેરાઇડ આંશિક સ્ફટિકીય રચના ધરાવે છે અને પાણીમાં અદ્રાવ્ય હોય છે; પરંતુ શાખાવાળી શૃંખલા ધરાવતા પૉલિસૅકેરાઇડ પાણીમાં દ્રાવ્ય હોય છે. સેલ્યુલોઝ અને સ્ટાર્ચ સિવાય અન્ય અગત્યના પૉલિસૅકેરાઇડ ગુવાર-ગમ, બાવળનો ગુંદર, ગમઘાટ્ટી, કરાયા-ગમ, ઇસબગુલ, સોડિયમ આલ્જિનેટ, ડેક્સ્ટ્રાન (લ્યુકોનોસ્ટોક મેસેન્ટેરોઇડમાંથી) અને ઝેન્થાન (ઝેન્થોમોનાસ કેમ્પેસ્ટેરિસમાંથી) છે.

કાર્બોહાઇડ્રેટના ઔદ્યોગિક ઉપયોગો : કુદરતી રીતે મળતા કાર્બોહાઇડ્રેટ ઉપર આધાર રાખતા ઘણા ઉદ્યોગો સ્થપાયા છે. તેમાં ઉપયોગમાં લેતા પહેલાં જરૂર લાગે તો કાર્બોહાઇડ્રેટને નિષ્કર્ષિત કરી શુદ્ધ કરાય છે. શેરડીના રસમાં રહેલ ખાંડ મેળવવા માટે ખાંડના કારખાનામાં વિવિધ વિધિ કરવામાં આવે છે. રસમાંથી અશુદ્ધિઓ દૂર કરવી, રસનું સાંદ્રણ કરવું અને સાંદ્રિત રસને ઠંડો પાડી સ્ફટિક સ્વરૂપે ખાંડને પ્રાપ્ત કરવી એ વિધિનાં મુખ્ય સોપાન છે. તે પ્રમાણે કપાસના છોડ ઉપરથી કાલાં વીણી લઈ તેમાંથી કપાસને છૂટો કરાય છે. રૂ સિવાયની અશુદ્ધિઓને દૂર કરી ચોખ્ખા રૂ ઉપર કાંતણ અને વણાટ વિભાગમાં વિવિધ પ્રક્રમ દ્વારા કાપડ પ્રાપ્ત થાય છે.

કપાસિયા ઉપર ચોંટી રહેલા કાંતણ માટે બિનઉપયોગી રેસાઓ અથવા કાષ્ઠમાંથી મળતા લાકડાના માવામાંના સેલ્યુલોઝનું સોડિયમ કાબૉર્ક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝ, હાઇડ્રૉક્સિઇથિલ સેલ્યુલોઝ અને સૂક્ષ્મ સ્ફટિકીય સેલ્યુલોઝ જેવાં ઉપયોગી વ્યુત્પન્નોમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે. વિભિન્ન ઉદ્યોગોમાં આ બધાં સેલ્યુલોઝનાં વ્યુત્પન્નોનો બહોળો વપરાશ થાય છે.

સ્ટાર્ચ એક સર્વવ્યાપક પદાર્થ છે જે ઘણી વનસ્પતિમાં હયાત છે. અનાજનાં બીજ(મકાઈ, ચોખા, ઘઉં)માં, કંદ(બટાકા અને શક્કરિયાં)માં અને મૂળ(ટેપિયોકા અને આરારૂટ)માં તે હસ્તી ધરાવે છે. સ્ટાર્ચ બે પૉલિસૅકેરાઇડનું મિશ્રણ છે – એક ટૂંકી અને રેખીય શૃંખલાવાળો બહુલક (એમિલોઝ) અને બીજો શાખિત શૃંખલાવાળો બહુલક (એમિલોપેક્ટિન), જેનું ડી.પી. ઘણું ઊંચું હોય છે. આ બે બહુલકો એકબીજા સાથે ગાઢ રીતે ગૂંથાયેલા હોય છે, જેને લીધે સ્ટાર્ચ દાણાદાર આકાર ધારણ કરે છે. જુદા જુદા છોડ અને વનસ્પતિમાંથી મળેલ સ્ટાર્ચની કણિકાઓના આકાર અને કદ જુદાં જુદાં હોય છે. વાસ્તવમાં વનસ્પતિની જાતિ તેમના સ્ટાર્ચની લાક્ષણિક કણિકા ઉપરથી પારખી શકાય છે. કેટલાક પ્રાથમિક, દ્વિતીયક અને તૃતીયક ઉદ્યોગો સ્ટાર્ચ ઉપર આધાર રાખે છે. મૂળ સ્વરૂપે અથવા થોડે અંશે અવઘટિત (degraded) થયેલ સ્ટાર્ચ કાપડ-ઉદ્યોગમાં સૂતરને ખેળ કરવાના કામમાં અથવા કાપડને કડક પરિષ્કૃતિ (finish) આપવા વાસ્તે વપરાય છે. સ્ટાર્ચનાં કેટલાંક વ્યુત્પન્નો – જેવાં કે ધનાયનિક, હાઇડ્રૉક્સિમિથિલ અને ઉપચિત – કાગળ-ઉદ્યોગમાં જુદી જુદી વિધિમાં વપરાય છે. સ્ટાર્ચમાંથી બનાવેલ ડેક્સ્ટ્રિન ફાઉન્ડ્રીમાં બીબું ઢાળવા માટે વપરાતી રેતી કે અન્ય વસ્તુને બાંધવા માટે વપરાય છે. સ્ટાર્ચનું આંશિક જળવિઘટન કરવાથી D-ગ્લુકોઝ અને બીજા ઓલિગોસૅકેરાઇડનું મિશ્રણ મળે છે, જેને ‘પ્રવાહી ગ્લુકોઝ’ કહે છે. આનો બહોળો ઉપયોગ ખાટીમીઠી ગોળીઓ, ચૉકલેટ વગેરે બનાવવામાં થાય છે.

જ્યારે કેવળ ઍૅસિડ, ઍસિડ-ઉત્સેચક અથવા ઉત્સેચક-ઉત્સેચક પ્રક્રમો દ્વારા સ્ટાર્ચનું પૂર્ણ જળવિઘટન થાય છે ત્યારે શ્વેત સ્ફટિકીય પદાર્થ, D-ગ્લુકોઝ (ડેક્સ્ટ્રૉઝ) મળે છે. પુન: સ્વાસ્થ્યલાભ માટે સ્ફટિક રૂપમાં તેમજ દ્રાવણરૂપે ઇન્જેક્શન તરીકે તે બહોળા પ્રમાણમાં વપરાય છે. અન્ય ઔદ્યોગિક અને ઔષધીય ઊપજોમાં D-ગ્લુકોઝ પાયાનો પદાર્થ છે. આવી ઊપજો પૈકી કેટલીક આ પ્રમાણે છે : D-ગ્લુસિટોલ (સોરબિટોલ), D-ગ્લુકોનેટ, વધુ ફ્રુક્ટોઝ હોય તેવો સિરપ અને વિટામિન-સી (ઍસ્કૉર્બિક ઍસિડ).

હરિશશ્ચંદ્ર શ્રીવાસ્તવ

અનુ. ભા. ન. માંકડ