Hidratos de Carbono-1

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HIDRATOS DE CARBONO
Los hidratos de carbono son importantes componentes de los seres vivos. Abundan en tejidos vegetales, en los cuales forman los elementos fibrosos o leñosos de su estructura y los compuestos de reserva nutricia de tubérculos, semillas y frutos.
Los vegetales sintetizan hidratos de carbono a partir de CO2 y H2O, captando energía lumínica en un proceso denominado fotosíntesis. Estos glúcidos son ingeridos por animales, y en gran parte utilizados como combustible.
Los glúcidos están compuestos por carbono, hidrogeno y oxígeno y se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Es decir, son compuestos con una función aldehído o cetona y varias funciones alcohólicas. También se consideran glúcidos las sustancias que originan esos polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas cuando son sometidas a hidrólisis.
El nombre de hidratos de carbono se debe a que por combustión dejan un residuo carbonoso más agua.
CLASIFICACIÓN
Según la complejidad de la molécula, los hidratos de carbono se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.
a. Monosacáridos o azúcares simples. Formados solo por un polihidroxialdehído o polihidroxicetona. Se obtienen como cristales de color blanco, solubles en agua. Muchos de ellos tienen sabor dulce. Por ejemplo: glucosa, ribosa, desoxirribosa.
b. Oligosacáridos. Compuestos por la unión de 2 a 10 monosacáridos que pueden ser separados por hidrólisis. Se designan disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos, etc., según el número de unidades componentes. Los representantes de mayor interés son los disacáridos. Se obtienen al estado cristalino, son solubles en agua y en general posen sabor dulce. Por ejemplo: sacarosa.
c. Polisacáridos. Son moléculas de gran tamaño, constituidas por la unión de numerosos monosacáridos dispuestos en cadenas lineales o ramificadas. En general son compuestos amorfos, insolubles en agua e insípidos.
MONOSACÁRIDOS
Los azucares simples responden a la definición de polihidroxialdehídos (aldehídos polialcoholes) o polihidroxicetonas (cetonas polialcoholes). En general, estos glúcidos, se distinguen con el sufijo “osa”. Cuando poseen función aldehído, los monosacáridos se llaman aldosas, si tienen función cetona, cetosas. También se acostumbra designarlos triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc., de acuerdo con el numero de carbonos en su molécula. Comúnmente se suele denominar en el nombre la indicación del número de carbonos y la función. Así, una aldohexosa es un monosacárido con una función aldehído y 6 carbonos, una cetopentosa tiene una función cetona y 5 carbonos.
Los monosacáridos más simples son triosas, de las cuales existen una aldotriosa, el gliceraldehído, y una cetotriosa, la dihidroxiacetona.
				
Las tetrosas, pentosas, hexosas, etc., se consideran derivadas de estas triosas por sucesiva adición de grupos =CH.OH, en cadena lineal, entre los grupos aldehído o cetona y la función alcohólica adyacente.
Los monosacáridos son sustancias reductoras, particularmente en medio alcalino. Los grupos aldehído o cetona son responsables de esta propiedad. Algunas reacciones de reconocimiento de monosacáridos utilizadas en el laboratorio aprovechan esta capacidad reductora.
En el gliceraldehído, el segundo carbono es asimétrico o quiral, es decir, sus 4 valencias están saturadas por grupos funcionales diferentes, los cual determina la existencia de 2 isómeros ópticos. Uno de los isómeros desvía la luz polarizada en sentido de las agujas del reloj, es dextrorrotatorio o dextrógiro, se lo designa con la letra D antes del nombre. El otro es levorrotatorio o levógiro y se lo denomina L. Ambos compuestos son enantiómeros, uno es la imagen especular del otro.
					
Por convención, se representa al D-Gliceraldehído con el hidroxilo del carbono asimétrico hacia la derecha y al compuesto L, con ese hidroxilo hacia la izquierda.
La estructura D o L de cualquier polihidroxialdehído o cetona es la referida a la estructura D o L del gliceraldehído.
Fórmula Lineal de Fisher
Se ha presentado a los monosacáridos como aldehídos o cetonas con cadena lineal de carbonos. Sin embargo, los glúcidos no existen de esta forma en los fluidos biológicos.
La existencia de formas α y β, así como la reactividad del grupo aldehído o cetona de monosacáridos, se debe a la formación de moléculas cíclicas. La orientación de los enlaces entre carbonos determina aproximación de los extremos de la cadena. La función aldehído del primer carbono queda cercana al hidroxilo del carbono 4 o 5, y puede formar una unión tipo hemiacetal (un hemiacetal resulta de la reacción entre aldehído o cetona y alcohol).
Se genera así un anillo heterocíclico de 5 o 6 elementos. Los anillos con ciclo hexagonal se consideran derivados del ciclo heterocíclico pirano y aquellos con ciclo pentagonal, del furano. Por esto se refiere a formas piranosa y furanosa, según la conformación que adopten. 
				
α → grupo OH- para abajo (derecha).
β → grupo OH- para arriba (izquierda).
Fórmula de Haworth
Haworth propuso designar los anillos pirano y furano de monosacáridos como un plano y considerar los elementos o grupos funcionales unidos a los carbonos del anillo, ubicados arriba o debajo de ese plano. En la formulación de Haworth, se omiten los carbonos integrantes del anillo y se procura representar en relieve el lado del hexágono o del pentágono próximo al lector, para dar sensación del plano visto en perspectiva.
			
Esta representación no es enteramente correcta ya que los átomos integrantes del anillo no están, en realidad, situados en el mismo plano. La molécula tiende a adoptar conformaciones de menor energía.
DISACÁRIDOS
Son glicósidos naturales que se forman por unión glicosídica entre 2 monosacáridos con pérdida de agua. Los de mayor interés son:
Maltosa
Es dulce y muy soluble en agua, formada por la unión del carbono 1 de α-D-Glucosa (unión α-Glucosídica) al carbono 4 de otra D-Glucosa. El aldehído potencial de una de las glucosas que da libre, es reductor y puede existir en formas α y β.
Lactosa
Se encuentra en la leche. Por hidrólisis origina los monosacáridos constituyentes: galactosa y glucosa. La unión de estos monosacáridos se establece entre el carbono 1 de β-D-Galactosa (unión β-Glicosídica) y el carbono 4 de D-Glucosa. Como el carbono 1 de la glucosa queda libre, el compuesto es reductor y puede existir en formas α y β.
Sacarosa
Es el azúcar habitualmente utilizado como edulcorante en la alimentación. Se lo obtiene de la caña de azúcar y remolacha. Está formada por glucosa y fructosa, unidas por enlace doblemente glucosídico, ya que participan el carbono 1 de α-Glucosa y el carbono 2 de β-Fructosa. Ambos grupos, aldehído y cetona potenciales, están bloqueados y el disacárido no tiene capacidad reductora.
La sacarosa es dextrógira, si se la somete a hidrólisis, resulta una mezcla equimolecular de glucosa y fructosa, en la cual predomina la acción levógira de fructosa sobre la dextrógira de glucosa. Como el sentido de rotación se invierte, la mezcla de glucosa y fructosa resultante de la hidrólisis es llamada “azúcar invertido”. La miel es, en gran parte, azúcar invertido.
POLISACÁRIDOS
Son sustancias constituidas por numerosas unidades de monosacáridos, unidas entre sí por enlace glucosídico. Algunos de ellos son polímeros de un solo tipo de monosacáridos y reciben el nombre de homopolisacáridos, mientras otros, dan por hidrólisis, más de una clase de monosacáridos; a estos se los llama heteropolisacáridos. Todos son denominados genéricamente glicanos. La mayoría son compuestos amorfos, blancos, insípidos, no reductores. El tamaño de la molécula es, en general, muy grande, pertenecen a la categoría de macromoléculas. Algunos son insolubles en agua, otros forman en ella soluciones coloidales.
Almidón
Reserva nutricia en vegetales, es el principal hidrato de carbono de la alimentación humana. Se encuentra en abundancia en cereales, papa y ciertas legumbres.
Está compuesta por 2 glucanos diferentes, amilosa y amilopectina. Generalmente el almidón contiene 20% de amilosay el resto de amilopectina. La amilosa tiene como disacárido constituyente la maltosa, unidas por uniones glucosídicas α(1-4). La amilopectina está constituida por glucosas unidas por enlaces glucosídicos α(1-4), pero se distingue por poseer ramificaciones compuestas por 24 a 26 glucosas unidas entre sí por enlaces glucosídicos α(1-4) que se unen a una cadena central de estructura similar, por unión glucosídica α(1-6).
Celulosa
Cumple función de sostén en los vegetales, es uno de los componentes principales de las paredes celulares. Es el compuesto orgánico más abundante en la naturaleza. Constituida por más de 10.000 unidades de glucosa unidas por enlace glucosídico β (1-4).
REACCIONES GENERALES DE LOS MONOSACÁRIDOS
Las reacciones dependen de las funciones reactivas existentes en la molécula del monosacárido. Los grupos reactivos de los hidratos de carbono se pueden clasificar en 2:
· El referido a la reactividad del OH-, variedad α o β, existente en el carbono anomérico uno.
· El referido a la reactividad del OH- del carbono fuera del ciclo y anillo, que para las hexosas es el carbono 6, cuyo grupo reactivo funcional es el OH- y para las pentosas el carbono 5.
1.- Pruebas Basadas en el Poder Reductor
Los glúcidos presentan poder reductor debido a la presencia grupos aldehídos y cetonas en su molécula al estado libre. La función aldehído reduce por si misma, mientras que la función cetona necesita de OH- alcohólicos vecinos para establecer la tautomerización en medio alcalino.
Si los glúcidos forman ciclos, la propiedad reductora se manifiesta solo después de haberse roto el mismo.
1.1.- Reacción de Fehling
Se utiliza para la detección de sustancias reductoras, particularmente azucares reductores. Se basa en el poder reductor del grupo carbonilo de un aldehído que pasa a ácido reduciendo la sal cúprica de cobre (II), en medio alcalino, a óxido de cobre (I). Este forma un precipitado de color rojo ladrillo. Un aspecto importante de esta reacción es que la forma aldehído puede detectarse fácilmente, aunque exista un pequeña cantidad.
Esta reacción no puede realizarse directamente con la solución de cobre en medio alcalino, debido a que se sobrepasa la constante del producto de solubilidad (Kps) del hidróxido cúprico, precipitando éste en la solución. Por ello, el reactivo de Fehling posee tartrato de sodio y potasio, que acompleja al cobre formando tartrato cúprico, el cual posee una constante de disociación muy baja y provee los iones cobre a medida que se va realizando la reacción.
El tartrato, al unirse al cobre, forma un complejo soluble que impide la formación de hidróxido cúprico insoluble en la solución alcalina. La cantidad de Cu2+ reducida a Cu+ es proporcional a la cantidad de azúcar reductor presente, y esta precipita como Cu2O, de color ladrillo.
No es una prueba específica ya que también la dan otros compuestos como fenoles, ácido fórmico, etc.
La sacarosa no da Fehling positivo, salvo cuando se calienta y se rompe la unión hemiacetálica.
Reactivo de Fehling: se preparan 2 soluciones que se mezclan por partes iguales en el momento de usar:
· Solución A: sulfato de cobre pentahidratado completamente disuelto en agua destilada, más ácido sulfúrico concentrado.
· Solución B: hidróxido de sodio disuelto en agua destilada, más tartrato de sodio y potasio dihidratado.
1.2.- Reacción de Barfoed
La reacción de Barfoed se utiliza para identificar azúcares reductores, además se utiliza para diferenciar monosacáridos de disacáridos mediante el tiempo transcurrido hasta aparición del precipitado rojo ladrillo (Cu2O). Se basa en la reducción del cobre (II) (en forma de acetato) a cobre (I) (en forma de óxido).
Las concentraciones equimoleculares de mono y disacáridos que poseen un grupo reductor por molécula, reaccionan con el reactivo de Barfoed a diferentes velocidades. Esto se debe, principalmente, a los diferentes tamaños moleculares. Las moléculas más pequeñas tienen mayor reactividad, y por lo tanto reaccionan más rápido.
Reactivo de Barfoed: acetato cúprico en polvo disuelto en agua destilada, filtrado con papel de filtro Whatman N° 1, más ácido acético.
2.- Pruebas Basadas en la Producción de Furfural
2.1.- Reacción de Seliwanoff
La reacción de Seliwanoff se utiliza para diferenciar cetosas de aldosas, aunque ambas dan la reacción. Las cetosas la dan rápidamente y las aldosas lentamente.
Al hervir las monohexosas con ácidos diluidos se forma hidroximetil furfural, que se combina rápidamente con el resorcinol para formar un producto de condensación rojo brillante. Es positivo y más rápido para cetohexosas (fructosa da más rápido que glucosa).
Reactivo de Seliwanoff: solución acuosa al 0,5% de resorcinol, ácido clorhídrico concentrado, más agua destilada.
2.2.- Reacción de Bial
La reacción de Bial se utiliza para detectar la presencia de pentosas. Es positiva para pentosas pero no específica.
Se basa en la diferente producción de furfural e hidroximetil furfural, cuando las pentosas se calientan con ácidos diluidos. Cuando cualquiera de estos productos se condensa con el orcinol, se forma con el furfural un compuesto de color azul y con el hidroximetil furfural un producto pardo-amarillo.
Reactivo de Bial: orcinol, ácido clorhídrico concentrado y 8 a 10 gotas de FeCl3 al 10%.
3.- Formación de Osazonas
Los osazonas son derivados de carbohidratos formados cuando los azúcares reaccionan con fenilhidrazina. La reacción se utiliza para identificar monosacáridos, cuya estereoquímica difiere por solo un carbono quiral. 
Primero, la glucosa con la fenilhidrazina producen glucosa fenilhidrazona por eliminación de una molécula de agua del grupo funcional.
Luego la glucosa fenilhidrazona reacciona con otra molécula de fenilhidrazina, produciéndose una oxido-reducción, en la cual la función OH- del carbono 2 de la glucosa se transforma en cetona, dando anilina más NH3.
A continuación, una nueva molécula de fenilhidrazina reacciona con el grupo ceto del carbono 2.
Esta reacción no se limita a los monosacáridos, sino que se manifiesta en la mayoría de los disacáridos. Una excepción importante es la sacarosa, la cual, por no tener grupo carboxilo libre, no es susceptible del ataque por fenilhidrazina.
Reactivo de fenilhidrazina para formación de osazonas: fenilhidrazina, acetato cúprico o de sodio, más agua destilada. Calentar a la llama con agitación hasta que la solución de enturbie. Usar de inmediato.
Reacción de molisch
ROTACIÓN ÓPTICA
La rotación óptica puede definirse como la capacidad de una sustancia para desviar el plano de luz polarizada. Para que una molécula posea actividad óptica debe ser asimétrica. La magnitud y dirección de la desviación del plano de la luz polarizada que atraviesa una sustancia asimétrica en solución son reproducibles y pueden medirse.
Las sustancias que desvían el plano de luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj se denominan dextrorrotatorias, y las que lo desvían hacia la izquierda se llaman levorrotatorias.
En un átomo de carbono unido a 4 grupos diferentes, no puede pasar ningún plano por el centro de la molécula en ninguna dirección que permitan obtener imágenes como las reproducidas por un espejo. De esta forma, la molécula es asimétrica y desviara el plano de luz polarizada. En cambio, si 2 de los grupos unidos al carbono son idénticos, puede hacerse pasar un plano de simetría por el centro de la molécula.
La rotación óptica específica se expresa por la formula siguiente:
Donde es la rotación especifica a la temperatura y longitud de onda luminosa utilizada para su medida; A es la rotación angular observada en grados; C es la concentración del soluto en g/100mlsn; L es la longitud de onda en dm del espesor óptico de la solución.
La rotación específica es una constante para cada sustancia que posea rotación óptica, siendo proporcional a la concentración del soluto y a la naturaleza del solvente.
La dirección de la rotación se indica por (+) para la dextrorrotación y por (-) para la levorrotación, por ejemplo, D-(+)-Glucosa o D-(-)-Levulosa.Los glúcidos se llaman D o L según la configuración el carbono asimétrico mas alejado del grupo aldehído o cetónico, sea semejante a la del D o L gliceraldehído, pero esas letras no tienen ninguna relación con la actividad óptica.
La magnitud de la rotación se determina mediante un aparato llamado polarímetro, que permite medir el ángulo de giro producido en el plano de la luz.
El polarímetro consta de:
· Fuente de luz monocromática.
· Polarizador: consiste por un prisma formado por 2 piezas de calcita (carbonato de calcio) unidas entre sí, de tal manera que del total de luz que incide en él, parte lo atraviesa como luz polarizada, y parte es absorbida en el mismo.
· Cubeta: se llena con la solución al analizar, la cual al cerrarse no debe contener aire, y su longitud es de 1 o 2 dm.
· Analizador: es un prisma similar al anterior que lleva una escala graduada rotativa.
· Ocular: muestra 2 campos semicirculares, los que deben tener igual intensidad cuando se fija a 0 el aparato con la cubeta llena de agua. Al colocar la solución problema, se modifica uno de los campos, por lo que deberá moverse el analizador a la izquierda o derecha hasta emparejarlos, leyendo en la escala los grados que ha rotado.
 (
25
)
C
C
C
H
H
O
O
H
H
H
O
H
L (-)-Gliceraldehído
(Levógiro)
C
2
C
3
C
1
H
+
O
-
H
O
H
H
O
H
C
4
C
5
H
H
O
H
H
-
O H
+
C
2
C
3
C
H
2
O
H
H
O
H
H
O
H
C
4
C
5
H
H
O
H
H
O
Carbono anomérico
Unión hemiacetálica
(a)
D-Ribofuranosa
Condensación aldólica
O
Ciclo pirano
O
Ciclo furano
O
CH
2
OH
H
H
O
H
H
O
H
O
H
H
H
O
H
a
-D-Glucosa
O
CH
2
OH
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
H
O
H
a
-D-Galactosa
O
HOH
2
C
H
H
O
H
O
H
H
CH
2
OH
O
H
a-
D-Fructosa
O
HOH
2
C
H
H
O
H
H
O
H
O
H
H
a-
D-Ribosa
O
O
O
CH
2
OH
CH
2
OH
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
Unión
a 
1-4
a
-Maltosa
Unión
b 
1-4
a
-Lactosa
O
CH
2
OH
O
H
O
H
O
H
O
CH
2
OH
O
H
O
H
O
O
H
Sacarosa
O
CH
2
OH
O
H
O
H
O
H
O
O
CH
2
OH
O
H
HOH
2
C
O
H
Unión
a 
1-2
Unión
b
 2-1
a
-D-Glucosa
b
-D-Fructosa
Amilosa
C
O
C
C
C
C
O
C
C
O
C
C
C
H
H
O
H
H
H
O
H
H
CH
2
OH
H
CH
2
OH
H
O
H
O
H
H
H
H
O
O
n
a
 (1-4)
C
O
C
C
C
C
O
C
C
O
C
C
H
H
O
H
H
H
O
H
H
CH
2
OH
H
CH
2
OH
H
O
H
O
H
H
H
H
O
O
C
H
2
C
O
C
C
C
C
O
C
C
O
C
C
C
H
H
O
H
H
H
O
H
H
H
CH
2
OH
H
O
H
O
H
H
H
H
O
C
O
C
C
C
C
H
O
H
H
H
O
H
H
CH
2
OH
H
O
O
a
 (1-4)
a
 (1-6)
Amilopectina
C
O
C
C
C
C
O
H
H
H
O
H
H
CH
2
OH
H
O
C
CH
2
OH
C
O
C
C
H
O
H
H
H
O
H
H
H
O
C
C
O
C
C
C
H
H
CH
2
OH
H
O
H
O
H
H
O
C
C
O
C
C
H
H
CH
2
OH
H
O
H
O
H
H
H
C
O
H
H
O
b
 (1-4)
Unidad disacárida de la celulosa (celobiosa)
5
OH
-
H
2
O
+
+
+
+
H
C
C
C
C
C
O
H
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
H
O
Forma aldehído
C
C
C
C
O
H
H
O
H
H
O
-
O
O
-
O
2
Cu
2+
2
Complejo de Tartrato y
Cobre
H
C
C
C
C
C
O
H
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
-
O
D-Gluconato
+
C
C
C
C
O
H
H
O
H
H
O
-
O
O
-
O
Tartrato
4
Cu
2
O
Óxido cuproso
(rojo)
Calor
R
C
H
O
2
OH
-
R
C
O
H
O
O
H
2
(oxida)
+
+
-2 e
-
Cu
2+
e
-
Cu
+
+
2
2
(reduce)
+
+
+
+
2
OH
-
2
Cu
2+
Cu
+
2
O
H
2
R
C
H
O
D-Glucosa
R
C
O
H
O
Ácido D-Glucónico
2
O
H
2
Calor
+
+
+
+
C
C
C
C
C
C
H
O
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
H
O
H
H
O
H
D-Glucosa
(forma aldehído)
Cu
CH
3
COO
CH
3
COO
2
Acetato cúprico
C
C
C
C
C
C
O
H
O
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
H
O
H
H
O
H
Ácido D-Glucónico
Cu
2
O
(ppdo rojo)
Óxido cuproso
CH
3
COOH
Ácido acético
HCl diluído
-3 H
2
O
3
O
H
2
+
+
C
O
C
C
C
O
H
H
HOH
2
C
H
O
H
CH
2
OH
H
O
H
Fructofuranosa
C
O
C
C
C
O
H
H
HOH
2
C
H
O
H
C
H
O
H
H
O
Hidroximetil furfural
O
H
O
H
Resorcinol
Producto de 
condensación rojo
(estructura desconocida)
HCl diluído
-3 H
2
O
3
O
H
2
+
+
Pentosa
C
5
O
C
4
C
2
C
3
O
H
H
H
O
H
CH
2
OH
1
H
O
H
H
Furfural
C
O
C
H
C
C
H
C
H
O
H
O
H
C
H
3
O
H
Orcinol
Producto de 
condensación azul
HCl diluído
-3 H
2
O
O
H
2
+
+
Fructofuranosa
C
5
O
C
4
C
2
C
3
O
H
H
H
O
H
CH
2
OH
1
H
O
H
HOH
2
C
6
Hidroximetil furfural
C
O
C
H
C
C
H
C
H
O
HOH
2
C
O
H
C
H
3
O
H
Orcinol
Producto de 
condensación 
pardo amarillo
+
-H
2
O
H
C
C
C
C
C
+
C
H
O
-
O
H
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
Glucosa
N
H
H
N
. .
H
Fenilhidrazina
H
C
C
C
C
C
C
O
H
O
H
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
H
N
N
H
H
a
-(D)-Glucofenilhidrazina
H
C
C
C
C
C
C
H
O
H
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
N
N
H
a
-(D)-Glucosa fenilhidrazona
a
-(D)-Glucosa fenilhidrazona
H
C
C
C
C
C
C
H
O
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
N
N
H
H
+
+
+
N
N
H
H
H
Hidrazina
H
C
C
C
C
C
C
H
O
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
N
N
H
Cetofenilhidrazona
N
H
H
Anilina
N
H
3
Amoníaco
N
N
. .
H
H
+
H
Hidrazina
H
C
C
C
C
+
C
C
H
O
-
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
N
N
H
Cetofenilhidrazona
+
-H
2
O
H
C
C
C
C
C
N
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
N
H
C
H
N
N
H
H
Compuesto inestable que 
pierde una molécula de 
H
2
O
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Glucosazona
(cristales de color amarillo)
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Gliceraldehído
(Aldotriosa)
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Dihidroxiacetona
(Cetotriosa)
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H
H
D (+)-Gliceraldehído
(Dextrógiro)