Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Химия arrow Начала химии

Глава 28 УГЛЕВОДЫ

Углеводы — природные органические соединения с общей формулой Ст20)п (т, п г 3). Углеводы подразделяют на три большие группы:

  • 1) моносахариды;
  • 2) олигосахариды;
  • 3) полисахариды.

Моносахаридами называют такие углеводы, которые не могут гидролизоваться с образованием более простых углеводов. Простейший моносахарид — глицериновый альдегид, или глицеральдегид, С3Н603:

По числу атомов углерода моносахариды могут быть тетрозами (C4Hg04), пентозами (С5Н10О5) и гексозами (СбН1206). Важнейшие гексозы — глюкоза и фруктоза.

Олигосахариды — это продукты конденсации небольшого числа молекул моносахаридов, например сахароза С12Н22Ои состоит из двух гексозных остатков. Полисахариды (крахмал, целлюлоза) состоят из большого числа остатков моносахаридов.

§ 28.1. Моносахариды

Все моносахариды — бифункциональные соединения, в которых к не- разветвленному углеродному скелету присоединены несколько гидроксильных групп и одна карбонильная группа. Моносахариды с альдегидной группой называют альдозами, с кетогруппой — кетозами. Ниже приведены структурные формулы самых важных моносахаридов.

Все эти вещества содержат три или четыре асимметрических атома углерода, поэтому они проявляют оптическую активность и могут существовать в виде оптических изомеров. В названии углевода знак «плюс» или «минус» в скобках обозначает направление вращения плоскости поляризации плоскополяризованно- го света: левое вращение (-), правое вращение (+). Буква D перед знаком вращения означает, что во всех этих веществах наиболее удаленный от карбонильной группы асимметрический атом углерода имеет такую же конфигурацию (т. е. направление связей с заместителями), что и глицериновый альдегид, структура которого приведена выше. Углеводы с противоположной конфигурацией относятся к L-ряду.

Обратите внимание, что структурные формулы углеводов D- и L-рядов являются зеркальными отражениями друг друга. Большинство природных углеводов относится к D-ряду.

Молекулы углеводов обычно существуют в циклических формах (см. ниже).

Глюкоза С6Н1206 — белое кристаллическое вещество, сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде. В линейной форме молекулы глюкозы содержат одну альдегидную группу и пять гидроксильных групп (см. выше). В кристаллах глюкозы присутствует одна из двух циклических форм (а- или (3-глюкоза), которые образуются из линейной формы в результате взаимодействия гидроксильной группы при С-5 с карбонильной группой.

Данное равновесие существует в водном растворе. Буква а в названии циклических форм моносахаридов означает, что группа ОН при первом углеродном атоме и группа СН2ОН при шестом углеродном атоме находятся по разные стороны от плоскости кольца. В p-моносахаридах эти группы находятся по одну сторону от плоскости кольца.

Образование циклических форм глюкозы из линейной молекулы можно представить следующим образом: атом водорода группы ОН при С-5 перемещается к атому кислорода альдегидной группы СН=0, между С-1 и С-5 возникает связь через атом кислорода с образованием шестичленного цикла:

Шестичленный цикл называется пиранозным. Если во взаимодействие с альдегидной группой вступит группа ОН при С-4, образуется пятичленный цикл, называемый фуранозным.

В циклических формах группу ОН при С-1 называют гликозид- ным гидроксилом; этот гидроксил резко отличается по свойствам от остальных групп ОН. В частности, в реакциях со спиртами в присутствии кислот гликозидный гидроксил легко замещается на группу OR с образованием простого эфира (уравнение этой реакции для целлобиозы см. в задаче 171).

Химические свойства глюкозы обусловлены наличием в молекуле альдегидной (в линейной форме глюкозы) и гидроксильных групп.

1. Реакции альдегидной группы. Глюкоза вступает в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра:

или упрощенно:

В результате этой реакции образуется аммониевая соль глюконовой кислоты.

Глюкоза при нагревании окисляется гидроксидом меди(П) в глюконовую кислоту:

При восстановлении альдегидной группы глюкозы образуется шестиатомный спирт сорбит.

Поскольку циклическая форма глюкозы не содержит альдегидной группы, глюкоза не вступает в некоторые реакции, характерные для альдегидов, например в реакцию с NaHS03.

2. Реакции гидроксильных групп. С гидроксидом меди(П) без нагревания глюкоза реагирует как многоатомный спирт и дает характерное синее окрашивание.

При действии метилового спирта в присутствии каталитических количеств соляной кислоты гликозидный гидроксил замещается на группу ОСНа и образуется монометиловый эфир глюкозы.

  • 3. Молекулы глюкозы могут расщепляться под действием различных микроорганизмов. Эту реакцию называют брожением. Основные типы брожения:
    • а) спиртовое брожение

б) молочнокислое брожение

в) маслянокислое брожение

Биологическая роль глюкозы. Глюкоза образуется в природе в процессе фотосинтеза, протекающего под действием солнечного света в листьях растений. Суммарное уравнение фотосинтеза:

В живых организмах происходит окисление глюкозы под действием кислорода воздуха по обратной реакции:

При этом выделяется энергия, которая используется организмом. Таким образом, глюкоза играет роль аккумулятора солнечной энергии.

Фруктоза С6Н1206 — изомер глюкозы. Как и глюкоза, она может существовать в линейной и циклических формах. В линейной форме фруктоза представляет собой кетоспирт с пятью гидроксильными группами, а в циклической — преимущественно кетофуранозу, т. е. пятичленный цикл с атомом кислорода1).

Фруктоза вступает во все реакции многоатомных спиртов, но, в отличие от глюкозы, не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы