Тема 10

Моносахариды

1 Общая характеристика углеводов

2 Моносахариды, классификация, строение, изомерия, отдельные представители

3 Химические свойства моносахаридов

Основные понятия по теме

Свое название углеводы (гидраты углерода) получили потому, что соотношение водорода и кислорода в молекулах первых известных их представителей было 2:1, вследствие чего их рассматривали как соединения углерода с водой:

С₆Н₁₂О₆ = 6С ∙6Н₂О С₁₂Н₂₂О₁₁ = 12С ∙11Н₂О

глюкоза сахароза

Моносахариды являются многоатомными альдегидо- или кето-спиртами (полиоксиальдегидами или полиоксикетонами). В зависимости от числа углеродных атомов в цепи они делятся на тетрозы (4С), пен­тозы (5С), гексозы (6С) и т. д., которые содержат альдегидную или кетонную группу и подразделяются соответственно на альдозы и кетозы.

Полисахариды образуются из моносахаридов при конденсации их в процессе биосинтеза. Реакция сопровождается выделением молекул воды и усложнением молекулы:

n С₆Н₁₂О₆ (С₆Н₁₀О₅) _n.

Полисахариды делятся на сахароподобные (олигосахариды) и несахароподобные.

Низкомолекулярные (сахароподобные) полисахариды содержат в мо­лекуле небольшое число (2–10) остатков моноз. Они хорошо раство­ряются в воде, имеют сладкий вкус и ярко выраженное кристалличе­ское строение. Одни из них (мальтоза, лактоза) восстанавливают ионы меди (II) (фелингову жидкость), они называются – восстанавливаю-щими. Другие (сахароза, трегалоза) не восстанавливают, и поэтому их относят к невосстанавливающим олигосахаридам.

Высокомолекулярные (несахароподобные) полисахариды содержат от десятков до нескольких десятков тысяч остатков моноз; нерастворимы в воде, безвкусны и не имеют ярко выраженного кристаллического строения.

Если молекулы полисахарида состоят из остатков одного моносахарида, он называется гомополосахаридом. Гетерополисахариды содержат в цепи остатки различных моносахаридов.

В растворах моносахаридов наряду с альдегидными и кетонными формами, содержащими свободные альдегидные и кетонные группы, всегда содержатся таутомерные циклические формы.

Молекулу глюкозы можно представить следующим образом:

Циклические формы фруктозы можно представить следующим образом:

Гидроксил, образованный из альдегидной или кетонной групп, резко отличается от других и называется полуацетальным.

Химические свойства:

– восстановление моноз: при восстановлении моноз получаются полиолы, называемые сахарными спиртами. Так, из глюкозы и фруктозы получают шестиатомный спирт сорбит, из маннозы – манит, из галактозы – дульцит, из ксилозы – пятиатомный спирт ксилит, фруктозы – сорбит и маннит и т. д.

– окисление: очень слабые окислители затрагивают только альдегидную группу и превращают альдозы в альдоновые кислоты. В качестве слабых окислителей используют аммиачный раствор гидроксида серебра (реактив Толленса); реактив Фелинга – смесь Сu(ОН)₂ с калий-натрий тартратом; раствор брома в воде (бромную воду); разбав­ленный раствор HNO₃:

Реакции с реактивом Толленса («реакция серебряного зеркала») и реактивом Фелинга являются качественными реакциями на альдозы:

– эпимеризация моносахаридов: под действием разбавленных щелочей (или органических оснований) при нагревании эпимерные альдозы переходят друг вдруга и в соответствующую кетозу. Так, D -глюкоза при нагревании с 2н раствором NaOH превращается в смесь, содержащую кроме исходной D -глюкозы еще D -маннозу (эпимер D -глюкозы) и D -фруктозу.

– алкилирование: при обработке моноз спиртами в присутствии газообразного НС1 получаются ацетали, называемые гликозидами (поэтому полуацетальный гидроксил называется также гликозидным).Вреакции участвует только полуацетальный гидроксил:

Действие на монозы алкилгалогенидов в смеси с оксидом серебра или диалкилсульфатов в щелочной среде приводит к алкилированным моносахаридам;

– ацилирование моноз:

Происходит при действии на монозы хлорангидридов или ангидридов кислот:

– взаимодействие с гидроксидом меди(II) протекает аналогично реакции многоатомных спиртов с образованием ярко-синего глюкозата меди (II);

– брожение:

спиртовое брожение:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂↑;

молочнокислое брожение:

С₆Н₁₂О₆ → 2 СН₃ – СН(ОН) – СООН;

молочная кислота

маслянокислое брожение:

С₆Н₁₂О₆ → СН₃ – СН₂ – СН₂ – СООН + 2СО₂↑ + 2Н₂↑.

масляная кислота

Вопросы для самоконтроля

1 Какие соединения называются углеводами? Что такое моносахариды? Какие функциональные группы они содержат?

2 Напишите структурные формулы глюкозы, маннозы, галактозы, фруктозы в трех формах и объясните их строение.

3 Рассмотрите классификацию моносахаридов и их номенклатуру. Что такое D- и L- моносахариды? Какие углеводы называются альдозами и кетозами?

4 Объясните виды изомерии моносахаридов. Какие атомы углерода называются ассиметрическими? Как влияет количество ассиметрических атомов углерода на число пространственных изомеров?

5 Какой гидроксил называется полуацетальным или гликозидным и по каким признакам его определяют? Что такое α и β- глюкоза? Какие циклические формы называются пиранозами и фуранозами?

6 Укажите основные природные источники моносахаридов и способы их получения.

7 Рассмотрите химические свойства моносахаридов. Какие виды брожения моносахаридов Вам известны?

8 Охарактеризуйте важнейшие представители пентоз и гексоз. Приведите характерные качественные реакции на моносахариды.

Поиск по сайту: