Моносахариды

УГЛЕВОДЫ

 

Углеводы – это природные кислородосодержащие соединения, отвечающие формуле С_mН_2nО_n или С_m(Н₂О)_n, т.е. это гидраты углерода. Однако с развитием химии углеводов были обнаружены соединения, обладающие свойствами этих веществ, но не отвечающие приведенной формуле. Термин «углеводы» в современной науке употребляется в силу традиции.

Углеводы встречаются в ягодах, фруктах, арбузах, винограде, картофеле, хлопке и др.

По своему строению углеводы делятся на две основные группы:

1) простые или моносахариды (монозы);

2) сложные или полисахариды (полиозы).

Полисахариды, в свою очередь, можно подразделить на сахаро-подобные и несахароподобные углеводы.

 

 

Моносахариды – это простые углеводы, не подвергающиеся гидролизу. Они могут иметь 4,5,6 и т.д. атомов углерода, среди них чаще всего встречаются в природе соединения состава С₅Н₁₀О₅ (пентозы) и С_бН₁₂О₆ (гексозы). По характеру функциональных групп моносахариды могут быть альдозами или кетозами, в то же время все они являются многоатомными спиртами. Важнейшие из них: рибоза, ксилоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. В кристаллическом виде моносахариды имеют циклическое строение, они являются внутренними циклическими полуацеталями, образованными в результате внутримолекулярного взаимодействия карбонильной группы с одной из спиртовых групп. В растворах такие циклические полуацетали частично переходят в гид-роксиальдегиды или гидроксикетоны, которые способны к обратному превращению в циклические полуацетали, т.е. моносахаридам свойственна таутомерия. Таутомерное равновесие для D-глюкозы:

полуацетальный

гидроксил

 

α-D-глюкопираноза D-глюкоза β-D-глюкопираноза

 

α-D-глюкофураноза β-D-глюкофураноза

 

Моносахариды существуют в виде стереоизомеров D- и L-конфигурации. Природные моносахариды имеют D-конфигурацию.

D-рибоза D-ксилоза D-глюкоза D-галактоза D-фруктоза

 

Для лучшего представления о пространственном расположении групп атомов относительно плоскости кольца моносахаридов принято пользоваться перспективными формулами Хеуорса.

α-D-глюкопираноза D-глюкоза β-D-глюкопираноза

HO – гидроксил полуацетальный

 

Физические свойства.Моносахариды – бесцветные твёрдые кристаллические вещества, легко растворяются в воде, гигроскопичны, сладкие на вкус, не летучи, адсорбируют запахи. Растворы моносахаридов оптически активны, для них характерно явление мутаротации (изменение угла вращения свежеприготовленного раствора моносахарида).

Химические свойства.Моносахариды представляют собой со­единения со смешанными функциями, поэтому проявляют свойства как многоатомных спиртов, так и альдегидов или кетонов (карбонильных соединений).

Важнейшие из них:

1. Все моносахариды легко окисляются, проявляя при этом вос­становительные свойства.

 

 

2Ag↓+СН₂ОН–СНОН–СНОН–СНОН–СНОН–СООН

глюконовая кислота

 

CH₂OH–CHOH–CHOH–CHOH–CHOH–COOH+Cu₂O↓+H₂O

глюконовая кислота

 

D-глюкоза

 

Обе реакции являются качественными на альдегидную группу –СНО. Они широко применяются для открытия моносахаридов, установления их подлинности.

2. При восстановлении моносахаридов водородом в присутствии никеля образуются многоатомные спирты (рибит, маннит, сорбит, ксилит и др.), так называемые сахарные спирты.

D-глюкоза D-сорбит

Эти спирты имеют сладкий вкус, используются в медицине и пищевой промышленности (ксилит, сорбит) как заменители сахара.

3. Как многоатомные спирты моносахариды растворяют голу­бой осадок гидроксида меди Сu(ОН)₂, образуя синий раствор сахарата меди.

4. В природе широко распространены эфироподобные произ­водные моносахаридов – гликозиды. Они близки к простым эфирам, образованным за счёт полуацетального гидроксила. В отличие от простых эфиров гликозиды гидролизуются в присутствии минеральных кислот.

α-D-глюкоза

 

метил-α-D-глюкозид

 

Гликозиды содержатся во многих лекарственных травах в виде дубильных веществ, в овощах в виде красящих веществ.

Под влиянием биологических катализаторов (ферментов) сахара могут подвергаться брожению (расщеплению). Это сложные процессы, которые вызываются различными микроорганизмами. В зависимости от условий они могут идти в различных направлениях:

зимаза

а) спиртовое брожение: С₆Н₁₂О₆ → 2СН₃СН₂ОН + 2СО₂↑

этиловый спирт

б) масляно-кислое брожение:

С₆Н₁₂О₆ → СН₃СН₂СН₂СООН + 2Н₂ + 2СО₂↑

масляная кислота

в) молочно-кислое брожение: С₆Н₁₂О₆ →

молочная кислота

г) лимонно-кислое брожение:

С₆Н₁₂О₆ + 3О → + 2Н₂О

лимонная кислота

Эти процессы широко используются при производстве спирта (этанола), молочно-кислых продуктов, при квашении овощей, производстве сыров, пива и др.

Моносахариды находят широкое применение в медицине. Глю­коза используется как источник питания (мед) и в виде инъекций, в виде производных (глюконат кальция); для диабетиков применяют фруктозу, а также многоатомные спирты (сорбит, ксилит), полученные из моносахаридов. Глюкозу используют также для получения аскорбиновой кислоты (витамин С). Моносахариды широко применяют в кулинарии и кондитерском производстве (изготовление печенья, конфет, тортов, мороженого, мармеладов и др.).