Формули Хеуорса

Звичні напівацеталі утворюються при взаємодії молекул двох сполук – альдегіду і спирту. В процесі реакції розривається подвійний зв'язок карбонільної групи, по місцю розриву до якої приєднуються атом водню гідроксилу і залишок спирту.

Найстійкіші (циклічні) напівацеталі утворюються за рахунок гідроксильних груп при четвертому і п'ятому вуглецевих атомах. Виникаючі при цьому п’ятичленні і шестичленні кільця називають відповідно фуранозною і піранозною формами моносахаридів.

 

Розглянемо побудову формул Хеуорса

Піранозна форма	Фуранозна форма
ГЛЮКОЗА
a, D- глюко піраноза	b, D- глюкопіраноза	a, D- глюкофураноза	b, D- глюкофураноза
ФРУКТОЗА
a, D- фрукто піраноза	b, D- фруктопіраноза	a, D-фруктофураноза	b, D- фруктофураноза

 

Гідроксильна група, що виникає в результаті реакції називають ГЛІКОЗИДНОЮ. В результаті виникають два діастереомери – a  і b- АНОМЕРИ, що відрізняються конфігурацією тільки першого вуглецевого атома.

Фізичні властивості

Моносахариди – тверді речовини, легко розчинні у воді, погано – в спирті і зовсім нерозчинні в ефірі. Водні розчини мають нейтральну реакцію. Більшість моносахаридів володіє солодким смаком, проте меншим, ніж буряковий цукор. Містяться в усіх органах зелених рослин, у фруктах (особливо у винограді), крові, м’язах і мозку тварин і людини.

Одержання

У вільному вигляді в природі зустрічається переважно глюкоза. Вона ж є структурною одиницею багатьох полісахаридів. Інші моносахариди у вільному стані зустрічаються рідко і в основному відомі як компоненти оліго- і полісахаридів.

 

У природі глюкоза утворюються в результаті реакції ФОТОСИН­ТЕ­ЗУ:

6CO₂ + 6H₂O ® C₆H₁₂O₆ (глюкоза) + 6O₂

 

У промисловості глюкозу одержують гідролізом крохмалю у присутності сірчаної кислоти.

(C₆H₁₀O₅)_n (крохмаль) + nH₂O – ^H2^SO4^{, t°} ® nC₆H₁₂O₆ (глюкоза)

 

Хімічні властивості

Моносахариди проявляють властивості спиртів і карбонільних сполук.

I. Реакції по карбонільній групі

1. ОКИСНЕННЯ (для альдегідів) – призводить до утворення відповідних кислот.

a) реакція " срібного дзеркала":

D- глюкоза

+ 2[Ag(NH3)2]OH ®

аммонієва сіль D- глюконової кислоти

+ 2Ag¯ + 3NH3 + H2O

б) реакція " мідного дзеркала":

D- галактоза

+ 2Cu(OH)2 ─ t°®

D- галактонова кислота

+ Cu2O¯ + 2H2O

c) реакція з концентрованою азотною кислотою:

D- глюкоза

HNO3(конц.) –––––––®

цукрова (D- глюкарова) кислота

2. ВІДНОВЛЕННЯ – призводить до утворення багатоатомних спир­тів.

Як відновник використовують водень

D-глюкоза

H2 ––––®

D-сорбіт

II. Реакції по гідроксильних групах

(здійснюються, як правило, в напівацетальній (циклічній) формі).

1. АЛКІЛУВАННЯ (утворення простих ефірів) - атом водню гликозидного гідроксилу заміщується на 1 метильну групу.

a, D-глюкопіраноза

+ СH3ОН

HCl(газ) ––––®

метил-a, D-глюкопіранозид

+ H2О

 

При використанні більш сильних алкілуючих засобів (йодний метил СH₃I), подібне перетворення зачіпає ВСІ гідроксильні групи моносахариду.

5 СH3I ––––® NaOH

пентаметил- a, D-глюкопіраноза

 

2. АЦИЛЮВАННЯ (утворення складних ефірів).

При дії на глюкозу оцтового ангідриду утворюється складний ефір – пентаацетилглюкоза.

––––––––®

пентаацетил- a, D- глюкопіраноза

 

3. Як і всі багатоатомні спирти, глюкоза з гідроксидом міді (II) дає інтенсивне синє фарбування (ЯКІСНА РЕАКЦІЯ).

 

III. Специфічні реакції

БРОДІННЯ - процес розщеплення молекул цукрів під впли­вом ферментів (ензимів). Бродінню піддаються цукри з числом вуглецевих атомів, кратним трьом. Існує багато видів бродіння, серед яких найбільш відомі наступні:

 

a) спиртове бродіння C₆H₁₂O₆ ® 2CH₃–CH₂OH (етиловий спирт) + 2CO₂­

б) молочнокисле бродіння C₆H₁₂O₆ ® 2CH₃–CH–СОOH (молочна кислота)

I
OH

 

Згадані види бродіння, що викликаються мікроорганізмами, мають широке практичне значення. Наприклад, спиртове – для отримання етилового спирту, у виноробстві, пивоварінні і т.д., а молочнокисле – для отримання молочної кислоти і кисломолочних продуктів.

Застосування

1. Енергія для біохімічних перетворень в живих організмах.

2. Добування: етанолу, молочної кислоти, сорбіту.

3. У кондитерській промисловості.

4. У медицині для лікування дистрофій.

§14.3. Дисахариди. Їх будова та властивості

 

ДИСАХАРИДИ – при гідролізі утворюють два однакових або різних моносахариди.

Класифікація і номенклатура

Загальна формула С12Н22О11	Мальтоза + Н2О →	D-глюкоза + D-глюкоза
Целобіоза + Н2О →	D-глюкоза + D-глюкоза
Лактоза + Н2О →	D-глюкоза + D-галактоза
Сахароза + Н2О →	D-глюкоза + D-фруктоза

Дисахариди ділятся на дві групи:

ВІДНОВНІ	НЕВІДНОВНІ
мальтоза	сахароза
целлобіоза
лактоза

 

þ До НЕВІДНОВНИХдисахаридів відноситься САХАРОЗА (буряковий або тростинний цукор). Вона міститься в цукровій тростині, цукровому буряці (до 28% від сухої речовини), соках рослин і плодах. Молекула сахарози побудована з а, D- глюкопіранозиі b, D- фруктофуранози.

 

(САХАРОЗА:  a, D- глюкопіранозил -(1> 2) -b, D- фруктофуранозид)

 

Для сахарози характерні реакції по гідроксильних групах. Як і всі дисахариди, сахароза при кислотному або ферментативному гідролізі перетворюється на моносахариди, з яких вони складаються.

 

 

ВІДНОВНІ:

1) МАЛЬТОЗА (солодовий цукор) – міститься в солоді, тобто пророслих, а потім висушених і подрібнених зернах хлібних злаків.

(МАЛЬТОЗА: a, D- глюкопіраноза + a, D- глюкопіраноза)

 

Мальтоза здатна вступати в реакції, характерні для альдегідів, і, зокрема, давати реакцію " срібного дзеркала", тому її називають ВІДНОВНИМдисахаридом. Крім того, мальтоза вступає в багато реак­цій, характерних для моносахаридів, наприклад, утворює прості і складні ефіри (див. хімічні властивості моносахаридів).

	СH3I ––––® NaOH
Мальтоза		Октаметилмальтоза

2) ЦЕЛОБІОЗА, утворюються при неповному гідролізі поліса­ха­риду целюлози.

(ЦЕЛОБІОЗА: b, D- глюкопіраноза + b, D- глюкопіраноза)

 

 

Целлобіоза, як і мальтоза складається з двох залишків D- глю­ко­піранози.

3) ЛАКТОЗА (молочний цукор) міститься в молоці (4-5%) і одер­жується з молочної сироватки. Лактоза побудована із залишків D- га­лактопіранози і D- глюкопіранози. Може мати як a- (a-лактоза) так і b-конфігурацію (b-лактоза).

(ЛАКТОЗА: b, D- галактопіраноза + a, D- глюкопіраноза)

 

Застосування

1. Сахароза – основне джерело вуглеводнів у їжі людини.

2. Кондитерська промисловість.

3. Добувають штучний мед (продукт харчування).

4. Добування моносахаридів.

5. Утворення полісахаридів.

6. Сахарозу використовують для виготовлення деяких ліків та сиропів.

§14.4. Полісахариди

Загальна формула полісахаридів (C₆H₁₀O₅)_n.

Найважливіші з полісахаридів – це КРОХМАЛЬ і ЦЕЛЮЛОЗА (клітковина). Вони побудовані із залишків ГЛЮКОЗИ.