Вуглеводи. Моносахариди.
Вуглеводи, будова та біологічна роль
Вуглеводи (цукри) – органічні речовини, склад яких виражається формулою Cx(H2O)y, де x та y > 3.
Вуглеводи містяться в клітинах рослинних і тваринних організмів і по масі становлять основну частину органічних речовин на Землі. Ці сполуки утворюються рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу й води . Тваринні організми не здатні синтезувати вуглеводи й одержують їх з рослинною їжею. Фотосинтез можна розглядати як процес відновлення О2 з використанням сонячної енергії. Ця енергія звільняється у тваринних організмах у результаті метаболізму вуглеводів, що полягає, з хімічної точки зору, у їхньому окисленні.
Вуглеводи – обов’язковий компонент їжі і повинні бути присутні в раціоні харчування людини. Вуглеводи складають по масі найбільшу частину раціону харчування людини. Кількість і співвідношення вуглеводних компонентів в їжі грають важливу роль в харчуванні людини, в збереженні здоров’я і профілактиці основних захворювань сучасної людини.
Вуглеводи –органічні сполуки, які утворюються в рослинах як первинні продукти фотосинтезу та є важливою складовою частиною живих організмів.
Фотосинтез
· Джерелом вуглеводів для всіх живих організмів є фотосинтез, що здійснюється рослинами.
· Фотосинтез як відновлення діоксиду карбону з використанням сонячної енергії
· х CО2 + у Н2О + сонячна енергія = = Сх (Н2О)у + х О2
· Вуглеводи є своєрідним депо енергії. Ця енергія звільняється в тваринних організмах в результаті метаболізму вуглеводів, що полягає з хімічної точки зору в їх окисненні.
· Сх (Н2О)у + х О2 = х CО2 + у Н2О + енергія
· вуглеводи
· Частина цієї енергії перетворюється в тепло, а більша частина – в нову хімічну форму – аденозинтрифосфат (АТФ), яка потім витрачається у процесах життєдіяльності (скорочення м”язів, передача нервових імпульсів і т.д.)
Вуглеводи за хімічною будовою – це поліоксиальдегіди, поліоксикетони, їх полімери та похідні. Назва «Вуглеводи» не відповідає хімічний будові і поряд з нею вживаються інші: “Цукри”, “Сахариди”, “Глікани”. Вуглеводи поділяють на моносахариди (прості цукри), олігосахариди (олігомери, що складаються з кількох залишків моносахаридів) та полісахариди (полімери, що складаються з багатьох залишків моносахаридів).
· Вуглеводи – це обширний клас органічних сполук.
· У клітинах рослин вуглеводів припадає на частку до 90% всіх сухих речовин.
· Вуглеводи утворюються в рослинах у ході фотосинтезу, завдяки асиміляції хлорофілом вуглекислого газу повітря під дією сонячного випромінювання. Кисень, що утворюється при цьому, виділяється в атмосферу.
· Вуглеводи були першими харчовими речовинами, хімічна структура яких була розшифрована хіміками.
· Оскільки вуглеводи краще за інші харчові речовини підлягають перетворенням із звільненням відповідної кількості енергії, вони особливо важливі у харчуванні як джерела енергії у разі інтенсивної фізичної праці.
· Під час великого м’язового напруження у тренованих людей до 50% енергетичних витрат покривається за рахунок вуглеводів, а у нетренованих – майже виключно за рахунок вуглеводів.
· Важливу роль відіграють вуглеводи у діяльності центральної нервової системи, оскільки вони є основним джерелом енергії для нервової тканини. Тканина головного мозку споживає глюкози у середньому у 2 рази більше, ніж м’язи, і в 3 рази більше, ніж нирки. Про важливу роль вуглеводів у діяльності мозку свідчить і той факт, що запаси глікогену у мозковій тканині порівняно стабільні, вони витрачаються лише у надзвичайних випадках.
Фізіологічні функції:
– Енергетична. Джерело енергії. Для людини. Під час окиснення 1г виділяється 16,9 кДж (4ккал) енергії.
– Пластична. З вуглеводів синтезуються органічні та нк.
– Регуляторна. Регулюють осмотичні процеси; протидіють накопленню кетонових тіл під час окиснення жирів.
– Опорна. У комплексі з білками входять до складу хрящових тканин.
Захисна. Важлива роль вуглеводів в захисних реакціях організму, особливо, які відбуваються в печінці. Взаємодіють в печінці з багатьма отруйними сполуками, переводячи їх в нешкідливих і легко розчинних речовини. Глюкуронова кислота сполучаючись із токсичними речовинами, утворює нетоксичні складні ефіри. Захисна функція – в’яжучі секрети, які виділяються різними залозами і багаті на мукополісахариди, захищають стінки деяких порожнистих органів від механічних пошкоджень і від проникнення патогенних бактерій і вірусів.
– Спеціалізована. Деякі вуглеводи та їх похідні мають біологічну активність, виконуючи в організмі спеціалізовані функції. Гепарин попереджає зсідання крови в судинах, гіалуронова кислота запобігає прониканню бактерій через клітинну оболонку. виконують (окремі представники) в організмі особливі функції, наприклад, беруть участь у проведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпечують специфічність груп крові, нормальну діяльність центральної нервової системи.
Вуглеводневі запаси людини дуже обмежені, під час інтенсивної праці швидко витрачаються, тому ВВ повинні потрапляти в організм є їжею кожен день. Добова потреба 400-500г.
2.
По здатності до гідролізу вуглеводи діляться на прості – моносахариди й складні – олігосахариди й полісахариди. Моносахариди не гідролізують з утворенням простих вуглеводів. Складні вуглеводи гідролізують до моносахаридів. У молекулах олігосахаридів міститься від 2 до 10 моносахаридних залишків, у полісахаридах – від 10 до 3000-5000.
|
ДЕЯКІ НАЙВАЖЛИВІШІ ВУГЛЕВОДИ |
||
|
Прості |
Складні |
|
|
Моносахариди |
Олігосахариди |
Полісахариди |
|
глюкоза С6Н12О6 фруктоза С6Н12О6 рибоза З5Н10ПРО5 |
сахароза (дисахарид) С12Н22О11 |
крохмаль целюлоза |
Моносахариди не підлягають гідролітичному розщепленню з утворенням менших молекул вуглеводів. Їх загальна формула СnН2nOn. За кількістю атомів карбону в молекулі моносахариди поділяються на групи. Найбільш поширеними є гексози (6 С) та пентози (5 С). Під час їх перетворення в живих організмах утворюються тріози (З С), тетрози (4 С), гептози (7 С).
У природі найпоширеніші моносахариди, у молекулах яких зв‘язано п’ять вуглецевих атомів (пентози) або шість (гексози). Моносахариди – гетерофункціональні сполуки, до складу їхніх молекул входить одна карбонільна група (альдегідна або кетонна) і трохи гідроксильних. Наприклад:
Загальна формула гексоз:
Гексози містять в структурі 4 асиметричних атома карбону, тобто мають 24 = 16 оптичних ізомерів чи 8 пар енантіомерів.
Найважливіші представники гексоз:
За розміщенням карбонільної групи моносахариди поділяють на ряди структурних ізомерів: альдози та кетози. Найпростішими їх представниками є альдотріоза гліцериновий альдегід і кетотріоза діксиацетон:
Таким чином, моносахариди – це полігідроксиальдегиди (рибоза, глюкоза) або полігідроксикетони (фруктоза).
Однак не всі властивості моносахаридів пов‘язані з такою будовою. Так, моносахаридине беруть участь у деяких реакціях, типових для карбонільної групи. Одна з гідроксигруп відрізняється підвищеною реакційною здатністю і її заміщення на групу -OR приводить до зникнення властивостей альдегіду (або кетону).
Це приводить до висновку, що моносахаридам, крім наведених формул, властива також інша структура, що виникає в результаті внутрішньомолекулярної реакції між карбонільною групою з одним зі спиртових гідроксилів.
Наведено реакцію приєднання спирту до альдегіду з утворенням напівацеталю R-CH(OH)R’. Така реакція усередині однієї молекули супроводжується її циклізацією, тобто утворенням циклічного напівацеталя.
Відомо, що найбільш стійкими є 5-ти й 6-ти членні цикли. Тому, як правило, відбувається взаємодія карбонільної групи з гідроксилом при 4-м або 5-м вуглецевому атомі (нумерація починається з карбонільного вуглецю або найближчого до нього кінця ланцюга).
Таким чином, у результаті взаємодії карбонільної групи з однієї з гідроксильних моносахариди можуть існувати у двох формах: лінійної (оксо-формі) і циклічної (напівацетальної). У розчинах моносахаридів ці форми перебувають у рівновазі один з одним. Наприклад, у водногму розчині глюкозаи існують наступні структури:
Цикличні α- та β-форми глюкози являють собою просторові ізомери, що відрізняються положенням напівацетального гідроксилу відносно плоского кільця.
В α-глюкозі цей гідроксил знаходиться в цис-положенні до гідроксилу при С2, в β-глюкозі – в транс-положенні.
З врахуванням просторової будови шестичленного циклу формули цих ізомерів мають вигляд:
Аналогічні процеси проходять і в розчині рибози:
Фізичні та хімічні властивості
Моносахариди представляють собою безбарвні кристалічні тверді речовини, солодкі на смак, добре розчинні у воді. Вони вступають у різні реакції, властиві для карбонільної та поліоксигруп. Розглянемо ті з них, які мають важливе значення для їх біологічної функції.
Глюкоза (виноградний цукор) широко поширена в природі: міститься в зелених частинах рослин, виноградному соку, насінні, фруктах, ягодах, меді. У чистому вигляді з їжею споживається близько 15-
Організм людини строго регулює концентрацію глюкози в крові на рівні 100-120 мг/100 мл навіть в стані голоду, коли глюкоза крові поповнюється за рахунок гідролізу запасів глікогену або перетворення на глюкозу амінокислот. Після їди рівень глюкози в крові підвищується в порівнянні з рівнем натщесерце за рахунок вуглеводів їжі, а потім поступово знижується до початкового рівня, оскільки глюкоза використовується тканинами для отримання енергії або для запас вуглеводів у формі глікогену. Стан, при якому вміст глюкози в крові підвищується більше 160 мг/100 мл, називають гіперглікемією. Вона спостерігається при цукровому діабеті, коли порушується вироблення інсуліну острівцями підшлункової залози і тканини втрачають здатність утилізувати глюкозу з крові. В результаті глюкоза виділяється з сечею.
При зниженні концентрації глюкози в крові до 60 мг/100 мл і менш розвивається гіпоглікемія, що супроводжується відчуттям голоду і слабкості. Стан легкої, так званої реактивної гіпоглікемії переживає кожна людина через декілька годинників після їди.
Підвищення концентрації глюкози після прийому солодкої їжі викликає посилене вироблення гормону підшлункової залози інсуліну. Це супроводжується падінням рівня глюкози через деякий час навіть нижче початкового натщесерце, тобто розвивається гіпоглікемія.
Відновленою формою глюкози є спирт сорбітол, який знайдений в яблуках, грушах, персиках і деяких овочах. Він підтримує рівень глюкози в крові більш тривалий час, що зменшує вірогідність розвитку гіпоглікемії і ослабляє відчуття голоду. Проте сорбітол може викликати здуття живота і пронос, що перешкоджає його широкому використанню в живленні. Сорбіт знайшов застосування як подсластитель в жувальній гумці.
Фруктоза (фруктовий цукор, левулоза) у вільному стані міститься в меді, фруктах і ягодах, насінні, зелених частинах рослин. Входить до складу сахарози і високомолекулярного полісахариду інуліну. Фруктоза солодше цукру (сахарози) і знаходить застосування у виробництві напоїв і інших продуктів. У печінці фруктоза перетворюється на глюкозу, а це означає, що використання фруктози хворими діабетом також не може бути безмежним. Фруктоза у меншій мірі викликає розвиток карієсу, чим цукор. Використання фруктози в живленні обмежується економічними міркуваннями, за ціною вона дорожча, ніж цукор, а переваги перед цукром не так вагомі, щоб витіснити цукор.
Глюкоза і фруктоза мають велике значення в харчовій промисловості, будучи важливим солодким компонентом продуктів харчування і початковим матеріалом для процесів бродіння.
Галактоза входить до складу лактози – молочного цукру. Це єдиний моносахарид тваринного походження.
Пентоза (п’ятивуглецеві моноцукру) – арабіноза, рибоза, ксилоза, представлені в природі головним чином як структурні компоненти складних полісахаридів (геміцеллюлоз, пектинових речовин), а також нуклеїнові кислоти і інші природні полімери.
Арабіноза міститься в хвойних рослинах, входить до складу пектинових речовин, слизу, камеді, геміцелюлози.
Ксилоза входить до складу пентозанів.
D-рибоза – є універсальними компонентом головних біологічно активних молекул, які відповідають за передачу спадкової інформації. РНК та ДНК, входить до складу АТФ та АДФ за допомогою яких в любому живому організмі запасається та переноситься хімічна енергія.
Циклічні напівацетальні форми моносахаридів.
Це припущення вперше було запропоновано Коллі; одержало розвиток в працях Толленса, Скраупа, Фішера і англійця Хеуорса. Зараз це безперечно доведено.
Утворюються циклічні форми моносахаридів із їх гідрокарбонільних форм.
Утворення піранозних та фуранозних півцетальних форм:
В альдозах карбонільна група (при першому атомі вуглецю) може взаємодіяти зі спиртовою групою 5 (о – положення) або 4 ( -положення) атому “С”. При цьому подвійний зв’язок карбонільної групи розривається, атом водню з ОН-групи переходить до карбонільного кисню, а кисень цього гідроксилу з’єднується з 1-м атомом вуглецю. При взаємодії карбонільної групи зі спиртовою в о-положенні утворюється шестичленне кільце, а при взаємодії в –положенні – п’ятичленне.
Утворений гідроксил при першому атомі «С» називається полуацетальним або глікозидним гідроксилом.
Ізомерія гідроксокарбонільних форм визначається:
1. положенням карбонільної групи;
2. наявністю асиметричних атомів вуглецю.
Атоми вуглецю в молекулах моносахаридів нумерують, починаючи з того кінця ланцюгу на якому знаходиться або до якого ближче карбонільна група.
Для вуглеводів характерна Стереоізомерія – це явище існування декількох просторових ізомерів: геометрична, оптична.
• Оптичні ізомери – це сполуки, які мають один або декілька асиметричних (хіральних) атоми карбону.
• Енантіомери:
– Це просторові ізомери, які відносяться один до одного як предмет і його дзеркальне відображення
(D і L конфігурація).
– вони повертають площину поляризованого світла в різних напрямках: правоповертаючі – за годинниковою стрілкою (+) і лівоповертаючі (-) – проти годинникової стрілки.
• Діастаріоізомери – оптичні ізомери, які не є дзеркальними відображеннями один одного.
• Епімери – це оптичні діастеріоізомери, які відрізняються положенням функціональних груп лише біля одного асиметричного атома.
Оптичні ізомери мають однакові фізичні і хімічні властивості, але розрізняються відношенням до поляризованому світлі. Такі ізомери мають оптичну активність (один з них повертає площину поляризованого світла вліво, а інший – на такий же кут вправо). Відмінності є в біологічній активності.
Наявність асиметричних атомів в молекулі обумовлює оптичну ізомерію моносахаридів. Наприклад, в альдогексозі є 4 асиметричних вуглецевих атомів. Таким чином можливе існування 24=16 стереоізомерних альдогексоз, серед яких є 8 пар дзеркальних стереоізомерів, так як дзеркальні стереоізомери однакові за фізичними і хімічними властивостями, то вони мають одну і ту ж назву. Але, щоб показати на протилежність їх просторової конфігурації, до цієї назви додають букву D або L. Напрямок обертання площини поляризації кожного антиподу позначають знаками “+” або “-“. Наприклад, дзеркальні ізомери однієї з найважливіших альдогектоз називаються D(+) – глюкоза та L(-) – глюкоза.
Кожний з пари дзеркальних ізомерів є діастереоізомером всіх інших 14 альдогексоз.
В кожній парі дзеркально ізомерних моносахаридів D-ізомер це той, в проекційній формулі якого ОН-група при найбільш віддаленому від карбонільної групи асиметричному атомі вуглецю повернена праворуч.
Діастереоізомерні альдози, які відрізняються конфігурацією груп тільки при другому атомі вуглецю, тобто в α-положенні до альдегідної групи, називають епімерами. Наприклад, D-глюкоза та D-маноза.
Дзеркальні їх ізомери, тобто L-ізомери, мають протилежну конфігурацію груп при всіх асиметричних атомах вуглецю. L-клюкоза є повне дзеркальне зображення D-глюкози.
Такий спосіб віднесення дзеркально ізомерних моносахаридів до D– та L– ряду засновано на зіставленні їх просторової будови з будовою гліцеринового альдегіду, який за пропозицією М.О. Розанова прийнято за еталон сполук D– та L-рядів.
Належність моносахаридів до D– або L-ряду має велике біологічне значення. Річ у тому, що в природі як у рослинних, так і у тваринних організмів у більшості випадків утворюються тільки D-ізомери моносахаридів. Майже всі L-ізомери одержані тільки синтетичним шляхом. Тваринні організми застосовують моносахариди лише D-ряду.
Моносахариди зображають у вигляді проекційних формул Фішера. Ланцюг атомів С в них записуть вертикально. У альдоз наверху поміщають альдегідну групу, у кетоз – сусідню з карбонільною первинну спиртову групу. Атом Н і ОН-групу при асиметричному атомі С розміщують на горизонтальній прямій. Асиметричний атом С знаходиться в перехресті двох прямих и не позначаєтся символом. З груп, розміщених зверху, починають нумерацію вуглецевого ланцюга. (асиметричний атом карбону: це атом С, зв’язаний з чотирма різними атомами або групами).
Встановлення абсолютної конфігурації, тобто істинного розташуваня в просторі замісників біля асиметричного атома карбону є дуже важким завданням. Існує можливість характеризувати сполуки шляхом порівняння їх конфігурацій з конфігураціями еталонних сполук, тобто.визначити відтносні конфігурації.
Відносна конфігурація моносахаридів визначається за конфігураційним стандартом – гліцериновим альдегідом, якому довільно були приписані певні конфігурації, позначені як D– і L– гліцеринові альдегіди.
З конфігурацією їх асиметричних атомів вуглецю порівнюється конфігурація найбільш віддаленого від карбонільної групи асиметричного атома вуглецю моносахариду. У пентозах таким атомом є четвертий атом вуглецю (С4), в гексозах – п’ятий (С5), тобто передостанні в ланцюзі вуглецеві атомів. При співпадінні конфігурації цих атомів вуглецю з конфігурацією D-гліцеринового альдегіду моносахарид відносять до D-ряду. І, навпаки, при збігу з конфігурацією L-гліцеринового альдегіду вважають, що моносахарид належить до L-ряду. Символ D означає, що гідроксильна група при відповідному асиметричний атом вуглецю в проекції Фішера розташовується праворуч від вертикальної лінії, а символ L-що гідроксильна група розташована ліворуч.
Родоначальником альдоз є гліцериновий альдегід. Так, добуто D-ряд цукрів з D– гліцеринового альдегіду. Всі члены цього ряду, одержані з D-гліцеринового альдегида, зберегли його асиметричний атом карбону. Це останній асиметричний атом С в ланцюзі атомів карбону.
З альдегідопентоз відмітимо D-арабінозу, D-рибозу, D-дезоксирибозу.
Напівацетальні форми зображують у вигляді перспективних формул Хеуорса.
Зображення моносахаридів у вигляді плоских багатокутників називають формулами Хеуорса.
Таким чином, у результаті взаємодії карбонільної групи з однієї з гідроксильних моносахариди можуть існувати у двох формах: лінійній (оксо-формі) і циклічній (напівацетальній). У розчинах моносахаридів ці форми перебувають у рівновазі одина з одною. Наприклад, у водному розчині глюкози існують наступні структури:
Цикличні a– и b–формы глюкози являють собою просторові ізомери, що відрізняються положенням напівацетального гідроксилу відносно плоского кільця.
В a–глюкозі цей гідроксил знаходиться в цис-положенні до гідроксилу при С2, в b-глюкозі – в транс-положенні.
Оскільки формули Коллі-Толленса громізждкі для зображення циклічних структур, англійський хімі-органік Хеуорс у 20-х роках 20-ого століття запропонував зображати циклічні форми моносахаридів у вигляді плоских багатокутників, розміщених перпендикулярно площині креслення. Хімічні зв’язки циклу, що знаходяться над площиною, зображають жирними лініями, а зв’язки, розміщені за площиною – звичайними лініями. Атом кисню в циклі розміщується за площиною рисунка, причому у піранозному циклі – в правому куті. Замісники розміщуються над і під площиною циклу.
Для переходу від формул Коллі-Толленса до формул Хеуорса використовують такі правила:
1. Замісники, розміщені у формулі Коллі-Толленса ліворуч від вертикальної лінії вуглецевого ланцюга, зображуються у формлі Хеуорса над площиною циклу, а замісники, розміщені праворуч – під площиною. Це означає, що у α-аномеру моносахаридів Д-ряду напівацетальний гідроксил знаходиться під площиною циклу, а у – β-аномеру – над площиною.
2. У альдогексоз Д-ряду у піранозній формі група –СН2ОН, а у фуранозній – група – СН(ОН)СН2ОН завжди розміщується над площиною циклу.
Аналогічно зображаються за допомогою формул Хеуорса піранозні та фуранозні форми кетогексоз.
Якщо глікозидній гідроксил у першого вуглецевого атомів повернутий по відношенню до площини кільця вправо, то це буде α-форма моносахариду, якщо вліво – β-форма.
α- і β-форми відрізняються одна від одної протилежним розміщенням груп лише при одному асиметричному (півацетальному) вуглецевому атому, вони є діастереоізомерами.
Моносахариди в кристалічному вигляді існують в півацетальних формах з 6 атомів.
Природна D-глюкоза є α-D-глюкопіранозою. При розчиненні у воді вона таутомірно перетворюється в гідро карбонільну форму, а остання переходить у всі 4 циклічні полуацетарні форми. Між цими всіма формами у розчині встановлюється динамічна рівновага за переважанням циклічних α- та β-піраноз. Розчинення у воді супроводжується оптичним ефектом, який назвали явищем мутаротації – кут обертання розчину моносахариду, який тільки приготували, після того як він постоїть, поступово змінюється, поки не досягне постійної цифри, характерної для такого моносахариди. Наприклад, для D-глюкози цей кут дорівнює +52,7о.
Фуранозні форми моносахаридів термодинамічно менш вигідні, ніж піранозніо, оскільки в практично плоскому п’ятичленному циклі замісники змушені перебувати в нестабільній конформації. Навпаки, шестичленні цикли мають кріслоподібну форму, в якій замісники при сусідніх атомах вуглецю займають більш вигідні положення. Існують два типи кріслоподібної конформації: піранози–1С4 і 4C1 (цифри у верхніх і нижніх індексах показують номери атомів С, що знаходяться відповідно у верхніх і нижніх положеннях крісла). Для більшості альдогексоз D-ряду кращим є крісло 4C1 з екваторіальної групою СН2ОН і тільки для D-ідози в рівновазі переважає конформація 1С4 (вплив аксільних груп ОН):
На відносну стійкість α–і β-форм крім просторових чинників впливають диполь–дипольні взаємодії. Вперше здійснено перегрупувальний ефект, в результаті якого замісник при аномерному атомі прагне зайняти аксіальне положення (особливо в малополярних розчинниках), і D2–ефект, що полягає в підвищеній нестабільності конформера з екваторіальним замісником у аномерного атома при наявності аксіального гідроксилу в положенні 2 (внаслідок взаємного відштовхування атомів О; дивись формули Ньюмена):
Крім того, на відносну стійкість α–і β-форм впливають водневі зв’язки, які можуть відігравати стабілізуючу роль у відносно малополярних розчинниках, і деякі ін фактори.
Крім звичайних відомо кілька груп моносахаридів, що відрізняються своєрідним набором функціональних груп або структурою вуглецевого ланцюга. До них відносяться дезоксицукри (одна абодекілька груп ОН заміщені на атоми Н), аміноцукри (одна або декілька груп ОН заміщені на аміногрупи), уронові кислоти (група СН2ОН окислена в карбоксильну), розгалужені цукри (мають розгалужену вуглецевий ланцюг з метильною, гідроксиметильною або альдегідною групою в якості відгалужень), вищі 2-кето-З-дезоксіальдонові кислоти, в тому числі сіалові кислоти – похідні 2-кето-3,5–дідез-окси-5-аміно–D–гліцеро-D-галактононової (нейрамінової) кислоти (формула VI).
Аміноцукри, органічні сполуки, в молекулах яких містяться групи, характерні для цукрів, — альдегідна (CHO) або кетонна (CO) група, декілька гідроксильних (ОН) і одна або декілька аміногруп (NН2 ). Вуглецевий ланцюг ваміноцукрів може бути нерозгалуженим або розгалуженим. Як похідні моносахаридів,аміноцукри володіють відновлюючими властивостями і дають реакції цукрів, але проявляють і властивості органічних основ. Аміноцукри широко поширені в природі, зустрічаються у всіх тканинах тварин, рослин, в мікроорганізмах, у складі складних білків і ліпідів, полісахаридів, глікозидів іін..; вони входять до складу багатьох гормонів, антибіотиків і інших біологічно активних речовин. Найбільш поширені глюкозамін і галактозамін . Багато амінів отримані синтетично.
Методи одержання моносахаридів.
1. В природі вуглеводів утворюються в рослинах із діоксину вуглецю, який вони поглинають з повітря. Вони є результатом фотосинтезу – ряд багатьох дуже складних реакцій які протікають в рослинах під впливом енергії сонця при каталітичній дії хлорофілу (зеленої речовини рослин) та каротиноїдів. Фотосинтез рослин можна представити сумарним рівнянням:
nCO2 + mH2O → CnH2mOm + nO2
В тваринні організми вуглеводи потрапляють з їжею, головним чином рослинного походження. Важливе джерело одержання моносахаридів є природні полісахариди. При їх гідролізі в присутності мінеральних кислот утворюються різні гексози та пентози. Деякі моносахариди зустрічаються в природі у вільному стані (наприклад, D-глюкоза та D-фруктоза містяться в соках різних фруктів, овочів, ягід, входять до складу меду).
Здійснені й різні способи синтетичного одержання моносахаридів:
Окислення багатоатомних спиртів.
При цьому одержують суміш альдоз (при окисленні первинних спиртових груп) та кетоз (при окисленні вторинних).
Хімічні властивості моносахаридів.
Хімічні властивості моносахаридів обумовлені наявністю в молекулі функціональних груп двох видів. Наприклад, глюкоза як багатоатомний спирт утворює прості й складні ефіри, комплексну сполуку з гідроксидом міді (II), як альдегід вона окисляється аміачним розчином оксиду срібла в глюконову кислоту й відновлюється воднем у шестиатомний спирт – сорбіт. У напівацетальній формі глюкоза здатна до нуклеофильного заміщення напівацетального гідроксилу на групу -OR (утворення гликозидів, оліго– і полисахаридів).
Практичне значення має реакція бродіння – розщеплення глюкози під дією різних мікроорганізмів:
а) спиртове бродіння
C6H12O6 ® 2C2H5OH + 2CO2
б) молочнокисле бродіння
C6H12O6 ® 2CH3-CH(OH)-COOH (молочна кислота)
Аналогічно поводяться в хімічних реакціях й інші моносахариди.
1.Відновлення.
Моносахариди відновлюються до багатоатомних спиртів гідрогеном в присутності каталізатора:
D-глюкоза D-сорбітол
При відновленні глюкози воднем при наявності каталізатора утворюється шестиатомний спирт — D-сорбітол:
Сорбітол вперше був виділений з плодів горобини.
• Приблизно в два рази менш солодкий, ніж сахароза.
• Не підвищує вмісту глюкози в крові, тому його використовують як замінник сахарози в харчуванні людей, хворих на цукровий діабет.
• Використовують для виробництва аскорбінової кислоти (вітаміну С).
2. Окиснення. Усі моносахариди легко окиснюються. При цьому залежно від характеру окиснювача можуть утворюватися одноосновні (альдонові) або двохосновні (сахарні) кислоти.
а) М’які окиснювачі, наприклад, бромна вода, при кімнатній температурі окиснюють тільки альдегідну групу моносахариду.
D-глюкоза за таких умов окиснюється до D-глюконової кислоти, кальцієва сіль якої — глюконат кальцію — використовується в медицині.
б) У лужному середовищі окиснення моносахаридів відбувається з розщепленням їх вуглецевого ланцюга. Утворюються продукти, які виявляють сильні відновні властивості. Слабкі окиснювачі, як оксид срібла Ag2O, гідроксид міді Сu(ОН)2, реактив Фелінга при легкому нагріванні з альдозами відновлюються до металічного срібла і оксиду міді (I). Розчини моносахаридів мають відновні властивості. Сильні окиснювачі, наприклад, концентрована НNO3, крім альдегідної групи окиснюють також первинну спиртову групу моносахаридів і перетворюють їх на двохосновні сахарні кислоти.
При окисненні слабким окисником в нейтральному або слабоко-кислому середовищі у альдогексоз окиснюється лише альдегідна група, що приводить до утворення альдонових кислот. Дана реакція може використовуватись як якісна для виявлення альдегідоспиртів в присутності кетоспиртів. Глюконова кислота є природним продуктом обміну речовин, а її сіль – глюконат кальцію застосовується як медичний препарат.
При дії енергійного окисника в кислому середовищі (концентрованої азотної кислоти) одночасно з альдегідною групою окиснюється також первинна гідроксильна група на протилежному кінці вуглецевого ланцюга і утворюється альдарова кислота.
В певних умовах, зокрема при дії ферментів в організмі, альдогексози окиснюються до уронових кислот:
У більшості хребетних зв’язування (кон’югація) з глюкуроновою кислотою є найбільш важливим шляхом знешкодження токсичних речовин.
Важливими продуктами окиснення похідних моносахаридів в організмі є сіалові кислоти: мурамова і нейрамінова, які містять дев’ять атомів карбону:
Окиснення моносахаридів аміачним розчином оксиду аргентум або гідроксидом купрум при нагріванні відбувається дуже легко. При цьому в лужному середовищі вуглецевий ланцюг частково руйнується. Тому ці реакції властиві не лише для альдоз, але і для кетоз.
Хімічні властивості вуглеводів у циклічній формі.
3. Утворення глікозидів (Взаємодія із спиртами).
Моносахариди, будучи циклічними напівацеталями, реагують у присутності кислотного каталізатора зі спиртами та фенолами. Реакція проходить за участю напівацетальної гідроксильної групи і приводить до утворення циклічних ацеталів, які дістали назву глікозиди. Незалежно від вихідної форми моносахариду, у процесі реакції утворюється суміш α- та β-глікозидів.
В зв’язку з тим, що у молекулах глікозидів відсутній напіацетальний гідроксил, вони, на відміну від моносахаридів, не здатні до таутомерії у водних розчинах, не мутаротують і не виявляють відновних властивостей.
Як відомо, альдегіди реагують зі спиртами з утворенням напівацеталів. Аналогічно, моносахариди, будучи полігідроксильними сполуками, утворюють циклічні напівацеталі в результаті внутрішньомолекулярної взаємодії карбонільної та просторово зближеної з нею спиртової групи. Причому, у відповідності з теорією напруження циклів, найбільш сприятлива взаємодія, якщо вона приводить до утворення п’яти- або шестичленніх циклів. Шестичленний цикл утворюється при взаємодії оксогрупи з гідроксильною групою при С5 альдогексоз або С6 кетогексоз. Він називається піранозним (від шестичленного циклу пірану).
При взаємодії оксогрупи з гідроксильною групою при С4 альдогексоз або С5 кетогексоз утворюється п’ятичленний цикл, який називають фурнозним (від п’ятичленного циклу фурану).
Хімічні властивості циклічної форми моносахариду в першу чергу визначаються наявністю глікозидного гідроксилу. Цей гідроксил виявляє набагато більшу реакційну здатність, ніж інші гідроксили. Тому із спиртами реагує тільки глікозидний гідроксил моносахаридів, інші гідроксили за цих умов у реакцію не вступають. У результаті реакції утворюються ацеталі – прості ефіри моносахаридів, які називаються глікозидами
Глікозиди побудовані по типу простих. Молекули глікозидів складаються з цукрової частини і аглікону (нецукрової частини). Прикладом глікозидів є серцеві глікозиди, флавоноїди.
Назви глікозидів утворюються з назв моносахаридів, замінюючи суфікс –оза на –озид. наприклад, фруктозид, галактозид, рибозид, глюкозид та ін. В залежності від розміру циклу (піранозний чи фуранозний) глукозиди поділяють на піранозиди і фуранозиди. α- та β-Аномери моносахаридів відповідають α- та β-глікозиди. Невуглеводневу частину молекули глікозиду називають агліконом. Хімічний зв’язок між аномерним атомом вуглецю моносахариду і агліконом у глікозиді називається глікозидним.
В назві глікозиду вказують все: вихідний вуглевод, величину циклу, конфігурацію, радикал (нецукрова частина), його розміщення. Закінчення –ид вказує на відсутність в молекулі вільного напівацетального гідроксилу.
Глікозиди як ацеталі легко гідролізуються в кислому середовищі, але виявляють стійкість до гідролізу у слабколужному середовищі.
При гідролізі відбувається розщеплення глікозиду на аглікон і цукровий компонент і утворюється суміш a– і b-аномерів глікопіранозидів. Глікозиди не здатні до мутаротації.
Глікозиди широко розповсюджені в природі. У переважній більшості вони є β-глікозидами. в якості агліконів у природних глікозидах часто виступають гідроксилвмісні сполуки – феноли, стероїди і самі моносахариди. Зв’язок аглікону з аномерним атомом вуглецю в цих сполуках здійснюється через атом кисню, тому такі глікозиди називають О-глікозидами. Прикладом О-глікозидів є глікозид арбутин, який міститься у листі мучниці звичайної.
Крім О-глікозидів, відомі N-глікозиди і S-глікозиди.
В N-глікозидах агліконами є залишки аліфатичних, ароматичних, гетероциклічниз амінів та інші NН-вмісні органічні сполуки. Зв’язок аглікону з моносахаридом у N-глікозидах здійснюється через атом азоту. До N-глікозидів належать продукти розщеплення нуклеїнових кислот і нуклеопротеїдів (нуклеотиди, нуклеозиди). АТФ, які відіграють важливу роль в обміні речовин, а також деякі антибіотики та ін.
Прикладом S-глікозидів є глікозид синігірин, який міститься у насінні сарепської гірчиці.
В S-глікозидів агліконами є тіоли, а зв’Язок аглікону з моносахаридом здійснюється через атом сірки.
Моносахариди, як багатоатомні спирти, утворюють розчинні комплекси з гідроксидами кальцію і купрум. За рахунок гідроксильних груп моносахариди утворюють сполуки типу етерів, причому глікозидний гідроксил відрізняється від інших вищою реакційною здатністю. Похідні, в яких гідроген в глікозидному гідроксилі заміщений на радикал, називають глікозидами:
На відміну від етерів глікозиди легко гідролізуються в присутності кислот або ферментів.
Глікозиди часто зустрічаються в живій природі. Це високоактивні речовини. До них належать рослинний індикан, з якого вироблявся фарбник індиго, дигитоксин, який використовується для стимуляції серцевого м’яза, антибіотики, такі як стрептоміцин, цереброзиди нервової тканини тварин. Глікозидний зв’язок існує і в нуклеотидах між залишками пентози і азотистої основи.
В жорстких умовах етери утворюють і спиртові гідроксильні групи. Ці зв’язки більш міцні.
Так, моносахаридине беруть участь у деяких реакціях, типових для карбонільної групи. Одна з гідроксигруп відрізняється підвищеною реакційною здатністю і її заміщення на групу -OR приводить до зникнення властивостей альдегіду (або кетону).
Це приводить до висновку, що моносахаридам, крім наведених формул, властива також інша структура, що виникає в результаті внутрішньомолекулярної реакції між карбонільною групою з одним зі спиртових гідроксилів.
Реакція приєднання спирту до альдегіду з утворенням напівацеталю усередині однієї молекули супроводжується її циклізацією, тобто утворенням циклічного напівацеталю.
Відомо, що найбільш стійкими є 5-ти й 6-ти членні цикли. Тому, як правило, відбувається взаємодія карбонільної групи з гідроксилом при 4-му або 5-му вуглецевому атомі (нумерація починається з карбонільного вуглецю або найближчого до нього кінця ланцюга).
Циклічні форми моносахаридів за хімічною природою є циклічними напівацеталями.
Циклічні напівацеталі отримують при взаємодії спиртової та альдегідної групи, які належать одній молекулі моносахариду.
При цьому утворюється хіральний атом карбону, з яким зв’язана напівацетальна група. Цю гідроксильну групу називають глікозидною. За властивостями вона значно відрізняється від спиртових груп моносахаридів.
У результаті утворюються термодинамічно більш стійкі п’ятичленні фуранозні, і шестичленні пыранозні цикли.
Альдогексози утворюють півацеталь в результаті взаємодії гідроксильної групи при С-5 з альдегідною групою.
Кетогексози утворюють аналогічний цикл при взаємодії гідроксильної групи і кето-групи.
У назвах циклічних форм поруч з назвою моносахариду вказують розмір циклу у вигляді закінчення піраноза або фураноза. Хіральний атом карбону, який утворюється, називають аномерним, а два відповідних ізомери α-і β-аномерами.
Моносахариди здатні утворювати естери. В живих системах моносахариди та їх похідні функціонують у вигляді неповних фосфорнокислих естерів, наприклад:
При взаємодії моносахаридів з амінами гідроксил заміщується на аміногрупу. Так, вище згаданий зв’язок в нуклеотидах є N-глікозидним. В природних вуглеводах поширені 2-амінопохідні гексоз та їх N-ацетилпохідні, наприклад:
Карбонільні групи ланцюгових форм моносахаридів вступають без участі каталізаторів (неферментативно) в реакції з аміногрупами білків. Цей процес відбувається в декілька стадій і приводить до утворення продуктів з характерним кольором смаженого м’яса, названих продуктами Майара на честь біохіміка, який відкрив їх у 1912 р. Процеси глікозування приводять у хворих діабетом до порушення згортання крові, еластичності сполучної тканини та багатьох інших функцій. Завдяки продуктам Майара шкіра діабетиків та людей похилого віку має буруватий відтінок. Вони утворюють скоринку при смаженні.
Кетози відрізняють від альдоз за допомогою реакції Селіванова, в якій вони значно швидше від альдоз в кислому середовищі утворюють з резорцином забарвлені в рожево-червоний колір продукти. До речі, проміжний продукт цього процесу – фурфурол, або його похідні, зумовлюють характерний аромат свіжовипеченого хліба:
Моносахариди та їх похідні виконують важливі біологічні функції. Це перші органічні речовини, які утворюються з вуглекислого газу в процесі фотосинтезу. Вони використовуються як найбільш мобільне джерело енергії, так як легко вступають в окисно-відновні перетворення. При повному окисненні
4. Алкілювання
При взаємодії моносахаридів з галогеналканами або диметилсульфатом (CH3)2SO4 алкілування проходить за участю всіх гідроксильних груп, включаючи і напівацетальний гідроксил. В результаті реакції утворюються глікозиди, алкіловані по всіх гідроксильних групах. Такі сполуки в кислому середовищі гідролізують тільки за участю глікозидного зв”язку. Прості ефіри, що утворилися по решті гідроксильних груп, гідролізу не піддаються:
5. Ацилювання
При ацилюванні вуглеводів ангідридами карбонових кислот легко утворюються складні ефіри (естери).
При взаємодії моносахаридів з ангідридами карбонових кислот легко утворюються складні ефіри по всіх гідроксильних групах. Так, при дії на глюкозу оцтовим ангідридом утворюється пентаацетилглюкоза.
В кислому та лужному середовищі складні ефіри моносахаридів гідролізуються.
Серед складних ефірів моносахаридів важливе значення мають ефіри фосфорної кислоти. Вони містяться в усіх рослинних і тваринних організмах і відіграють велику роль в обміні речовин. Фосфати рибозиі дезоксирибози входять до складу нуклеїнових кислот, фосфати Д-глюкози і Д-фруктози беруть участь у синтезі вуглеводів, пірофосфорні ефіри моносахаридів беруть участь у синтезі пуринових і піримідинових нуклеотидів. Фотосинтез, бродіння та інші біологічні процеси також здійснюються за участю фосфатів моносахаридів.
Окремі представники.
Вітамін С (аскорбінова кислота)
Аскорбінова кислота або вітамін С – водорозчинний вітамін, який міститься в багатьох овочах та фруктах. Аскорбінова кислота – сильний відновний реагент, при окисненні перетворюється на дегідроаскорбінову кислоту, котра, у свою чергу, здатна вельми легко відновлюватися до аскорбінової кислоти.
Роль вітаміну С в організмі пов’язана з його участю в окисно-відновних процесах, вуглеводневому обміні, у регенерації тканин, у синтезі стероїдів та ін. аскорбінова кислота виявляє сильні кислотні властивості, що пов’язано з дисоціацією однієї з гідроксильних груп ендіольного фрагметнта.
В промисловості аскорбінову кислоту одержують з D-глюкози.
Для зручності формулу аскорбінової кислоти прийнято зображувати так, як показано нижче. За міжнародною номенклатурою вітамін С має назву – γ-лактон-2,3-дегідро-L-гулонової кислоти.
Потреба у вітаміні С для людини – 50-70 мг на добу. Його недостача в організмі понижує опірність організму до інфекційних хвороб
Глюкозамін (2-дезокси-2-аміноглюкопіраноза)
Глюкозамін або 2-дезокси-2-аміноглюкопіраноза є структурним компонентом глікопротеїдів і полісахаридів. Його N-метильне похідне є структурною частиною стрептоміцину, а N-ацетилпохідне – хітину. Добувають Д-глюкозамін гідролізом хітину. Глюкозамін це сильна основа, що з мінеральними кислотами утворює солі.
Загальна реакція на вуглеводи з a-нафтолом (реакція Моліша).
На межі двох шарів спостерігається красиве червоно-фіолетове кільце. Це пояснюється утворенням фурфуролу.
Реакцію з a-нафтолом дають всі вуглеводи. Поява забарвлення обумовлено розщепленням молекули вуглеводу при дії концентрованої сульфатної кислоти з утворенням фурфуролу або його похідних, які вступають в реакцію конденсації з a-нафтолом, утворюючи забарвлені речовини. Зокрема, фруктоза реагує таким чином:
Нафторезорцинова проба Толленса (загальна реакція на вуглеводи)
Поява забарвлення обумовлено утворенням продуктів конденсації глюкуронової кислоти з нафторезорцином з утворенням похідних динафтиламіну (І) або ксантену (ІІ):
Уронові кислоти, для виявлення яких часто використовується дана реакція, забарвлюють етерний шар у фіолетовий колір.
Доведення наявності гідроксильних груп у моносахаридів.
а) взаємодія вуглеводів з купрум(ІІ) гідроксидом. Аналогічну реакцію з купрум(ІІ) гідроксидом дають багатоатомні спирти, а отже, глюкоза, фруктоза (а також інші моносахариди) є багатоатомними спиртами.
б) взаємодія вуглеводів з фелінговою рідиною. Всі розчини моногсахаридів забарвлюються в синій колір, що вказує на наявність багатоатомних спиртів.
Доведення наявності альдегідної групи в моносахаридах.
а) взаємодія моносахаридів з амоніачним розчином аргентум оксиду (реакція “срібного дзеркала”).
На стінках пробірки осаджується вільне срібло у вигляді дзеркального нальоту або сірого осаду.
Розчин фруктози також має відновні властивості. Зумовлено це тим, що під дією лугів фруктоза ізомеризується в глюкозу і манозу, які й відновлюють амоніачний розчин аргентум оксиду:
Дана реакція є специфічною на альдози і відновні дисахариди:
б) відновлення моносахаридами купрум(ІІ) гідроксиду в присутності лугу (проба Троммера). В лужному середовищі при нагріванні моносахариди відновлюють купрум(ІІ) гідроксид в купрум(І) оксид. При нагріванні спочатку синє забарвлення змінюється на зелене, а потім знебарвлюється. Одночасно з’являється жовтий осад купрум(І) гідроксиду, який перетворюється на червоно-оранжевий осад купрум(І) оксиду. Аналогічно проходить реакція з мальтозою.
в) взаємодія моносахаридів з фелінговою рідиною. Спостерігають виділення голубого осаду купрум(ІІ) гідроксиду, який із сегнетовою сіллю утворює водорозчинний комплекс синього кольору:
Спостерігають поступове знебарвлення розчину і утворення червоно-оранжевого осаду купрум(І) оксиду:
Окиснення моносахаридів бромною водою.
Спостерігають, як розчин глюкози знебарвлює бромну воду, тоді як забарвлення реакційної суміші з фруктозою майже не змінюється. Отже, на відміну від фруктози, глюкоза окиснюється бромною водою.
Після охолодження в реакційну суміш, яка містила глюкозу, додають кілька крапель 1%-го розчину хлориду заліза (ІІІ), забарвленого фенолом у фіолетовий колір. З’являється зеленувато-жовте забарвлення, характерне для солей феруму із α-гідроксикиcлотами.
Глюкоза окиснюється бромною водою в глюконову кислоту, яка має п’ять гідроксильних груп, одна з яких знаходиться в α-положенні до карбоксильної групи. Тому дана кислота дає характерну для α-гідроксикислот кольорову реакцію з хлоридом феруму (ІІІ).
Доведено, що окисником глюкози (та інших альдоз) є бром, а не бромнуватиста кислота, яка перебуває з ним у рівновазі в бромній воді. Глюкоза окиснюється бромом спочатку в δ-лактон. Це означає, що даний моносахарид піддається окисненню в циклічній (піранозній) формі. δ-Лактон потім приєднує воду і перетворюється на глюконову кислоту.
Утворення озазонів глюкози і фруктози.
Випадають жовті голчасті кристалики озазонів глюкози і фруктози. При охолодженні маса осаду збільшується.
Реакція утворення озазону відбувається в три стадії. В першій стадію утворюється фенілгідразон. У другій стадії утворений фенілгідразон взаємодіє з новою молекулою фенілгідразину, в результаті спиртова група при другому атомі карбону окиснюється в кетонну. В третю стадію відбувається взаємодія утвореної карбонільної сполуки з третьою молекулою фенілгідразину. При цьому одержують дифенілгідразон, або озазон, що представляє собою кристали лимонно-жовтого кольору, важко розчинні у воді:
Реакція одержання озазонів має велике значення. Озазони добре кристалізуються, мають характерну кристалічну форму і чітко виражену температуру топлення. Ці особливості широко використовуються для виділення індивідуальних цукрів із сумішей і для їх ідентифікації і розпізнавання.
Озазони глюкози, фруктози і манози ідентичні.
Якісні реакції на пентози.
а) реакція на пентози з орцином (реакція Біаля). ІІри нагріванні пентоз з хлоридною кислотою утворюється фурфурол, який з орцином утворює зелене забарвлення.
Органічний шар забарвлюється в зелений колір.
Вважають, що реакція відбувається за схемою:
Глюкоза, галактоза, фруктоза в цих умовах забарвлює органічний шар в коричневий колір.
б) утворення фурфуролу і конденсація його з аніліном. З
З’являється яскраво-червона пляма.
Унаслідок наявності довгої системи спряжених подвійних зв’язків дана сіль має яскраве забарвлення.
в) кількісне визначення пентози (за Мейбаумом). У пробірку із зворотним повітряним холодильником вносять піпеткою 3 мл досліджуваного розчину рибози і добавляють 3 мл орцинового реактиву. Одночасно готують розбавлений стандартний розчин рибози. Для цього в мірну колбу на 500 мл вносять піпеткою 5 мл вихідного розчину рибози і доводять водою до риски. З цього розчину піпеткою беруть 3 мл розчину (30 мкг рибози), вносять у пробірку, що має зворотний повітряний холодильник і добавляють 3 мл орцинового реактиву. Обидві пробірки ставлять у киплячу водяну баню на 20 хвилин, охолоджують і фотометрують з фільтром 660 нм. Розчином порівняння виступає вода.
Вміст пентози розраховують за формулою: C = ,
де а – кількість рибози в стандартному розчині; D, D1 – оптична густина відповідно досліджуваного і стандартного розчину.
Якісні реакції на гексози.
Альдогексози при дії мінеральної кислоти поряд з іншими продуктами утворює 5-гідроксиметилфурфурол:
Утворений 5-гідроксиметилфурфурол нестійкий і легко гідролізується до левулинової кислоти:
Фруктоза утворює левулинову кислоту вже при нагріванні з розведеною хлоридною кислотою, а при дії концентрованої кислоти – відбувається глибока деструкція молекули. Утворення левулинової кислоти підтверджують йодоформною реакцією.
Спостерігають жовте помутніння і відчувають характерний запах йодоформу:
б) реакція Селіванова на кетози.
Розчин, який містить фруктозу, відразу забарвлюється в яскраво-червоний колір, а розчин, що містить глюкозу, лише трохи жовтіє. Зумовлено це тим, що гексози в процесі нагрівання з соляною кислотою перетворюються в гідроксиметилфурфурол, який з резорцином дає забарвлений продукт конденсації. Фруктоза в умовах досліду перетворюється на гідроксиметилфурфурол у 15-20 разів швидше, ніж глюкоза. Цим зумовлена різна швидкість утворення забарвлення з розчинами фруктози і глюкози і різна його інтенсивність:
Дана реакція дає змогу швидко виявити кетогексози (зокрема фруктозу) як вільні, так і зв’язані в молекулах дисахаридів.
б) якісна реакція на фруктозу з дифеніламіном. Фруктоза забарвлюється в інтенсивний синій колір унаслідок утворення похідного фурану такої будови:
Реакцію фруктози із розчином дифеніламіну в пристуності хлоридної кислоти використовують для колориметричного визначення фруктози.
Реакція Келлера-Кілліані (відкриття дезоксицукрів).
Спостерігають забарвлення верхнього шару рідини у васильково-синій колір.
Дана реакція є специфічною на вільні дезоксицукри, або якщо вони займають крайнє положення в молекулі глікозиду.
Синтез органічних сполук.
b-ПЕНТААЦЕТИЛГЛЮКОЗА
Схема синтезу
Методика синтезу. (Дослід проводять під витяжною шафою.)
У сухій пробірці приладу змішують 0,5 г безводної глюкози з 0,5 г безводного натрій ацетату. До одержаної суміші додають 2 мл оцтового ангідриду. (Обережно! Оцтовий ангідрид дає опіки!) Пробірку з реакційною сумішшю закривають корком з повітряним холодильником і нагрівають на киплячій водяній бані або спиртівці (газовому пальнику) до повного розчинення кристалів глюкози. Одержану однорідну масу охолоджують і виливають у пробірку з 5-6 мл води. Випадають кристали b–пентаацетилглюкози.
Список рекомендованої літератури:
Основна:
1. Черних В.П., Зіменковський Б.С., Гриценко І.С. Органічна хімія /За заг. ред. В.П. Черних. – 2-ге вид., випр. і доп. – X: Вид-во НФаУ; Оригінал, 2008. – 752 с.
2. Ю.О. Ластухін, С.А. Воронов. Органічна хімія. – Львів “Центр Європи”, 2006. – 864 с. 3. В.П.Черних, I.С.Гриценко, М.О.Лозинський, З.І.Коваленко Загальний практикум з органічної хімії: Навч. посіб. для студ. ВНЗ III -IV рівнів акредитації /Під загальн. ред. В.П.Черних. – X.: Вид-во НФаУ; Золоті сторінки, 2003. – 592 с.
3. В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.П.Лузин, Н.А. Тюкавкина. Органическая химия. – Москва «Дрофа», 2003. – 639 с.
4. Н.Н. Артемьева, В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.А.Кост, А.П.Лузин, В.Е. Ручкин, И.А.Селиванова, Н.А. Тюкавкина Руководство к лабораторным занятиям по органической химии. – Москва «Дрофа», 2002. – 384 с.
Додаткова:
1. Березин Б. Д. Курс современной органической химии. – М.: Высшая школа, 2003.–768 с.
2. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии: В 2 кн. /Пер. с англ. /Под ред. А.Н. Несмеянова. – М.: Мир. 1968.
3. Марч Дж. Органическая химия: В 4 т. – М.: Мир, 1987,
4. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – М.: Химия, 1979. – 832 с.
5. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1996. – 847 с.
6. Физер Л., Физер М. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1969.
7. Найдан В.М. Органічна хімія (Малий лабораторний практикум). – Київ, 1994. – 336 с.
8. Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. – М.: Химия, 1964.
9. Голодников Г.В., Мандельштам Т.В. Практикум по органическому синтезу. – Издательство ЛГУ имени А.А. Жданова, 1976.
