- •УГЛЕВОДЫ
- •Функции углеводов:
- •Углеводы входят в состав жизненно важных веществ:
- ••Углеводы составляют до 80% сухого вещества массы растений и 2% сухого вещества массы
- ••В растениях углеводы образуются в процессе реакции фотосинтеза,
- ••Некоторые растения накапливают уникальный дисахарид сахарозу (сахар), который в настоящее время выделяют в
- •Классификация
- ••Название «углеводы» эти соединения получили потому, что первые из известных представителей имели состав
- •• Углеводы имеют и другие
- •УГЛЕВОДЫ
- •I. Простые (моносахариды или монозы)
- ••II. Сложные (олигосахариды и полисахариды или полиозы)
- •Моносахариды (МС)
- •O C H *CHOH
- ••МC, содержащие альдегидную группу называются альдозами,
- •При объединении этих названий образуются такие названия как альдопентоза, кетогексоза и т.п.
- ••По химической природе МС делят на:
- ••Однако в природе известны и такие
- •• Б) Аминосахара (точнее
- •• В) Кислые сахара, содержащие
- •Номенклатура
- ••Названия МС образуют в соответствии с их
- ••Названия кетоз образуют из названий соответствующих альдоз, заменяя суффикс «оза» на «улоза». Некоторые
- ••кетозы:
- ••От тривиальных названий образуют названия дезоксисахаров, аминосахаров, карбоксилсодержащих сахаров, многоатомных спиртов и других
- •• При этом:
- ••Названия кислых сахаров образуют следующим образом:
- •COOH H OH
- ••Если СООН-группа находится в конце цепи, то такие кислоты называют
- ••Производные МС, содержащие две
- •COOH H OH
- •COOH H OH
- ••Многоатомные спирты, образующиеся из МС называют глициты (глицитолы) – суффикс «оза» в названии
- •Примеры:
- •Химическое строение
- ••Большинство МС имеют
- ••Рассмотрим строение МС на примере гексозы глюкозы. Гексозы имеют молекулярную формулу
- •• Это так называемая открытая
- ••МС (кроме триоз) в кристаллическом состоянии представляют собой
- ••В результате внутримолекулярного взаимодействия НО-гр. с карбонильной группой образуются циклические полуацетали:
- ••Циклические формы альдогексоз образуются в результате внутримолекулярного взаимодействия альдегидной группы с НО-группой у
- ••В результате образуются устойчивые циклические полуацетальные формы
- ••Эти формы получили название от соответствующих гетероциклических соединений.
- ••Для указания размера колец циклических форм
- •Необходимо подчеркнуть, что
- •• Образование циклической
- ••В циклической форме альдогек- созы имеются только гидроксиль- ные группы, причем они разные:
- •Стереохимия моносахаридов
- ••Для изображения стереоизомеров пользуются формулами Фишера.
- ••Все асимметрические С-атомы находятся в заслоненной конформации и группы Н и ОН направлены
- ••Количество стереоизомеров согласно формуле Фишера равно:
- ••Триозы – 2 стереоизомера (пара антиподов);
- ••Стереоизомеры из разных пар энантиомеров по отношению друг к другу являются
- ••Родоначальником семейства альдоз является глицериновый альдегид,
- ••Глицериновый альдегид содержит 1 асимметрический С- атом и существует в виде пары энантиомеров,
- ••В соответствии с таким отнесением все МС разделены на принадлежащие к D- или
- ••Если ОН гр. или другой заместитель, или О-атом, образующий циклическую форму у конфигурационного
- ••Большинство природных МС относится к D-ряду.
- •ГЕНЕТИЧЕСКИЙ РЯД D-ГЛИЦЕРИНОВОГО АЛЬДЕГИДА
- ••Диастереоизомерные МС, отличающиеся друг от друга конфигурацией лишь одного асимметрического атома C, называются
- ••Наиболее важными в химии углеводов являются такие эпимеры, которые отличаются конфигурацией только одного,
- •Циклические формы
- ••Две стереоизомерные формы альдоз, отличающиеся только конфигурацией С1 (кетоз – С2) называются аномерами.
- ••Для указания его конфигурации используют аномерные префиксы
- ••Циклическая форма, у которой полуацетальный гидроксил расположен по одну сторону с ОН, определяющей
- ••Аномерные префиксы α- и β- используют только в сочетании с конфигурационными префиксами D,
- •полуацетальные гликозидные ОН-группы
- ••В циклических формах моноз на один асимметрический атом С больше, чем в открытых,
- •Перспективные формулы Хеуорса
- •Через С-атомы проводят вертикальные связи, на концах которых пишут НО- и Н- гр.
- ••Группы, которые находятся слева от С-цепи в проекционной формуле Фишера, располагают над плоскостью
- ••Гликозидная НО-группа у альдоз D-ряда в α-форме находится под плоскостью
- ••Н-атом у С5 в формуле Хеуорса оказался под плоскостью цикла, хотя в формуле
- •Рассмотрим примеры
- •• В формулах Хеуорса для
- •Конформационная изомерия
- •Установлено, что пиранозные формы МС существуют преимущественно в виде конформации кресла, в которой
- ••Конформации фуранозных форм МС изучены в меньшей степени. Полагают, что возможны 2 типа
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- ••Как правило, циклические формы МС в
- •Явление самопроизвольного изменения угла вращения плоскости поляризации света при стоянии свежеприготовленного раствора углеводов
- •МС в соответствии со строением могут проявлять свойства:
- •.Реакции по оксоформе
- •Восстановление.
- ••Окисление
- •При окислении реактивами 1),2) образуется смесь продуктов, т.к. МС в щелочной среде неустойчивы.
- ••Кетозы тоже дают положительные реакции с реактивами Толленса и Фелинга, т. к. в
- ••Эти р-ции используются для качественного обнаружения альдоз и кетоз.
- ••Осторожное окисление бромной водой приводит к образованию альдоновых кислот
- •б) Сильные окислители:
- •Реакции с нуклеофильными реагентами
- •COOH H * OH
- ••Реакции с азотистыми основаниями
- ••б) Реакция с фенилгидразином
- •• Эпимеры (глюкоза, манноза,
- •в) Реакция с о-толуидиновым реагентом (ОТР)
- ••Отношение МС к основаниям
- •б) Действие крепких щелочей приводит к глубоким превращениям МС – происходит их разложение
- •в).Образование гликолятов
- •Отношение МС к кислотам
- •Многие качественные цветные реакции на углеводы обусловлены образованием этих производных фурана и их
- •• РЕАКЦИЯ МОЛИША
- •РЕАКЦИЯ СЕЛИВАНОВА
- •Качественная реакция на гексозы
- •Качественная реакция на пентозы
- •Брожение МС
- •Реакции по гидроксильным группам
- •ОН разные по реакционной способности:
- •• A. Образование простых
- ••В зависимости от размера цикла гликозиды делят на пиранозиды и
- ••Названия гликозидов образуют из названия соответствующего МС с заменой суффикса «оза» на
- •Свойства гликозидов
- ••Гликозиды являются ацеталями
- •Гидролиз гликозидов (механизм SN1)
- •Гликозиды подвергаются также
- •• 2. При действии избытка сильных
- ••В полностью алкилированных МС также как и в молекулах гликозидов отсутствует свободный гликозидный
- •Свойства алкильных производных
- •Р-ция метилирования играет важную роль для установления строения олиго- и полисахаридов. Метод метилирования
- •Получение в продуктах окисления при С4 метоксильной группы свидетельствует о том, что С4
- •• Б. ОБРАЗОВАНИЕ СЛОЖНЫХ
- •• Ацилирование МС как правило
- •Свойства ацильных производных
- •Нитраты МС можно получить действием безводной азотной кислоты в уксусном ангидриде. Образующиеся при
- •Сульфаты МС представляют определенный интерес как мономерные единицы широко распространенных в природе сульфатов
- •Пример
- •Важнейшие представители
•Как правило, циклические формы МС в
р-рах преобладают над оксоформой, причем одна из циклических форм присутствует в большем кол-ве, чем другие.
•Если не учитывать небольшое кол-во фуранозных форм в р-рах глюкозы, весь равновесный процесс можно представить
α-D- глюко- пираноза
оксо- форма
-D- глюко-
пираноза
[α]D = +112o |
[α]D = +18,7o |
Свежеприготовленный р-р α-аномера D-глюкозы имеет удельное вращение +112о.
При стоянии р-ра эта величина постепенно снижается и достигает величины +52,5о.
При растворении в воде кристаллических циклических форм
D-глюкозы происходит раскрытие цикла с образованием открытой оксоформы, которая вновь превращается в циклические формы α- и β, вплоть до установления равновесия.
Явление самопроизвольного изменения угла вращения плоскости поляризации света при стоянии свежеприготовленного раствора углеводов получило название
«мутаротация»
(мультиротация – от латинского multum-много,
•rotario-круговращение).
МС в соответствии со строением могут проявлять свойства:
карбонильных соединений,
спиртов полуацеталей.
.Реакции по оксоформе
•Для МС характерны не все р-ции по оксогруппе, т.к. содержание открытой формы в р-ре невелико. Напр., глюкоза в обычных усл. не дает кристаллического
осадка с NaHSO3, не окрашивает фуксинсернистую кислоту.
Восстановление.
При восстановлении МС образуются многоатомные спирты глицитолы.
Восстановители:
H2 /Ni или Pd, NaBH4 , Na/Hg.
C |
O |
|
|
CH2OH |
||
H |
NaBH4 |
|
||||
|
|
|||||
|
|
(CHOH)n |
||||
|
|
|||||
(CHOH)n |
|
CH2OH CH2OH альдозa глицит(ол)
•Окисление
•а) Мягкие окислители:
•1) реактив Толленса – аммиачный раствор
оксида серебра Ag(NH3)2OH;
•2) проба Троммера – СuSO4/NaOH;
•реактив Фелинга (фелингова жидкость) –
щелочной раствор Cu(OH)2 в калиево- натриевой соли винной кислоты;
•реактив Бенедикта – щелочной раствор
Cu(OH)2 в натриевой соли лимонной кислоты;
•3) бромная вода.
При окислении реактивами 1),2) образуется смесь продуктов, т.к. МС в щелочной среде неустойчивы.
Суть реакций – окисление альде- гидной группы до карбоксильной, восстановление реактивов Толленса, Фелинга и Бенедикта, поэтому в упрощенном виде их можно выразить следующей схемой.
O H 1)
C
R 2)
R =
CH(OH)n
CH2OH
реакция
+ Ag серебряного зеркала
|
O OH |
|
|
|
|
C |
!! ! |
||
|
|
|
|
|
|
R |
|
||
|
|
|
|
|
|
+ Cu2O |
|
|
реакция |
|
|
||
|
|
Троммера |
|
|
красно-бурый цвет
•Кетозы тоже дают положительные реакции с реактивами Толленса и Фелинга, т. к. в щелочной среде происходит их изомеризация (эпимеризация) в альдозы
(cм. ниже).