- •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
• 2. При действии избытка сильных
алкилирующих средств - алкилгалогенидов R –Х и алкилсульфатов R2SO4 в щелочной среде алкилируются все ОН- группы.
•В результате образуются простые эфиры МС по спиртовым ОН и гликозиды по полуацетальному гидроксилу:
CH2OH
O
OH OH OH
OH D-глюкопираноза
|
CH2OCH3 |
|
|||
CH3Iизб. |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|||
OCH3 |
OCH |
||||
|
|||||
|
|
|
|
3 |
OCH3
OCH3
метил-2,3,4,6-тетра-О-метил- - -D-глюкопиранозид
•В полностью алкилированных МС также как и в молекулах гликозидов отсутствует свободный гликозидный ОН и нет возможности для раскрытия цикла, поэтому они не способны к мутаротации и не дают р-ции на оксо-группу.
Свойства алкильных производных
•Поскольку производные у С2-С4,С6 – простые эфиры, то они не подвергаютя гидролизу в разб. к-тах.
•Производное у С1 – гликозид, гидролизуется.
•По этой причине при д-ии разб. минеральных к-т происходит только гидролиз у первого С-атома, высвобождается гликозидный ОН и появляется возможность для раскрытия цикла с образованием оксоформы .
CH2OCH3 |
|
|
|
O |
|
|
H2O |
OCH3 |
OCH |
3 |
|
|
|
H |
|
OCH3 |
|
|
|
|
|
|
OCH3
метил-2,3,4,6-тетра-О-метил- D-глюкопиранозид
CH2OCH3
O
OCH3 OH OCH3
OCH3
2,3,4,6-тетра-О-метил- D-глюкопираноза
CHO
HOCH3
H3CO H
HOCH3
HOH
CH2OCH3
Р-ция метилирования играет важную роль для установления строения олиго- и полисахаридов. Метод метилирования МС с последующим гидролизом и окислением тетраметилпроизводного используют для установления размера цикла.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
COOH |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
OCH3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
CHO |
|
|
|
|
|
|
COOH |
|
|
|
H3CO |
|
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
H |
|
|
|
|
|
|
|
OCH3 |
|||||||||||
H |
|
|
|
|
OCH3 |
|
|
H |
|
|
|
|
OCH3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
COOH |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
H3CO |
|
|
|
|
H |
|
|
|
H3CO |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
[O] |
|
|
|
|
|
|
|
триметоксиглутаровая |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
H |
|
|
|
|
OCH |
|
|
|
H |
4 |
|
|
OCH |
|
|
|
|
кислота |
||||||||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
COOH |
|||||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
CH |
OCH |
|
|
|
|
a C |
|
|
|
b |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
OCH3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,3,4,6-тетра-О-метил |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
H3CO |
|
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||||||||
D-глюкопираноза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4COOH
диметоксиянтарная
кислота
Получение в продуктах окисления при С4 метоксильной группы свидетельствует о том, что С4 исходного МС не участвует в образовании циклической формы.
Образование СООН-группы у С5 доказывает, что у С5 был свободный ОН. Следовательно, исходный МС имел пиранозную форму.
• Б. ОБРАЗОВАНИЕ СЛОЖНЫХ
ЭФИРОВ
В химии углеводов наибольшее применение находят сложные эфиры
уксусной кислоты (ацетаты), бензойной кислоты (бензоаты)
и неорганических кислот (нитраты, сульфаты, фосфаты).
• Ацилирование МС как правило
происходит под действием ангидридов карбоновых кислот в слабощелочной среде (ацетат натрия, пиридин) либо в условиях
кислотного катализа (H2SO4, ZnCl2) с
участием всех ОН-гр.
CH2OH |
|
(CH3CO)2O(изб.) |
CH2OCOCH3 |
|
|
O |
|
O |
|
||
OH |
|
OH |
|
|
|
|
|
OCOCH3 |
OCOCH3 |
||
OH |
|
|
|||
|
|
CH3COO |
|
|
|
OH |
|
|
OCOCH3 |
||
|
|
|
|||
D-глюкопираноза |
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
1,2,3,4,6-пента-О-ацетил- |
|
|
|
|
|
D-глюкопираноза |
|
|
|
|
|
(пентаацетилглюкоза) |
|
|
O |
|
|
O |
|
|
CH3C O |
|
|
Ac |
||
H3CC |
O |
|
|
CH3C |
|
|
|
|
|
|