Эпимеризация_глюкозы_во

Содержание

Органическая химия.3828
5. Эпимеризация
6. Химические свойства моносахаридов
1. Окисление
Галактаровая и др.) кислоты

Органическая химия.3828

Рис. 14. Показание шкалы для правовращающего вещества (+α): а – приближенное («грубое») измерение: α п ~ 1,5°; б – с риской лимба совпала риска нониуса 36; уточняющее измерение α у = 0,36°. Точный результат измерения: α н = α п + α у = = 1,5 + 0,36 = 1,86°; α изм. = α н = 1,86

Рис. 15. Показания шкалы для левовращающего вещества (–α): а – приближенное («грубое») измерение: α н ~ 358,5°4 б – с риской лимба совпала риска нониуса 20; уточняющее измерение α у = 0,20°. Точный результат измерения: α н = α п + α у = 358,5 + 0,20 = 358,70 ; α изм. = α н – 360 = 358,70 – 360 = –1,30

«0» нониуса показывает на шкале лимба α с точностью до 0,5° – «грубое» измерение . Для получения точного (до 0,02°) результата измерения нужно найти пару наиболее точно совпадающих делений (рисок) лимба и нониуса (две риски образуют единую линию без излома). Показание на шкале нониуса , совпадающее с риской лимба, дает деся- тые и сотые доли градуса . Полный точный результат измерения – сумма показаний лимба и нониуса (см. пояснения к рис. 14 и 15). Окончательный (истинный) результат измерения угла вращения плоскости поляризации получается с учетом поправки нуля прибора. Г. ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ПРИБОРЕ СМ-3 1. Включение прибора Поляриметр включить в сеть переменного тока 220 В и выдержать не менее 10 мин. 2. Наполнение кюветы раствором Отвинтить колпачок кюветы, снять покровное стекло с прокладкой и убедиться, что второй (нижний) колпачок завинчен плотно. Трижды ополоснуть кювету исследуемым раствором и, держа трубку вертикально, налить раствор в кювету до появления на конце трубки выпуклого мениска жидкости. Покровным стеклом «срезать» мениск, надвигая шайбу-прокладку, надеть колпачок прорезью на шпенек кюветы и плотно завернуть накидную гайку. Оставшийся пузырек воздуха завести в расширенную зону кюветы. Покровные стекла с наружной стороны тщательно протереть мягкой салфеткой. Кювету с раствором установить в кюветное отделение поляриметра посередине и выдержать не менее 1 мин. Вращением втулки установить окуляр полей сравнения (навести «резкость» картины 4а или 4в и впоследствии при измерениях втулку окуляра не трогать). 3 . Осуществление измерения Измерение проводить в следующей последовательности. 1. Совместить на шкале нули лимба и нониуса. 2. Поворотом ручки найти положение лимба, соответствующее равной затемненности обеих половин поля зрения (рис. 13, б ). Небольшие повороты ручки лимба влево и вправо должны давать картины, соответствующие приведенным на рис. 13, а и в . Процедуру перехода от рис. 13, а и в к картине рис. 13, б нужно осуществлять, не снимая руки с ручки лимба.

3. Получить картину (рис. 13, б ) и снять замер со шкалы прибора. Сместить лимб вправо или влево и опять осуществить замер. Сделать измерения не менее трех-четырех раз и получить из этих результатов средний: 1 2 3 4 .

ср

Получить истинный результат с учетом поправки (α ист = α ср – П) и вычислить величину 20 100 ист , D сl где с – концентрация раствора (г/мл), l – длина кюветы с раствором [дм]. Порядок проведения лабораторной работы 1. Заранее ознакомиться с сутью метода ПМ и принципом действия поляриметра и сделать конспект теоретической части (пп. А и Б). 2. В начале практической работы: – включить в сеть (для прогрева) прибор СМ-3; – поставить в кипящую водяную баню на 1–1,5 ч конические колбы с растворами: (а) глюкоза – на эпимеризацию (~100 мл глюкозы + 2–3 капли NaOH); (б) сахароза – на гидролиз (~100 мл сахарозы + [1 мл Н 2 О + 1 мл H 2 SO 4(конц.) ]). 3. Ознакомиться с прибором СМ-3 и методикой снятия замера со шкалы прибора. 4. Для проверки положения «нуля прибора» сделать замеры α на дистиллированной воде. 5. Практические замеры α начать с равновесного (заранее приготовленного) раствора глюкозы. Потренироваться в снятии замеров α. 6. Приготовить свежий 2 %-й раствор глюкозы (навеску 4 г растворить в мерной колбе на 200 мл) и сразу замерить его угол вращения. Отметить время окончания замеров. Оставшийся раствор поставить 64
на мутаротацию. Через 30 и 60 мин стояния свежеприготовленного раствора глюкозы снова снять замеры угла вращения. 7. Замерить α исходного раствора сахарозы. 8. После 1–1,5 ч нагрева раствор эпимеризованной глюкозы охладить (под струей воды из-под крана) до 20 °С и измерить его α. Зафиксировать факт эпимеризации. 9. После 1,5–2 ч нагрева раствор гидролизованной сахарозы охладить до 20 °С и измерить α. Зафиксировать факт инверсии, оценить степень гидролиза сахарозы. 10. Результаты всех измерений α и расчетов [α] D 20 занести в соответствующие таблицы (см. ниже). Сделать выводы к каждому опыту и ко всей работе. Опыт 1. Мутаротация Мутаротация – самопроизвольное постепенное изменение оптической активности вещества после его растворения до установления постоянного угла вращения. Мутаротация характерна для моносахаридов и восстанавливающих олигосахаридов. Причиной мутаротации является превращение таутомерных форм (аномеризация) моносахарида в растворе до установления динамического равновесия между его аномерами. Таутомерное равновесие в растворах моносахаридов устанавливается через 7–10 ч после растворения. Равновесный (мутаротированный) раствор глюкозы содержит примерно 36 % α- D -глюкопиранозы и 64 % β- D -глюкопиранозы; раствор фруктозы – 40 % α- D -фруктофуранозы и 60 % β- D -фруктофу- ранозы.

Глюкоза (2 % раствор)

α 1

α 2

α 3

α 4

α cр

[α] D 20

Свежеприготовленный После 30 мин стояния После 60 мин стояния Равновесный (заранее приготовленный)

CH OH

CH 2 OH

CH OH

-D- глюкопираноза

CH 2 OH

открытая форма

глюкозы

-D- глюкофураноза

Построить график [ ] 20 D = f ( ) протекания мутаротации во времени. Сделайте вывод. Опыт 2. Эпимеризация Эпимеризация – пространственная изомеризация моносахарида в растворе, идущая при нагреве под действием малой концентрации рас- твора NaOH (~0,35 %) или иона молибдата ( MoO 2 4 ), а также стерео- специфических ферментов, – «принудительный» процесс в отличие от самопроизвольной мутаротации. Эпимеры – стереоизомеры, отличающиеся положением в пространстве ОН-группы у С 2 (или кетогруппа у С 2 ). Здесь в эпимерное «семейство» входят: глюкоза, манноза и фруктоза. Процесс эпимеризации (превращения одного эпимера в другой) происходит через стадию образования ендиола:

O	1	ОН
C
* 2	OH
H — C
R’	OH	1	1
[D-глюкоза]			1	HO	С H	СH 2 OH
или, или	C 2	1	2 C = O
H	C 2	1	2 C = O	O	HO
C
2	R’	R’
*
HO — C		H	[ендиол-1,2]		(C 3 -C 6 )
[D-фруктоза]
R’

[D-манноза] После эпимеризации равновесного раствора глюкозы в смеси могут содержаться все три эпимера – глюкоза, фруктоза и манноза. Сделайте вывод.

Глюкоза (2 % раствор)	α 1	α 2	α 3	α cр	[α] D 20
Равновесный (заранее
приготовленный)
Эпимеризованный (после
нагревания с NaOH)

Опыт 3. Инверсия саахарозы Инверсия – изменение не только величины, но и направления угла вращения сахарозы (+66,5°) в результате кислотного гидролиза из-за расщепления ее молекулы на глюкозу (52,3°) и фруктозу (–92,3°). Полностью гидролизованная сахароза – инвертный сахар – содержит 1:1 глюкозу и фруктозу и имеет [ ] 20 D = – 32,6° (см. пояснение к табл. 1).
Поскольку раствора H 2 SO 4 к раствору сахарозы добавлено небольшое количество (во избежание значительного отклонения от концентрации сахарозы 2 %) – гидролиз сахарозы проходит не полностью. По результатам измерений [ ] 20 D можно оценить степень гидролиза сахарозы сравнением практически полученной в опыте величины [ ] 20 D со справочной величиной [ ] 20 D для инвертного сахара (полностью гидролизованной сахарозы). Из каждой одной молекулы сахарозы получается при гидролизе одна молекула глюкозы и одна молекула фруктозы ( написать реакцию гидролиза сахарозы ). Если доля гидроли-

зованных молекул сахарозы Y ,		то [	] 20 D (измер.) =		(1 –	Y ) [ ] 20 D		(сах.) +
+ Y [ ] 20 D (глюк.) + Y [ ] 20 D (фрукт.) = (1 – Y ) 66,5 + Y 52,3 + Y (–92,3).
Откуда степень гидролиза сахарозы:
20	66,5
D (измер.)
	Y	.
106,8
			Измерение отрицательных углов вращения гидролизованной саха-
розы, см. пояснения к рис. 15.
Углевод		α 1	α 2	α 3	α 4	α cр	Y
Сахароза
Инвертный сахар
Сделайте вывод.

Источник

5. Эпимеризация

Под действием щелочей некоторые моносахариды, отличающиеся конфигурацией одного хирального центра, могут превращаться друг в друга через промежуточное образование общейендиольной формы:

(63,5%) (2,5%)

Стереоизомеры, отличающиеся конфигурацией одного хирального центра, называются эпимерами, а процесс их взаимного превращения друг в друга в щелочной среде – эпимеризацией.

6. Химические свойства моносахаридов

1. Окисление

а) мягкое (см. лабораторные работы) Cu₂O t° + Сu(OH)₂+CuOH H₂O альдоновые кислоты (глюконовая, галактоновая и др.) 2Ag(NH₃)₂ OH + 3NH₃ + H₂O + 2Ag t° б) жесткое: альдаровые (глюкаровая,

Галактаровая и др.) кислоты

в) ферментативное: фермент альдуроновые (глюкуроновая, галактуроновая и др.)кислоты2. Восстановлениемоноз проводят под действием водорода в присутствии катализаторов (Pt,Pd,Ni) или гидридов металлов (особенноNaBH₄). Если при этом возникает новый хиральный центр, то образуется два многоатомных спирта: +2H₂Pt + D–фруктозаD-cорбитD–маннит 3. Дегидратация моноз(см. лабораторную работу). При действии минеральных кислот на моносахариды (пентозы или гексозы) происходит отщепление воды с образованием фурфурола (из пентоз) или 5-гидроксиметил-фурфурола (из гексоз): П. Реакции циклических таутомерных форм моносахаридов

Реакции гликозидного (полуацетального) гидроксила.

агликон гликозидная группа О--гликозид 1.1. Образование О-гликозидов. Как уже отмечалось ранее, полуацетали взаимодействуют со спиртами в безводной среде в присутствии кислотных катализаторов с образованием ацеталей. Полуацетальные циклические формы углеводов в этих условиях также образуют ацетали, называемые О-гликозидами: Н + + +H₂O Н + ,D-глюкопираноза 1–О-метил-,D–глюкопиранозид Одновременно с - аномером образуется и-аномер гликозида. Аналогично протекают реакции моносахаридов с фенолами и другими гидрокси- производными. В природе (особенно в растительном мире) распространены О–гликозиды. Ванилин-,D–глюкопиранозид (ваниль) Кверцитрин (анютины глазки, роза, чай, хмель, дуб) – гликозид L-рамнозы Арбутин (толокнянка, брусника)

ОбразованиеN-гликозидов.СредиN–гликозидов наиболее распространены нуклеозиды, являющиеся компонентами нуклеиновых кислот

+ -H₂O , D-рибофураноза N-гликозид – цитидин 2. Реакции спиртовых групп.

Алкилирование.

Если спирты способны алкилировать только полуацетальный или полукетальный гидроксил, то более сильные алкилирующие агенты: диметилсульфат или йодистый метил в щелочной среде алкилируют все спиртовые группы углеводов с образованием простых эфиров. изб. (СН₃)₂SO₄ОН — 1-О-Метил-2,3,4,6-тетра-О- метил-,D-глюкопиранозид Особыми свойствами обладает гликозидная группа (ацеталь). Она легко гидролизуется в кислой среде: Н₂О +CH₃OH Н + 2,3,4,6–тетра-О-метил-,D-глюкопираноза2.2. Ацилирование. Моносахариды этерифицируются с образованием сложных эфиров. Наиболее легко вступают в реакцию с кислотами полуацетальная и первичная спиртовая гидроксильная группы, однако, используя более сильные ацилирующие агенты (ангидриды или галогенангидриды кислот), можно получить и полные сложные эфиры сахаров: 1–ацетил-,D–глюкопираноза + 5 (CH₃CO)₂O + 5 CH₃–COOH 1,2,3,4,6–пентаацетил-,D–глюкопираноза