Моносахаридом_является_фруктоза_глюкоза

Моносахариды

Моносахариды –это простые углеводы, не подвергающиеся гидролизу. Они могут иметь 4,5,6 и т.д. атомов углерода, среди них чаще всего встречаются в природе соединения состава С₅Н₁₀О₅(пентозы) и С_бН₁₂О₆(гексозы). По характеру функциональных групп моносахариды могут быть альдозами или кетозами, в то же время все они являются многоатомными спиртами. Важнейшие из них: рибоза, ксилоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. В кристаллическом виде моносахариды имеют циклическое строение, они являются внутренними циклическими полуацеталями, образованными в результате внутримолекулярного взаимодействия карбонильной группы с одной из спиртовых групп. В растворах такие циклические полуацетали частично переходят в гид-роксиальдегиды или гидроксикетоны, которые способны к обратному превращению в циклические полуацетали, т.е. моносахаридам свойственна таутомерия. Таутомерное равновесие дляD-глюкозы:

гидроксил

Моносахариды существуют в виде стереоизомеров D- иL-конфигурации. Природные моносахариды имеютD-конфигурацию.

Для лучшего представления о пространственном расположении групп атомов относительно плоскости кольца моносахаридов принято пользоваться перспективными формулами Хеуорса.

HO– гидроксил полуацетальный

Физические свойства. Моносахариды – бесцветные твёрдые кристаллические вещества, легко растворяются в воде, гигроскопичны, сладкие на вкус, не летучи, адсорбируют запахи. Растворы моносахаридов оптически активны, для них характерно явление мутаротации (изменение угла вращения свежеприготовленного раствора моносахарида).

Химические свойства. Моносахариды представляют собой со­единения со смешанными функциями, поэтому проявляют свойства как многоатомных спиртов, так и альдегидов или кетонов (карбонильных соединений).

1. Все моносахариды легко окисляются, проявляя при этом вос­становительные свойства.

Обе реакции являются качественными на альдегидную группу –СНО. Они широко применяются для открытия моносахаридов, установления их подлинности.

2. При восстановлении моносахаридов водородом в присутствии никеля образуются многоатомные спирты (рибит, маннит, сорбит, ксилит и др.), так называемые сахарные спирты.

Эти спирты имеют сладкий вкус, используются в медицине и пищевой промышленности (ксилит, сорбит) как заменители сахара.

3. Как многоатомные спирты моносахариды растворяют голу­бой осадок гидроксида меди Сu(ОН)₂, образуя синий раствор сахарата меди.

4. В природе широко распространены эфироподобные произ­водные моносахаридов – гликозиды. Они близки к простым эфирам, образованным за счёт полуацетального гидроксила. В отличие от простых эфиров гликозиды гидролизуются в присутствии минеральных кислот.

Гликозиды содержатся во многих лекарственных травах в виде дубильных веществ, в овощах в виде красящих веществ.

Под влиянием биологических катализаторов (ферментов) сахара могут подвергаться брожению (расщеплению). Это сложные процессы, которые вызываются различными микроорганизмами. В зависимости от условий они могут идти в различных направлениях:

в) молочно-кислое брожение: С₆Н₁₂О₆→

С₆Н₁₂О₆+ 3О →+ 2Н₂О

Эти процессы широко используются при производстве спирта (этанола), молочно-кислых продуктов, при квашении овощей, производстве сыров, пива и др.

Моносахариды находят широкое применение в медицине. Глю­коза используется как источник питания (мед) и в виде инъекций, в виде производных (глюконат кальция); для диабетиков применяют фруктозу, а также многоатомные спирты (сорбит, ксилит), полученные из моносахаридов. Глюкозу используют также для получения аскорбиновой кислоты (витамин С). Моносахариды широко применяют в кулинарии и кондитерском производстве (изготовление печенья, конфет, тортов, мороженого, мармеладов и др.).

Источник

Моносахариды

Общая формула моносахаридов – С_nH_2nO_n. Названия моносахаридов образуют из греческого числительного, соответствующего числу углеродных атомов в данной молекуле, и окончания -оза. Чаще всего в живой природе встречаются моносахариды с пятью и шестью углеродными атомами – пентозы и гексозы. В зависимости от характера карбонильной группы, входящей в состав моносахаридов (альдегидная или кетонная), моносахариды делятся на альдозы (альдегидоспирты) и кетозы (кетоноспирты). Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Глюкоза – это представитель альдоз, а фруктоза – кетоз.

Глюкоза и фруктоза являются изомерами, т.е. они имеют один и тот же атомарный состав и их молекулярная формула одинакова (С₆Н₁₂О₆). Однако пространственное строение их молекул различается:

Несмотря на то, что приведенные выше формулы дают представление о различиях между глюкозой и фруктозой, из них нельзя понять, как относительно друг друга и углеродного скелета ориентированы в пространстве атомы водорода и гидроксильные группы в обеих молекулах. Э.Фишер разработал пространственные формулы, названные его именем. Примеры даны ниже.

В этих формулах углеродные атомы нумеруют с того конца цепи, к которому ближе карбонильная группа. В частности, в альдозах первый номер присваивается углероду альдегидной группы.

Однако моносахариды существуют не только в виде открытых форм, но и в виде циклов. Эти две формы – цепная и циклическая – являются таутомерными и способны самопроизвольно переходить одна в другую в водных растворах. Цепная форма содержит в свободном виде альдегидную или кетонную группу, циклическая форма таких групп не содержит. Циклическую форму часто называют полуацетальной из-за ее сходства с полуацеталями – веществами, которые образуются при взаимодействии альдегидов со спир-тами:

Глюкоза в водном растворе существует в трех формах, способных переходить одна в другую: открытой, альдегидной, и двух циклических (шести – и пятичленной). Фруктоза в водном растворе существует в виде открытой, кетонной формы, и в виде двух циклических (шести – и пятичленной). Образование четырехчленной циклической формы моносахаридов невозможно из-за ограничений на угол изгиба молекулы.

Циклические формулы моносахаридов называют формулами Хеуорзса.

Равновесие трех форм углеводной молекулы может наблюдаться только в водных растворах, тогда как в кристаллическом состоянии моносахариды имеют строение преимущественно шестичленных циклических форм. В водных растворах моносахариды также находятся преимущественно в циклических формах. Так, например, в водном растворе глюкозы на долю открытой формы приходится лишь 0,024% молекул.

Циклическая форма образуется при переходе атома водорода гидроксильной группы пятого или четвертого атома углерода молекулы моносахарида к кислороду карбонильной группы. При этом образуется новая гидроксильная группа, получившая название полуацетальной, или гликозидной. Эта гидроксильная группа отличается повышенной реакционной способностью по сравнению с другими гидроксильными группами молекулы.

В пространстве циклическая форма моносахаридов имеет несколько изогнутый вид, напоминающий форму кресла, из-за чего такая конформационная структура получила название «кресло». Кроме того, возможны и другие конформационные структуры моносахаридов, см. рис. 1.1 а – в

Рис. 1.1. Конформационные структуры моносахаридов: а – кресло; б – лодка (ванна); в – твист

Шестичленные циклические молекулы моносахаридов называют пиранозами, а пятичленные – фуранозами. Эти названия происходят от названий соответственно шестичленного гетероцикла пирана и пятичленного гетероцикла фурана:

От того, в какой форме находится молекула моносахарида – открытой или циклической, – зависят ее химические свойства. Монозы в открытой форме вступают в реакции как альдегиды либо кетоны, а для молекул, находящихся в циклической форме, будут характерны свойства спиртов.

Строение моносахаридов, находящихся в циклической форме, удобно изображать с помощью несколько измененных формул Хеуорзса, когда грани плоскости кольца, приближенные к читателю, выделяются более жирными линиями. При этом символы атомов углерода, составляющих скелет молекулы, обычно не пишут:

Источник