Углеводы

Важно. Однотипность или эквивалентность типов массивов означает, что они не только должны иметь одинаковые типы индексов и одинаковые типы элементов, но должны быть описанные одним типом (одним именем).

Над массивами в целом определенна единственная операция – операция присваивания.

Например,

команда

a:=a1;

все значения массива a1 присвоит соответствующим элементам массива a.

Но в этом случае следует помнить, что массивы а и а1 должны быть совместимы по присваиванию.

Пример.

var a, a1: array [1..20] of real;

b: array [1..20] of real;

b1: array [1..20] of real;

В программе встречаются следующие операции присвоения:

a:=a1;

a1:=a;

a:=b; //Ошибка

b:=b1; //Ошибка

Две последние операции вызовут ошибку:

[Error]: Incompatible types ([Ошибка]: Несовместимые типы).

Для определения эквивалентности типов переменных компилятор ОР использует имена типов. Поэтому типы массивов a, b и b1 несовместимые.

Эти массивы имеют одинаковое физическое строение, но их типы разные.

Поэтому для этого фрагмента программы рациональние было ввести, например, следующее описание:

type MyArray= array [1..20] of real;

var a, a1, b, b1:MyArray;

Тогда все операции присвоения не вызовут ошибок.

Перенесение значений из одного массива в другой можно осуществить и поелементно.

Для этой операции однотипность не важна. Поэтому в этом случае применяют как операции

For i:=1 to n do

a[i]:=a1[i];

так и например

For i:=1 to n do

a[i]:=b[i];

Но оператор вида a:=a1; выглядит лаконичнее и выполняется быстрее цикла.

Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение и свойства, состав большинства которых отражает формула C_x(H₂O)_y, где x, y ≥ 3.

Общеизвестные представители: глюкоза (виноградный сахар) С₆Н₁₂О₆, сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) С₁₂Н₂₂О₁₁, крахмал и целлюлоза [С₆Н₁₀О₅]_n.

Углеводы содержатся в клетках растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. Эти соединения образуются растениями в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды при участии хлорофилла. Животные организмы не способны синтезировать углеводы и получают их с растительной пищей.
Фотосинтез можно рассматривать как процесс восстановления СО₂ с использованием солнечной энергии. Эта энергия освобождается в животных организмах в результате метаболизма углеводов, который заключается, с химической точки зрения, в их окислении.

Видео "Механизм фотосинтеза"

Углеводы объединяют разнообразные соединения – от низкомолекулярных, состоящих из нескольких атомов (x = 3), до полимеров [C_x(H₂O)_y]_n с молекулярной массой в несколько миллионов (n > 10000).
По числу входящих в их молекулы структурных единиц (остатков простейших углеводов) и способности к гидролизу углеводы подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды не гидролизуются с образованием более простых углеводов.
Олиго- и полисахариды расщепляются при гидролизе до моносахаридов. В молекулах олигосахаридов содержится от 2 до 10 моносахаридных остатков, в полисахаридах – от 10 до 3000-5000.

НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ УГЛЕВОДЫ

Моносахариды	Олигосахариды	Полисахариды
Глюкоза С6Н12О6 Фруктоза С6Н12О6 Рибоза С5Н10О5 Дезоксирибоза С5Н10О4	Сахароза (дисахарид) С12Н22О11 Лактоза (дисахарид) С12Н22О11 Раффиноза (трисахарид) С18Н32О16	Целлюлоза (С6Н10О5)n Крахмал (С6Н10О5)n Гликоген (С6Н10О5)n

Для большинства углеводов приняты тривиальные названия с суффиксом -оза (глюкоза, рибоза, сахароза, целлюлоза и т.п.). 5.1. Моносахариды

В природе наиболее распространены моносахариды, в молекулах которых содержится пять углеродных атомов (пентозы) или шесть (гексозы). Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных. Например:

Из этих формул следует, что моносахариды – это полигидроксиальдегиды (альдозы, альдегидоспирты) или полигидроксикетоны (кетозы, кетоноспирты).
Рибоза и глюкоза - альдозы (альдопентоза и альдогексоза), фруктоза - кетоза (кетогексоза).

Однако не все свойства моносахаридов согласуются с таким строением. Так, моносахариды не участвуют в некоторых реакциях, типичных для карбонильной группы. Одна из гидроксигрупп отличается повышенной реакционной способностью и ее замещение (например, на группу -OR) приводит к исчезновению свойств альдегида (или кетона).

Следовательно, моносахаридам, кроме приведенных формул, свойственна также иная структура, возникающая в результате внутримолекулярной реакции между карбонильной группой с одним из спиртовых гидроксилов.
В разделе 3.2 приведена реакция присоединения спирта к альдегиду с образованием полуацеталя R-CH(OH)OR'. Такая реакция внутри одной молекулы сопровождается ее циклизацией, т.е. образованием циклического полуацеталя.
Известно, что наиболее устойчивыми являются 5-ти и 6-ти членные циклы (часть II, раздел 3.2). Поэтому, как правило, происходит взаимодействие карбонильной группы с гидроксилом при 4-м или 5-м углеродном атоме (нумерация начинается с карбонильного углерода или ближайшего к нему конца цепи).

Таким образом, в результате взаимодействия карбонильной группы с одной из гидроксильных моносахариды могут существовать в двух формах: открытой цепной (оксо-форме) и циклической (полуацетальной). В растворах моносахаридов эти формы находятся в равновесии друг с другом. Например, в водном растворе глюкозы существуют следующие структуры:

Подобное динамическое равновесие структурных изомеров называется таутомерией. Данный случай относится к цикло-цепной таутомерии моносахаридов.

Циклические α- и β-формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца.
В α-глюкозе этот гидроксил находится в транс -положении к гидроксиметильной группе -СН₂ОН, в β-глюкозе – в цис -положении.

С учетом пространственного строения шестичленного цикла (см. анимацию) формулы этих изомеров имеют вид:

Виртуальные модели

Аналогичные процессы происходят и в растворе рибозы:

В твердом состоянии моносахариды имеют циклическое строение.
Подробнее о изомерии моносахаридов.

Химические свойства моносахаридов обусловлены наличием в молекуле функциональных групп трех видов (карбонила, спиртовых гидроксилов и полуацетального гидроксила).

Например, глюкоза как многоатомный спирт образует простые и сложные эфиры, комплексное соединение с гидроксидом меди (II)/NaOH (видеоопыт); как альдегид она окисляется аммиачным раствором оксида серебра (видеоопыт) и гидроксидом меди (II) (раздел 3.4.5), а также бромной водой, в глюконовую кислоту COOH-(CHOH)₄-COOH и восстанавливается водородом в шестиатомный спирт – сорбит CH₂OH-(CHOH)₄-CH₂OH; в полуацетальной форме глюкоза способна к нуклеофильному замещению полуацетального гидроксила на группу -OR (образование гликозидов, олиго- и полисахаридов). Аналогично ведут себя в таких реакциях и другие моносахариды.
Важнейшим свойством моносахаридов является их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под действием различных ферментов. Брожению подвергаются в основном гексозы в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов:

а) спиртовое брожение	C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 этанол
б) молочно-кислое брожение	C6H12O6 2CH3-CH(OH)-COOH молочная кислота
в) масляно-кислое брожение	C6H12O6 C3H7COOH + 2CO2 + 2H2O масляная кислота
г) лимонно-кислое брожение	C6H12O6 + O2 HOOC-CH2-C(OH)(COOH)-CH2-COOH + 2H2O лимонная кислота
д) ацетон-бутанольное брожение	2C6H12O6 С4H9OH + СH3-СO-CH3 + 5CO2 + 4H2 бутанол ацетон

В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 6CO₂ + 6H₂O + 2920 кДж

Дата добавления: 2014-01-04