Обучающие упражнения

Занятие 1.3.5

ТЕМА: Углеводы.

ЦЕЛЬ: Изучить основы строения, химических свойств важнейших моносахаридов в качестве теоретической базы для прогнозирования характера метаболических превращений в живом организме.

ЗНАТЬ:

1. Важнейшие моно-и- дисахариды, их классификация.

2.Стереоизомерия: D- и L-стереохимические ряды. Понятие об энантиомерах, эпимерах и диастереомерах.

3. Открытые (линейные) и циклические формы монсахаридов. Формулы Фишера, Колли-Толленса и Хеуорса. Фуранозы и пиранозы, a- и b-аномеры.

4. Цикло-оксотаутомерия. Конформация пиранозных форм моносахаридов.

5. Строение наиболее важных пентоз (рибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза); дезоксисахаров (2-дезоксирибоза); аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин).

6. Химические свойства моносахаридов: нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах (O- и N-гликозиды), гидролиз гликозидов, окисление и восстановление альдоз, реакции спиртовых групп.

7. Аскорбиновая кислота, биологическая роль.

8. Нейраминовая кислота, биологическая роль.

9. Образование восстанавливающих (мальтоза, целлобиоза, лактоза) и невосстанавливающих (сахароза, трегалоза) дисахаридов.

УМЕТЬ:

1. Приводить строение важнейших моносахаридов: рибоза, ксилоза; глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза, 2-дезоксирибоза, глюкозамин, маннозамин, галактозамин как в открытой форме, так и циклических.

2. Определять принадлежность моносахаридов к D- или L-стереохимическому ряду, выделять энантиомеры, эпимеры, аномеры, диастереомеры.

3. Приводить химические реакции моносахаридов: реакции с участием спиртовых групп (хелатообразование), карбонильной группы (нуклеофильное присоединение).

4. Писать химизм реакций окисления и восстановления моноз, указанием названий продуктов реакций.

3. Образовывать О- и N- гликозидные связи с участием полуацетального гидроксила.

4. Представлять схему образования дисахаридов, называть их, доказывать принадлежность к восстанавливающим или невосстанавливающим биозам.

ВЛАДЕТЬ: Навыками проведения качественных реакций обнаружения моноз, их функциональных групп (проба Троммера, реакция «серебряного зеркала», окисление по Фелингу, цветная реакция с серной кислотой, реакция Селиванова) и обоснования полученных результатов.

Задание 1. Напишите схему взаимодействия b-D-галактопиранозы с метанолом в присутствии кислотного катализатора в безводной среде.

Ответ:

b-D-галактопираноза 1-метил-b-D-галактопиранозид

(формула Хеуорса)

Задание 2. Напишите реакции получения D-галактоновой и D-галактаровой кислот.

Ответ: D-галактоза имеет в своей структуре две характеристические группы: спиртовую и альдегидную, которые способны достаточно легко окисляться до карбоксильной группы.

В качестве мягкого окислителя используется бромная вода, которая в нейтральной или слабокислой избирательно окисляет только альдегидную группу D-галактоза с образованием D-галактоновой кислоты.

D-галактоза D-галактоновая кислота

Разбавленная азотная кислота окисляет не только альдегидную, но и спиртовую группу с образованием D-галактаровой кислоты.

D-галактоза D-галактаровая кислота

Задание 3. Приведите образование гликозидной связи между фруктозой и этиловым спиртом, назовите продукты реакции.

Ответ: Моносахариды взаимодействуют с гидроксилсодержащими соединениями (спиртами, фенолами) только по полуацетальному гидроксилу, в условиях кислотного катализа. Наличие полуацетального гидроксила характерно для циклических форм моносахаридов, поэтому реакцию образования гликозидной связи покажем между β-D-фруктофуранозой и этанолом. Продуктами реакции являются этил-β-D-фруктофуранозид и вода.

Задание 4. Уроновые кислоты (продукт ферментативного окисления моноз) образуют водорастворимые гликозиды с лекарственными веществами и их метаболитами, способствуя выведению последних из организма. Покажите реакции выведения ацетилсалициловой кислоты из организма с участием глюкуроновой кислоты.

Ответ: Первоначально ацетилсалициловая кислота (аспирин) подвергается реакции гидролиза с образованием салициловой кислоты, которая в дальнейшем связывается глюкуроновой кислотой и в виде водорастворимого глюкуронида выводится с мочой из организма.

О-глюкуронид салициловой кислоты  

ацетилсалициловая

кислота

Задание 5. Углеводылегко присоединяют по карбонильной группе анионы, в частности, цианид-ион.Реакции используется при лечении отравлений солями синильной кислоты, используемой в ювелирном производстве, при отравлении косточками свежих абрикосов, содержащих НCN, либо нитропруссидом Na₂,[Fe(NO)(CN)₅], который является высокоэффективным вазодилататором, оказывающим быстрый гипотензивный эффект, снижающим давление и потребность миокарда в кислороде.

Ответ: По карбонильной группе глюкозы происходит присоединение синильной кислоты к углеводородной цепи D-глюкозы. Продукт подвергается гидролизу с образованием амида глюконовой кислоты.

Задания для самостоятельной работы

Задание 1. Напишите формулы и строение энантиомеров следующих моносахаридов: b-D-глюкопиранозы, b-D-галактопиранозы, b-D-фруктофуранозы, N-ацетил-b-D-галактозамина. По конфигурации какого хирального центра производится отнесение энантиомеров к D- или L-стереохимическому ряду?

Задание 2. Приведите формулы a- и b-аномеров глюкопиранозы и фруктофуранозы. Покажите цикло-оксо-таутомерию приведенных углеводов, наиболее устойчивые конформационные изомеры глюкопиранозы.

Задание 3. Напишите схемы реакции D-маннозы с метанолом, этиламином, гидроксидом меди.

Задание 4. Написать уравнения реакции окисления и восстановленияD- глюкозы.

Задание 5. Приведите структурную формулу D- глюкозы:

- укажите реакции, свойственные данному соединению как многоатомному спирту (реакция с гидроксидом меди)

- приведите химизм реакций, доказывающих наличие карбонильной группы в структуре указанного вещества(реакция серебряного зеркала).

Задание 6. Опишите структуру и осуществите реакции D-маннозы с фенилгидразином, гидразином, гидроксидом меди (11), этанолом в кислой среде.

Задание 7. Приведите продукты реакции алкилирования иодистым метилом b- D-глюкопиранозы.

Задание 8. Написать схему образования лактозы (b-D-галактопиранозил-1,4-b-D-глюкопираноза). Привести химизм качественных реакций, доказывающих принадлежность лактозы к восстанавливающим биозам (окисление).

Задание 9. Приведите схему образования восстанавливающей биозы из a-D глюкопиранозы (мальтозы).

Задание 10. Напишите схемы реакций гидролиза биоз: сахарозы, лактозы. Дайте полное название этим биозам.

Дата добавления: 2014-11-16