Будова моносахаридів

Класифікація

МОНОСАХАРИДИ

Моносахариди класифікують за різними ознаками:

1. За кількістю атомів Карбону в молекулі – тетрози, пентози, гексози, гептози і т.д. Їхня назва складається з грецької назви числівника та закінчення – оза, характерного для назви цукрів.

2. В залежності від наявності в молекулі альдегідної чи кетонної груп – альдози і кетози.

Самими розповсюдженими в природі моносахаридами і такими, що мають важливе промислове значення є гексози: глюкоза, фруктоза, галактоза, арабіноза. Пентози – рибоза та дезоксирибоза, входять до складу нуклеїнових кислот.

Вуглеводи існують у різних структурних ізомерних одна одній формах – так званих таутомерних формах. Таутомерними сполуками, або таутомерами, називають такі ізомери, які здатні самовільно переходити одна в одну, утворюючи рівноважну систему. Таке явище називається таутомерією, а сам взаємний перехід таких ізомерів – таутомерними перетвореннями. Таутомерні перетворення можливі в тому випадку, коли речовина, здатна до таутомерії, перебуває в рідкому стані або в розчині. Такі розчини фактично є сумішшю таутомерних форм, між якими встановлюється динамічна рівновага. Моносахариди існують в двох таутомерних формах:

відкритій, ланцюговій альдегідній чи кетонній і циклічній або напівацетальній.

Відкрита (ланцюгова) форма: в результаті детального вивчення було встановлено, що гексози мають прямий нерозгалужений (дуже рідко розгалужений) карбоновий ланцюг з одною альдегідною чи кетонною групами та п’ятьма гідроксильними групами:

Н О СН₂ – ОН

С ׀

׀ С = О

Н − С – ОН ׀

׀ ОН – С – Н

ОН − С – Н ׀

Н ׀ − С − ОН

Н – С – ОН ׀

ОН - С - Н ׀

Н – С – ОН ׀

НО - ₂СН ׀

СН₂ – ОН

Наведені структурні формули показують, що альдогексози є п’ятитомними альдегідоспиртами, а кетогексози – п’ятитомними кетоспиртами. Атоми Карбону в структурних формулах нумерують від карбонільної групи або з того боку ланцюга, до якого ближче розташована карбонільна група. Структурні формули зручно записувати у скороченому вигляді, як, наприклад, для глюкози: СН₂ОН – (СНОН)₄ – СОН

Циклічні (напівацетальні) форми гексоз. В молекулі моносахаридів є одна карбонільна і кілька гідроксильних груп, отже, можна уявити різні варіанти утворення внутрішньо молекулярного напівацеталю. В альдогексозах легше всього реагують з карбонільною групою гідроксили, розміщені при п’ятому чи четвертому атомах Карбону. При цьому утворюються внутрішні напівацеталі і молекули приймають циклічну будову: піранозну (від назви шестичленного гетероциклу – пірану) або фуранозну (від назви п’ятичленного циклу – фурану) форми. При цьому утворюється новий гідроксил біля першого атому Карбону, який називають полуацетальним або глікозидним. В реакціях він більш активний, ніж інші гідроксили. Аналогічно альдозам в циклічних формах існують і кетози. Напівацетальний гідроксил в молекулі кетоз розміщений біля другого атому Карбону. Між відкритими і циклічними формами кетогексоз і альдогексоз за певних умов встановлюється таутомерна рівновага. Відомі вчені Фішер і Толленс запропонували такі проекційні формули моносахаридів:

Краще уявлення про просторову будову моносахаридів наведено у перспективних формулах Хеуорса. Він запропонував зображати будову циклічних моносахаридів у вигляді кільця пірану (шестичленного циклу) і фурану (п’ятичленного циклу), виконуючи умову: атоми і групи атомів, розміщені зліва від карбонового ланцюга, записувати в циклах зверху, а ті, що справа – знизу.

У кристалічному вигляді моносахариди існують у циклічній формі і є стійкішими сполуками. Однак під час розчинення у воді спостерігаються таутомерні перетворення, які зумовлюють стан динамічної рівноваги суміші кількох форм моносахаридів. В рівноважній системі переважають циклічні форми. З цією рівновагою пов’язане явище мутаротації. Воно полягає у зміні оптичної активності свіжеприготовлених розчинів цукрів до встановлення постійного кута обертання. Мутаротація пояснюється тим, що циклічні α- і β-форми моносахаридів мають різні кути обертання. В початковій стадії переважає α-форма, яка при тривалому зберіганні розчину, переходить в β-форму, поки не встановиться певна рівновага і, відповідно, постійний кут обертання.

Дата добавления: 2014-11-29