Загальна характеристика. Їх значення. Класифікація

План

1. Загальна характеристика. Їх значення. Класифікація.

2. Номенклатура. Ізомерія. Оксикарбонільні форми моносахаридів.

3. Циклічні форми моносахаридів.

4. Таутомерія та мутаротація.

5. Хімічні властивості моносахаридів.

6. Дисахариди. Їх будова і властивості.

7. Вищі полісахариди. Їх будо і властивості.

Органічні речовини, які відносять до класу вуглеводів, широко розповсюджені в живій природі. Представниками вуглеводів є виноградний цукор (глюкоза), фруктовий цукор (фруктоза), буряковий і тростинний цукор (сахароза), крохмаль, целюлоза та ряд інших. У результаті процесу фотосинтезу рослинами щорічно на нашій планеті синтезується велика маса вуглеводів, яка оцінюється вмістом вуглецю, що становить 4∙10¹⁰ т. Близько 80% сухої речовини рослин припадає на вуглеводи.

Вуглеводи входять до складу їжі і є одними з найважливіших харчових продуктів людини. Потреба людини в енергії покривається при харчуванні значною мірою як раз за рахунок вуглеводів. Вуглеводи є необхідною складовою частиною організму людини і тварин, це вони виконують важливі біологічні функції. Вуглеводи поділяють на 2 великі групи: прості вуглеводи, або моносахариди (монози), і складні вуглеводи, або полісахариди (полози). Простими називають такі вуглеводи, які не піддаються гідролізу з утворенням простих сахаридів.

Хімічний склад простих вуглеводів можна подати загальною формулою С_nН_2nО_n, де n = 4,5,6,7 і т.д. Складні вуглеводи здатні гідролізуватися і утворювати при цьому прості сахариди. Полісахариди, в свою чергу, поділяють на низькомолекулярні (олігосахариди) і високомолекулярні (полісахариди). Олігосахариди утворені з невеликої кількості залишків молекул моносахаридів – від 2-х до 10-ти. Найпростішими олігосахаридами є дисахариди, молекули яких складаються з 2-х залишків моносахаридів. Полісахариди складаються з великої кількості залишків молекул моносахаридів.

2. Хімічний склад моносахаридів описується загальною формулою С_nН_2nО₇. Назву моносахаридів утворюють з грецької назви числівника, який вказує кількість вуглецевих атомів у молекулі моносахариди, і закінчення – оза. Так, моносахариди, в молекулі яких є 5 атомів карбону, називають пентозами, моносахариди, молекули яких мають 6 вуглецевих атомів, називають гексозами.

Молекули моносахаридів мітять від 4 до 10 атомів вуглецю, проте найбільше значення мають моносахариди з 5 і 6 атомами вуглецю тобто пентози С₅Н₁₆О₅ і гексози С₆Н₁₂О₆, а з гексоглюкози (виноградний цукор) і фруктози (фруктовий цукор).

6CO₂ + 6H₂O→C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Глюкоза – багатоатомний спирт; містить 5 ОН-груп, альдегідну групу.

Класифікація. Моносахариди поділяють на групи залежно від:

1) кількості атомів вуглецю в молекулі;

2) наявності в них альдегідної або кетонної групи;

3) конфігурації їх молекул, тобто від просторового розміщення груп атомів біля найвіддаленішого від карбонільної групи асиметричного атома вуглецю.

Так, залежно від кількості вуглецевих атомів моносахариди поділяють на тетрози, пентози, гексози.

Разом з тим моносахариди, які містять альдегідну групу, відносять до групи альдоз, а моносахариди з кетонною групою – до групи кетоз. Глюкоза є альдогексозою, оскільки в її молекулі є альдегідна група і 6 вуглецевих атомів. Фруктоза є кетогексозою.

Ізомерія. Для моносахаридів характерні кілька видів ізомерії:

1) ізомерія, зумовлена наявністю альдегідної або кетонної групи. Прикладом такої ізомерії є глюкоза і фруктоза. Вони мають однакову молекулярну формулу –С₆Н₁₂О₆, але відрізняються тим, що глюкоза містить альдегідну групу, а фруктоза – кетонну;

2) ізомерія, зумовлена наявністю асиметричних атомів вуглецю. У молекулі альдогексози (наприклад, глюкози) і кетогексози (наприклад, фруктози) є асиметричні (сполучені з 4-ма різними атомами або групами атомів) вуглецеві атоми. Вони в хімічних формулах позначені зірочками:

Глюкоза Фруктоза

Альдогексоза має 4 асиметричних вуглецевих атоми кетогексоза – 3. Отже, глюкоза і фруктоза є оптично активними речовинами. Вони обертають площину поляризації світла. Всі моносахариди мають асиметричні атоми карбону і існують у вигляді декількох оптичних ізомерів. Загальна кількість ізомерів визначається за формулою німецького вченого Фішера: N = 2ⁿ, де N – кількість оптичних ізомерів, n – число асиметричних вуглецевих атомів. На основі цієї формули легко обчислити, що для альдогексози, яка має 4 асиметричних атоми вуглецю, повинно існувати 16 просторових оптичних ізомерів (2⁴=16). Одним з цих ізомерів є глюкоза, 8 з цих 16 ізомерів мають D-, тобто праву конфігурацію, а 8 – L-, ліву. Для кетогексози, яка містить 3 асиметричних атомів вуглецю повинні існувати 8 просторових ізомерів (2³=8), 4 з них мають D-конфігурацію, а 4 – L-конфігурацію. Одним з цих ізомерів є фруктоза.

У молекулі природної глюкози гідроксильної групи біля асиметричних вуглецевих атомів розміщуються в просторі так: біля 2-го, 4-го і 5-го вуглецевих атомів – справа, а біля 3-го – зліва:

Д(+)-глюкоза L(-)-глюкоза

Для кожного з оптичних ізомерів існує єдиний його антипод або дзеркальний ізомер, або енантіомер. Всі інші ізомери є діастереомерами.

Так як оптичні антиподи однакові по фізичним та хімічним властивостям, то для того, щоб вказати на протилежність їх просторової конфігурації, до назви цукру додають букву D або L. D-ізомером називають той, у формулі якого ОН-група останнього асиметричного атому вуглецю (рахують від карбонільної групи) повернута праворуч, а у L-ізомера – ліворуч.

Належність моносахаридів до D або L-ряду має величезне біологічне значення в рослинних та тваринних організмах. У більшості випадків утворюються тільки D-ізомери моносахаридів, майже всі L-ізомери добувають тільки синтетичними методами. Тваринні організми засвоюють лише моносахариди D-ряду.

Для зручного написання конфігурації моносахаридів Фішер запропонував відображати їх проекційними формулами. Вуглецевий ланцюг відобразився вертикальною лінією, на кінцях якої пишуть першу і останню функціональну групи (альдегідну групу завжди пишуть зверху). Групи Н і ОН пишуть праворуч і ліворуч від ланцюга, узгоджено з їх просторовим розташуванням в молекулі. Такі формули називають оксикарбонільними.

Найбільш широко розповсюджені в природі пентози і гексози.

Серед альдопентоз найбільш відомі Д-рибоза, Д-дезоксерибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот, і Д-аробіноза, Д-ксилоза, які входять до складу деяких полісахаридів:

Д-рибоза 2-дезокси-Д-рибоза Д-арабіноза Д-ксилоза

За формулою Фішера розраховують кількість оптичних ізомерів.

Гексозо мають 16 ізомерних форм, 15 з них – оптичні ізомери.

Серед 16 стереоізомерних альдогексоз найважливішами є Д-глюкоза, Д-маноза, Д-галактоза. Серед кетоз найбільше значення має Д-фруктоза:

Д-глюкоза Д-маноза Д-галактоза Д-фруктоза

Д-глюкоза, Д-маноза, Д-галактоза є діастереомерами, вони не оптичні антиподи (дзеркальні ізомери).

Діастереомерні моносахариди, які відрізняються конфігурацією груп тільки при α-вуглецевих атомах та альдегідній групі, називають епімерами. Наприклад, епімерами є Д-глюкоза і Д-маноза, Д-галактоза.

Дата добавления: 2014-01-07