Строение_фруктозы_все_формы

Лекция 16 углеводы

Определение: Органические соединения, имеющие общую молекулярную формулу С_n(Н₂О)_nназываютсяуглеводамиили карбогидратами.

Углеводы являются представителями класса органических соединений наиболее распространенных в природе в живых организмах. Углеводы составляют основу (80% сухой массы) древесины и стеблей растений. Наиболее распространенными в растительном мире являются целлюлоза, крахмал, пектины, сахароза и глюкоза. Ряд углеводов выделяют из растительных источников в промышленных масштабах. Например, производство сахарозы достигает сотен миллионов тонн.

В живых организмах углеводы в первую очередь являются источником энергии для деятельности живой клетки, а также исходным сырьем для синтеза веществ в клетках.

Все углеводы делятся на две большие группы: 1. моносахариды (монозы). 2. полисахариды (полиозы). Полиозы делятся на сахароподобные (так называемые олигосахариды) и несахароподобные. К олигосахаридам относятся сахара, построенные из двух, трех и т. д. остатков моноз. Их соответственно называют дисахариды (биозы), трисахариды и т.д. Монозы и олигосахариды со сравнительно небольшой молекулярной массой хорошо растворимы в воде. Несахароподобные углеводы имеют большие молекулярные массы и в воде нерастворимы. В лучшем случае образуют коллоидные растворы.

Несахароподобные углеводы могут быть расщеплены гидролизом на олигосахариды и монозы. Олигосахариды могут быть расщеплены на монозы.

1. Моносахариды

1.1. Классификация, номенклатура, изомерия.

Моносахаридами являются углеводы, которые нельзя расщепить гидролизом на сахароподобные вещества.

Монозы делятся на большие группы: 1. по тому альдегидом (альдоза) или кетоном (кетоза) является моносахарид. По числу углеродных атомов в молекулы монозы — треозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и т.д. Наиболее распространены в природе пентозы и гексозы.

Наиболее важными из моносахаридов являются глюкоза (альдогексоза) и фруктоза (кетогексоза):

1.2. Строение моносахаридов. Строение моноз

При восстановлении йодистоводородной кислотой глюкоза и фруктоза образуют 2-йодгексан:

Это доказывает, что гексозы имеют нормальное строение углеродного скелета.

При окислении в мягких условиях глюкоза образует глюконовую кислоту, а фруктоза окисляется в жестких условиях до щавелевой и винной кислот:

Результаты окисления моноз показывают, что глюкоза является альдегидом, фруктоза – кетоном, у которого карбонильная группа находится во втором положении.

Ацилирование глюкозы и фруктозы уксусным ангидридом указывает на наличие в обоих монозах пяти гидроксильных групп:

Полученным экспериментальным данным могут соответствовать следующие структурные формулы:

Согласно этим формулам глюкоза и фруктоза должны присоединять бисульфит натрия. Однако эта реакция идет очень плохо. Кроме того, монозы по разному реагируют с метилирующими агентами. При действии на глюкозу йодистого метила в присутствии влажной окиси серебра получается пентаметилглюкоза, но при действии метилового спирта в присутствии соляной кислоты метилируется только один гидроксил. Известно, что спирты в кислой среде присоединяются к карбонильной группе альдегидов с образованием ацеталей. Присоединение одной молекулы спирта указывает на образование полуацеталя. Наиболее полно соответствует свойствам моносахаридов строение в форме циклических полуацеталей:

Равновесие между циклической и открытой формой называется кольчато-цепной таутомерией. В образовании циклической формы участвует чаще всего гидроксигруппа пятого тетраэдра (отсчет сверху).

При образовании циклической полуацетальной формы карбонильная группа образует гидроксигруппу, которая называется гликозидным гидроксилом.

Шестичленный кислородсодержащий цикл называется пираном. Соответственно циклический полуацеталь глюкозы называется пиранозой – глюкопираноза. Пятичленный цик называется фураном. Соответственно пятичленная циклическая форма фруктозы будет называться фруктофуранозой.

В открытой цепной форме глюкоза имеет четыре хиральных центра. Соответственно должно быть 2 4 = 16 изомерных альдогексоз: 8 для D – ряда и 8 для L – ряда. Отнесение сахаров к D – ряду или L – ряду не связано со знаком вращения и зависит только от конфигурации пятого тетраэдра. Ряд D или L формируют соединения генетически связанные друг с другом (одно происходит от другого). Если конфигурация пятого тетраэдра соответствует D –глицериновому альдегиду, то и соединение будет иметь D – конфигурацию. Если пятый тетраэдр монозы соответствует L – глицериновому альдегиду, то моноза будет членом L – ряда:

Сахара, отличающиеся конфигурацией только одного, обычно второго тетраэдра, называются эпимерами:

Циклическая полуацетальная форма требует существования 2 5 = 32 изомерные монозы. Т.е. число оптических изомеров удваивается, что связано с конфигурацией первого тетраэдра:

При этом условились называть стереоизомер с гликозидным гидроксилом повернутым вправо α-формой, а стереоизомер с гликозидным гидроксилом повернутым влево β-формой. Стереоизамерные сахара отличающиеся конфигурацией первого тетраэдра называются аномерами.

Удельное вращение α-формы глюкозы составляет 110 0 . Удельное вращение β-формы составляет 19,3 0 . Однако в водном растворе, независимо от того, какая форма и в каком количестве присутствует, со временем устанавливается удельное вращение равное 52,3 0 . Такое явление называется мутаротацией. Оно обусловлено существованием равновесия между циклическими формами и открытой. При этом циклические формы получают возможность переходить друг в друга.

Для изображения молекул сахаров в циклической форме удобно пользоваться перспективными формулами Хеуорса. При переходе от проекционных формул Фишера к перспективным, следует атомы и группы, расположенные в проекционной формуле слева писать наверху, а расположенные справа писать под кольцом:

Источник

16.Углеводы: общая характеристика, биологическая роль, классификация. Доказательство строения моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы.

Термин «Углеводы», предложенный в Х1Х столетии, был основан на предположении, что все углеводы содержат 2 компонента – углерод и воду, и их элементарный состав можно выразить общей формулой Сn(H₂O)n, Cn (H2O)m.m=n или m не=n

80-90%-растительный мир,20-10%-животный мир.

Биологическая роль:1)энергетическая функция (являются источником энергии в метаболических процессах-крахмал,гликоген);2)структурная ф-я –основа растений,клеток стебля,листьев,деревьев,грибов,лишайников;3)составные части НК,витаминов,гормонов,токсинов (н-р,мухомор);4)промежуточные вещества в биохимических реакциях,метаболических процессах;4 )используются в пищевой промышленности,текстильной и бумажной промышленности

Углеводы можно разделить на 3 основные группы в зависимости от количества составляющих их мономеров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Классификация углеводов

Олигосахариды (дисахариды, трисахариды и т.д.)

Доказательство строения моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы.

Э. Фишер подробно изучил строение и свойства глюкозы, в том числе стереохимию этого моносахарида. Он установил, что значительная часть свойств глюкозы может быть понята в терминах открытой формы. Вместе с тем следует иметь в виду возможность перехода открытой формы в циклическую форму Шести-членные циклические формы моносахаридов называют пиранозами (в основе этого термина лежит название оксациклогексадиенов — пиранов).

Фруктоза вместо альдегидной функции содержит оксогруппу. Поэтому ее циклическая форма представляет собой полукеталъ. Фруктоза образует пятичленную циклическую форму; такой циклический моносахарид назы­вают фуранозой (происхождение этого термина аналогично происхожде­нию термина «пираноза»; он происходит от названия пятичленного гетеро-арена «фуран»).

17. Реакции окисления и восстановления моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы.

Реакции окисления моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы.

Доказательство строения моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы.

Доказывает не разветвленное строение

2.Взаимодействие с синильной кислотой

С=О+HCN С-ОН

18. Гликозиды: общая характеристика, образование.

Гликози́ды — органические соединения, молекулы которых состоят из двух частей: углеводного(пиранозидного или фуранозидного) остатка и неуглеводного фрагмента (т. н.агликона). В качестве гликозидов в более общем смысле могут рассматриваться иуглеводы, состоящие из двух или более моносахаридных остатков. Преимущественно кристаллические, режеаморфные вещества, хорошо растворимые в воде испирте.

Гликозиды представляют собой обширную группу органических веществ, встречающихся в растительном (реже в животном) мире и/или получаемых синтетическим путём. При кислотном,щелочном,ферментативномгидролизе они расщепляются на два или несколько компонентов — агликон и углевод (или несколько углеводов). Многие из гликозидовтоксичныили обладают сильным физиологическим действием.

Читайте также:  Корзинка_фруктов_оригинальное_название

Своё название гликозиды получили от греческих слов glykys — сладкий и eidos — вид, поскольку они при гидролизераспадаются на сахаристую и несахаристую компоненты. Чаще всего гликозиды встречаются в листьях и цветах растений, реже в других органах. В их состав входятуглерод,водород,кислород, режеазот(амигдалин) и только некоторые содержатсеру(синальбин,мирозин).

Источник

Фруктоза. Строение, таутомерия, свойства. Отличие от глюкозы

Аминокислотами называются органические соединения, в молекулах, которых содержатся одновременно аминогруппа -NH2 и карбоксильная группа – СООН — производные карбоновых кислот, получающиеся замещением одного или нескольких атомов водорода аминогруппой. Названия аминокислот производят от названий соответствующих кислот с добавлением приставки амино-. Положение аминогруппы по отношению к карбоксилу обозначают буквами греческого алфавита, причем атом углерода карбоксильной группы не учитывают, а в систематической номенклатуре -цифрами, начиная с атома углерода руппы – СООН. По хим. св-вам аминокислоты — своеобразные органические амфотерные соединения. Амфотерные свойства объясняются взаимным влиянием амино- и карбоксильной групп в молекулах аминокислот.

49. Кетокислоты, кто-енольная таутомерия. Методы получения α- и β- кетокислот.

55. Химические свойства моносахаридов. Отдельные представители моноз: D-глюкоза, D-галактоза, D-фруктоза. Витамин С. Гликозиды.

Важнейшим из моносахаридов является глюкоза C6H12O6, которую иначе называют виноградным сахаром. Глюкоза содержится в растительных и животных организмах, в виноградном соке, в меде, а также в спелых фруктах и ягодах. Глюкоза проявляет свойства, присущие спиртам: образует с некоторыми металлами алкоголяты (сахараты), при взаимодействии с ацилирующими агентами образует сложный уксуснокислый эфир состава С6Н7О(ООССН3)5.глюкоза — многоатомный спирт. С аммиачным раст-м оксида серебра она дает реакцию «серебряного зеркала», что указывает на присутствие альдегидной группы на конце углеродной цепи. →глюкоза – альдегидоспирт. не все св-ва глюкозы согласуются с ее строением, глюкоза не дает некоторых реакций альдегидов. С альдегидной существуют циклические формы глюкозы (α-циклическая и β-циклическая), отличаются друг от друга положением гидроксильных групп. Глюкоза — ценное питательное вещество. При окислении ее в тканях освобождается энергия, необходимая для нормальной жизнедеятельности организма:

С6Н12О6 + 602→6СО2 + 6Н2О В промышленном масштабе глюкозу получают гидролизом крахмала Глюкоза применяется в медицине для приготовления лечебных препаратов, консервирования крови, внутривенного вливания и т. д. Она широко применяется в кондитерском производстве, производстве зеркал (серебрение), крашении тканей и кож.

Фруктоза — изомер глюкозы, содержится вместе с глюкозой в сладких плодах и меде. Фруктоза является кетоноспиртом. Имея гидроксильные группы, фруктоза, как и глюкоза, способна образовывать сахараты и сложные эфиры.

Источник