Моносахариды: физические и химические свойства
Физические свойства:
Моносахариды являются твердыми кристаллическими веществами. Все они гигроскопичны, хорошо растворимы в воде, легко образуют сиропы. Растворимость моноз в спирте низкая, в эфире они практически нерастворимы. Растворы моносахаридов имеют нейтральную реакцию по лакмусу и обычно обладают сладким вкусом. Сладость разных моноз различна. Например, фруктоза приблизительно в три раза слаще глюкозы. Растворы моносахаридов обладают оптической активностью, для них характерно явление мутаротации.
Химические свойства:
· Реакции карбонильных форм моносахаридов
а) Окисление. Монозы легко окисляются, причем в зависимости от условий окисления образуются различные продукты.
Пример окисления глюкозы:
С помощью сильного окислителя - концентрированной азотной кислоты - концевые группы альдоз (альдегидная и первичноспиртовая) одновременно окисляются в карбоксильные группы, образуя гликаровые кислоты (называемые также сахарными):
Кетозы не окисляются слабыми окислителями. При действии сильных окислителей происходит расщепление молекул. Так, например, при окислении фруктозы получаются винная и щавелевая кислоты:
Подобно обычным альдегидам, альдозы легко дают реакцию “серебряного зеркала” с аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса):
Кетозы тоже способны восстанавливать катионы металлов, так как они в щелочной среде изомеризуются в альдозы.
б) Восстановление. При восстановлении моноз образуются многоатомные спирты, называемые альдитами (глицитами). Эти кристаллические, легко растворимые в воде вещества обладают сладким вкусом и часто используются как заменители сахара (ксилит, сорбит).
Глюкоза при восстановлении дает шестиатомный сахароспирт сорбит, галактоза – дульцит, манноза – манит:
Сорбит часто встречается в различных фруктах, ягодах: в рябине, сливах, абрикосах, вишнях и др. Дульцит содержится во многих растениях, выделяется на поверхности коры деревьев. Манит содержится в бурых водорослях; плодах (ананас), овощах (морковке, луке).
Восстановление моносахаридов проводят водородом в присутствии металлических катализаторов (палладий, никель).
Шестиатомные спирты - глюцит (сорбит), дульцит и маннит - получаются при восстановлении соответственно глюкозы, галактозы и маннозы. Восстановление глюкозы в сорбит является одной из стадий промышленного синтеза аскорбиновой кислоты.
· Реакции с участием гидроксильных групп
Гидроксильные группы имеются в открытых и циклических формах моноз, но содержание циклических форм значительно выше, поэтому реакции идут в циклических (полуацетальных ) формах:
Гидроксилы отличаются по реакционной способности: С1-ОН-гликозидный (наиболее реакционноспособный); С6 - первичный; С2-С4 - вторичные.
· Реакции с участием гликозидного гидроксила
При взаимодействии моносахаридов с гидроксилсодержащими соединениями (спиртами, фенолами и др.) в условиях кислотного катализа образуются производные только по гликозидной ОН-группе - циклические ацетали, называемые гликозидами. Cпиртовые гидроксилы моноз в этих условиях не реагируют.
· Действие кислот
Действие кислот на пентозы и гексозы может быть использовано для их распознования, а именно: при нагревании пентоз с разбавленными кислотами легко происходит их дегидратация (отщепление трех молекул воды ) и образуется летучий гетероциклический альдегид - фурфурол:
Действие кислот на гексозы ведет сначала к образованию 5-гидроксиметилфурфурола, который при кипячении с разбавленными кислотами разлагается с образованием левулиновой и муравьиной кислот:
· Брожение сахаров
Брожение - это сложный процесс расщепления моносахаридов с выделением СО2 под действием ферментов. Брожению подвергаются сахара, у которых число атомов углерода кратно трем (гексозы).
Брожение гексоз различной конфигурации происходит с неодинаковой легкостью. Существуют и другие виды брожения.
Процессы брожения сахаров играют важную роль и широко используются в промышленности.
Различают разные виды брожения:
· Образование дисахаридов, полисахаридов
Гликозидная связь имеет очень важное биологическое значение. С помощью этой связи осуществляется ковалентное связывание моносахаридов в составе олиго- и полисахаридов:
