НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ УГЛЕВОДЫ

Моносахариды Олигосахариды Полисахариды
Глюкоза С6Н12О6 Фруктоза С6Н12О6 Рибоза С5Н10О5 Дезоксирибоза С5Н10О4 Сахароза (дисахарид) С12Н22О11 Лактоза – молочный сахар (дисахарид) С12Н22О11 Целлюлоза (С6Н10О5)n Крахмал (С6Н10О5)n Гликоген (С6Н10О5)n

 

Моносахариды

Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных.

ГЛЮКОЗА.

 

Получение.

1. Гидролиз крахмала:

(C6H10O5)n + H2O à C6H12O6

2. Синтез из формальдегида: 6Н2С=О –Са(ОН)2à С6Н12О6

Реакция была впервые изучена А. М. Бутлеровым.

3.В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO2 и Н2О:

6CO2 + 6 H2O –(хлорофилл, свет)à C6H12O6 + 6O2

 

Химические свойства глюкозы.

1.В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя циклическими формами - α и β и линейной формой:

Реакция комплексообразования с гидроксидом меди (II).

При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.

Глюкоза как альдегид.

А) реакция серебряного зеркала.

Б) реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании.

в) Глюкозу можно окислить бромной водой:

 

г) Каталитическое гидрирование глюкозы - происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, получается шестиатомный спирт – сорбит.

Реакции брожения.

 

а) спиртовое брожение C6H12O6 à 2C2H5OH + 2CO2
этанол

б) молочнокислое брожение

C6H12O6 à 2CH3-CH(OH)-COOH
молочная кислота

в) маслянокислое брожение

C6H12O6 à C3H7COOH + 2CO2 + 2H2O
масляная кислота

 

Реакции образования эфиров глюкозы.

Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры. Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила:

Простые эфиры получили название гликозидов.

 

В более жестких условиях (например, с CH3-I ) возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами, например:

 

Фруктоза— структурный изомер глюкозы - кетоноспирт:

СН2- СН- СН- СН - С - СН2

| | | | ║ |

OH OH OH OH O OH

Кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза. В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы обусловлены наличием кетонной и пяти гидроксильных групп. При гидрировании фруктозытакже получается СОРБИТ.

Дисахариды.

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

 

1. Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С12Н22О11

 

Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом.

В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы СВЯЗАН, поэтому она не образует ОТКЫТУЮ (альдегидную) форму.

Вследствие этого сахароза не вступает в реакции альдегидной группы – с аммиачным раствором оксида серебра с гидроксидом меди при нагревании. Подобные дисахариды называют невосстанавливающими, т.е. не способными окисляться.

 

Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой:

С12Н22О11 + Н2О à С6Н12О6 (глюкоза) + С6Н12О6 (фруктоза)


2. Мальтоза.

Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

остаток α-глюкозы остаток α-глюкозы

Мальтоза - является восстанавливающим дисахаридом и вступает в реакции, характерные для альдегидов.

3. К восстанавливающим сахаром относятся также целлобиоза

и лактоза:

Остальные дисахариды так же могут гидролизоваться.

 

Полисахариды.

Полисахариды -это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

 

Основные представители - крахмал и целлюлоза - построены из остатков одного моносахарида - глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C6H10O5)n, но совершенно различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения.


Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы (выделена цветом):

Крахмал.

Крахмалом называется смесь двух полисахаридов, построенных из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

· амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%

· амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 - 1000 остатков α-глюкозы (средняя мол.масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев α-глюкозы.

 

Свойства крахмала:

1. Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется.

2. Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

3. Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

ЦЕЛЛЮЛОЗА

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.

Молекулярная масса целлюлозы - от 400 000 до 2 млн.

СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ.

1. Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

а) нитрование целлюлозы. Так как в звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

(С6Н7О2(ОН)3)n + 3n HNO3 à 3nH2O + (С6Н7О2(ОNO2)3)n

целлюлоза азотная кислота тринитрат целлюлозы

(пироксилин)

 

б) ацилирование целлюлозы. При действии на целлюлозу уксусного ангидрида происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН. Получается ацетат целлюлозы - ацетатное волокно.

(С6Н7О2(ОН)3)n +3n(СН3СО)2Оà 3n СН3-СООН + (С6Н7О2(ОСОСН3)3)n