Раздел 4. Углеводы

Литература

1. Иванов, В.Г. Органическая химия: учеб. пособие для вузов / В.Г. Иванов, В.А. Горленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. -С. 296-347.

2. Грандберг, И.И. Органическая химия: учеб. для вузов / И.И. Грандберг. - М.: Дрофа, 2002. -С. 453-483.

3. Денисов, В.Я. Органическая химия: учеб. для вузов / В.Я. Денисов, Д.Л. Мурышкин, Т.В. Чуйкова. – М.: Высшая школа, 2009. -С. 185-196.

4. Артеменко, А.И. Органическая химия: учеб. для вузов / А.И. Артеменко. - М.: Высшая школа, 2009. –С. 289-318.

5. Петров, А.А. Органическая химия: учеб. для вузов / А.А. Петров. - С-Пб.: Иван Федоров, 2002. –С. 542-576.

В рекомендуемых учебниках [1,2,3] представлен значительно больший объем материала, чем это необходимо по программе. В рекомендуемом учебнике [2] материал изложен систематично и кратко, поэтому самостоятельно изучать тему «Карбонильные соединения» лучше по учебнику [2]. В учебниках [4,5] материал представлен конспективно.

Изучать тему «Углеводы» лучше по учебнику 1, где особенно хорошо рассмотрены вопросы строения и изомерии моносахаридов, строения ди- и полисахаридов. Изучение этого класса соединений очень важно для студентов биологических специальностей, поскольку без знания химии углеводов невозможно рассмотрение таких важных вопросов, как фотосинтез, превращения углеводов в организме.

По отношению к гидролизу углеводы делят на моносахариды (не подвергаются гидролизу) и олиго - и полисахариды (способны гидролизоваться).

Моносахариды являются гетерофункциональными соединениями, в молекулах которых содержатся оксогруппа (альдозы и кетозы) и несколько гидроксильных групп. По числу атомов углерода в составе моноз выделяют триозы (3 атома углерода), тетрозы, пентозы, гексозы.

В основу наименований моносахаридов в большинстве случаев положены тривиальные названия, которые имеют окончание – оза.

Изучение углеводов следует начать с моносахаридов (монозы). Строение, изомерию лучше рассмотреть на примере глюкозы, рибозы.

Моносахариды существуют в виде двух таутомерных форм: циклической (полуацетальной) и цепной (оксикарбонильной), которые в растворах взаимно переходят друг в друга. В зависимости от величины цикла различают пиранозную (шестичленный цикл) и фуранозную (пятичленный цикл) формы, которые могут переходить друг в друга через открытую оксикарбонильную форму. В циклической форме атом углерода с полуацетальным гидроксилом становится асимметрическим и поэтому различают два пространственных изомера - α- и β- формы (аномеры).

Студенту необходимо научиться представлять раличные формы углеводов в виде проекций Фишера, перспективных формул Хеуорса, определять конфигурацию оптических изомеров: D- и L – ряды, составлять названия углеводов.

Изучение химических свойств моносахаридов не представляет трудностей, если были хорошо усвоены свойства спиртов и карбонильных соединений.

Открытая форма моносахарида легко вступает в реакции по карбонильной группе (окисление, восстановление, нуклеофильное присоединение и т.д.). Циклическая форма монозы в реакциях проявляет свойства многоатомных спиртов (образование солей, простых и сложных эфиров, окисление, дегидратация).

Олигосахариды, состоящие из остатков двух моноз, называются дисахариды (биозы).

Дисахариды (восстанавливающие и невосстанавлвающие) образуются из моносахаридов в циклической форме.

Восстанавливающие дисахариды образованы за счет полуацетального гидроксила одной молекулы и любого спиртового гидроксила другой молекулы моносахарида. Восстанавливающие дисахариды имеют альдегидную группу и по свойствам подобны моносахаридам.

Невосстанавливающие дисахариды образованы за счет полуацетальных гидроксилов в обеих молекулах моносахаридов, такой дисахарид не имеет свободного полуацетального гидроксила и существует только в циклической форме. Невосстанавливающие дисахариды имеют гидроксильные группы и по свойствам подобны многоатомным спиртам.

Полисахариды (полиозы) образуются из моносахаридов в циклической форме. Относятся они к невосстанавливающим углеводам и дают реакции только в циклической форме подобно многоатомным спиртам. При изучении полисахаридов следует обратить особое внимание на строение и свойства крахмала, целлюлозы, гликогена, отметить сходства и различия в их строении, подчеркнуть их биологическое и практическое значение.

Контрольные вопросы и упражнения:

1. Напишите структурные формулы альдогексозы и кетогексозы. Определите число оптических изомеров для каждой монозы.

2. Для любой альдогексозы напишите проекционные формулы энантиомеров (D- и L-ряда), эпимеров. Назовите соединения.

3. Напишите, используя перспективные формулы Хеуорса, пиранозные и фуранозные и-формы глюкозы. Назовите эти формы, укажите гликозидный гидроксил.

4. Напишите уравнения образования восстанавливающего и невосстанавливающего дисахаридов из двух молекул

, D–глюкозы. Назовите полученные соединения.

5.Напишите уравнения реакций взаимодействия глюкозы с гидроксидом меди (II) без нагревания и при нагревании, гидролиза и окисления мальтозы. Назовите полученные соединения.

П р и м е р ы р е ш е н и я т и п о в ы х з а д а ч

1. Для D-фруктозы напишите проекционные формулы (проекции Фишера) L-фруктозы и её эпимеров (D и L ряда).

Решение:

Принадлежность моносахаридов к D- или L- ряду определяется по расположению группы – ОН у последнего асимметрического атома углерода. Если эта группа расположена справа, что соответствует стандарту –

D- глицериновому альдегиду (см. «Изомерия»), то моносахариды относятся к D- ряду, если слева – к L- ряду:

D-фруктоза L-фруктоза

Эпимеры – оптические изомеры (диастереомеры), отличающиеся положением гидроксильной группы у первого асимметрического атома углерода:

эпимер D-фруктозы - D-псикоза эпимер L-фруктозы - L-псикоза