- •Кафедра химической технологии
- •Химия и биохимия углеводов.
- •Раздел I. Химия моносахаридов.
- •Содержание
- •Введение
- •1 Классификация и номенклатура
- •2 Химическое строение моносахаридов
- •3 Стереохимия
- •Цифры 4,3,2,1 означают падение старшинства атомных
- •4 Таутомерия моносахаридов в растворах
- •1) Кето-енольную и 2) кольчато-цепную или оксо-окси-таутомерию.
- •Мутаротация
- •6 Способы получения моносахаридов
- •7 Физические свойства моносахаридов
- •8 Химические свойства моносахаридов
- •Литература
- •Научный редактор профессор г.Н. Роганов
1 Классификация и номенклатура
1.1 Классификация углеводов.
Углеводами (или сахарами) называют группу природных веществ, которые в соответствии с химической классификацией являются полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами либо продуктами их поликонденсации . Впервые термин “ углеводы “ был предложен профессором Дерптского (Тартуского) университета К.Шмидтом в 1884 году, в связи с тем, что первые из известных их представителей имели состав Сn(Н2О)m, т. е. их рассматривали как соединения углевода с водой . Например, глюкоза и фруктоза имеют формулу С6Н12О6 = 6С6Н2О, сахароза (тростниковый сахар) - С12Н22О11= 12С11Н2О, крахмал целлюлоза - (С6Н10О5)n= (6С5Н2О)nи т.д.
В настоящее время известно множество углеводов, по составу не соответствующих этой формуле. Однако термин «углеводы» сохранился, хотя не отражает ни состава, ни химической природы этого класса соединений. Втрое название углеводов - (сахара) связано с тем, что многие представители этого класса соединений обладают сладким вкусом, обычный сахар С12Н22О11входит в их состав .
Углеводы подразделяются на три основные группы : моносахариды, олигосахариды и полисахариды .
Моносахариды (простые сахара) - углеводы, которые не способны гидролизоваться до более простых соединений.
Олигосахариды (низкомолекулярные сахара) - углеводы, которые при гидролизе распадаются на 2-8 моносахарида (“олигос” – по-гречески немногий).
Полисахариды (сложные сахара) - продукты конденсации моносахаридов, они способны гидролизоваться с образованием простых углеводов (от десятков до сотен тысяч молекул моносахаридов) .
По химической природе простые сахара делят на а) нейтральные сахара, содержащие только карбонильную и спиртовые группы; б) аминосахара, содержащие кроме этих групп аминогруппу, которая придает этим соединениям основные свойства ; в) кислые сахара, содержащие кроме карбонильной и спиртовых групп карбоксильные группы.
Моносахариды, относящиеся к нейтральным сахарам, в большинстве своем имеют состав, соответствующий общей формуле СnН2nОn, т. е. число атомов углерода равно числу атомов кислорода. Однако известны такие моносахариды, у которых число атомов кислорода меньше (например, СnН2nОn-1), чем число атомов углерода в молекуле, т. е. вместо гидроксильной группы в молекуле моносахарида присутствует атом водорода. Такие сахара называют дезоксисахарами.
Моносахариды (монозы) классифицируют по количеству атомов углерода и по характеру карбонильной группы.
По количеству атомов углерода различают триозы - сахара с тремя атомами углерода, тетрозы - с четырьмя, пентозы - с пятью, гексозы - с шестью и т. д. Сахара, содержащие семь и более атомов углерода, называют высшими сахарами.
Моносахариды, содержащие альдегидную группу, называют альдозами, кетонную - кетозами. Часто эти названия объединяют, чтобы одновременно показать и число углеродных атомов, и характер карбонильной группы. Например : глюкоза является альдогексозой, а фруктоза - кетогексозой, простейшей альдотриозой является глицериновый альдегид, а простейшей кетотриозой – дигидроксиацетон:
-
глицериновый альдегид
дигидроксиацетон
1.2 Номенклатура моносахаридов и их производных
Названия моносахаридов строят в соответствии с их классификацией с окончанием “оза” : альдопентоза, кетогексоза и т. д. Наиболее часто встречающиеся в природе моносахариды имеют тривиальные названия, например, альдопентозы - рибоза, ксилоза, арабиноза, дезоксирибоза, ликсоза; альдогексозы - глюкоза, манноза, галактоза, гулоза, иодоза; кетогексоза – фруктоза.
По номенклатуре ИЮПАК любая альдопентоза имеет название 2,3,4,5 - тетрогидроксипентаналь; альдогексоза - 2,3,4,5,6 - пентагидроксигексаналь; кетопентоза -1,3,4,5 - тетрагидроксипентанон-2; кетогексоза (фруктоза) - 1,3,4,5,6 - пентагидроксигексанон - 2 и т. д. Однако заместительная номенклатура в химии углеводов практически не употребляется и обычно пользуются тривиальными названиями.
Рибоза (альдопентоза) |
2-Дезоксирибоза (альдопентоза) |
Глюкоза (альдогексоза) |
Фруктоза (кетогексоза) |
От тривиальных названий производят названия дезоксисахаров, аминосахаров, карбоксилсодержащих сахаров. При образовании названий производных сахаров атомы углерода нумеруют, начиная с того конца, к которому ближе карбонильная группа; цифрами указывают положения заместителей; если заместитель связан не с углеродным атомом, то указывают атом, с которым заместитель связан непосредственно. Например :
2-дезокси-2-амино-3,4-ди-О-метилглюкоза |
5-О-фосфат-рибоза |
2-дезокси-2-N-ацетил- аминоглюкоза |
При окислении альдоз в мягких условиях, например, при действии аммиачного раствора гидроксида серебра [Аg(NH3)2OH], образуются кислоты, содержащие карбоксильную группу в первом положении. Их называют альдоновые (гликоновые) кислоты. Окончание “оза” в названии монозы меняют на “оновая кислота”. Окисление концевой первичноспиртовой - СН2ОН- группы переводит альдозы в уроновые кислоты. Их названия образуют, заменяя окончание “оза” на “уроновая кислота”, при нумерации отсчет ведут от альдегидной, а не от карбоксильной группы.
Кислоты, образующиеся при энергичном окислении альдоз и содержащие две карбоксильные группы в первом и последнем положениях углеродной цепи, называют альдаровыми ( окончание “оза” заменяют на “аровая кислота” ).
-
Галактоновая
кислота
Галактуроновая
Кислота
Галактаровая
кислота