ОСНОВЫ БИОХИМИИ

У Г Л Е В О Д Ы

Углеводами называют органические соединения, в молекулах которых одновременно присутствуют альдегидная или кетонная группа и несколько гидроксильных групп.

По химическому строению углеводы являются многоатомными альдегидоспиртами (полигидроксиальдегидами) или многоатомными кетоноспиртами (полигидрокси-кетонами).

В зависимости от сложности состава углеводы делятся на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и высшие полисахариды.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. МОНОСАХАРИДЫ

Моносахариды – простые углеводы, не способные подвергаться гидролизу.

В кристаллическом состоянии моносахариды существуют в виде циклической (полуацетальной) формы. В растворах имеет место таутомерное равновесие между оксикарбонильными и полуацетальными формами.

Превращения моносахаридов связаны с наличием в молекуле карбонильной группы, гидроксильных групп, а также обусловлены их взаимным влиянием.

Реакции на гидроксильные группы моносахаридов

Опыт 1. Получение глюкозата кальция

К 1 мл 10%-ного раствора хлорида кальция прибавляют 0,5 мл 2н раствора гидроксида натрия. К образовавшемуся осадку гидроксида кальция приливают 5%-ный раствор глюкозы до растворения осадка.

Напишите уравнение реакции образования глюкозата кальция.

Опыт 2. Получение глюкозата меди.

В пробирке смешивают 2 мл 1%-ного раствора глюкозы и 1 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия, затем по каплям добавляют 5%-ный раствор сульфата меди. Образующийся вначале голубой осадок гидроксида меди (П) при встряхивании растворяется и получается синий прозрачный раствор комплексного алкоголята - глюкозата меди (П).

Напишите уравнение реакции образования комплексного глюкозата меди (П), получившегося при взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (П) в щелочной среде.

Опыт повторяют, но вместо раствора глюкозы используют 1%-ный раствор фруктозы (или 5%-ный раствор меда).

Опыт 3. Получение пентаацетилглюкозы (тяга!)

В сухой пробирке смешивают 1 г безводной глюкозы и 1 г безводного ацетата натрия. К смеси добавляют 5 мл уксусного ангидрида и содержимое пробирки перемешивают стеклянной палочкой. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником и при встряхивании осторожно нагревают в пламени горелки 5-10 минут. Пробирку охлаждают на воздухе, после чего выливают реакционную смесь в стакан воды

со льдом. Смесь тщательно перемешивают. Вскоре начинают выделяться кристаллы пентаацетилглюкозы.

Напишите уравнение реакции ацилирования глюкозы уксусным ангидридом.

- 2 -

Реакции на карбонильные группы моносахаридов

Опыт 4. Реакции фуксинсернистой кислоты с формальдегидом и глюкозой.

В две пробирки наливают по 1,5 мл раствора фуксинсернистой кислоты. В одну пробирку приливают 1,5 мл 10%-ного раствора формальдегида, а в другую – 1,5 мл 10%-ного раствора глюкозы. Содержимое пробирок перемешивают. Через некоторое время в пробирке с формальдегидом появляется фиолетово-розовое окрашивание, а раствор, содержащий глюкозу, остается бесцветным.

Почему глюкоза и другие моносахариды не дают некоторых реакций на карбонильные группы? Например, она не реагирует с фуксинсернистой кислотой и с гидросульфитом натрия.

Опыт 5. Окисление моносахаридов гидроксидом меди (П) в щелочной среде

(реакция Троммера).

В пробирку к 3 мл 1%-ного раствора глюкозы приливают 1,5 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия. Затем осторожно по каплям добавляют 5%-ный раствор сульфата меди до появления и не исчезающей при встряхивании голубой мути гидроксида меди (П). Содержимое пробирки нагревают до начала кипения таким образом, чтобы нагревалась лишь верхняя часть раствора, а нижняя оставалась холодной – для контроля.. В нагретой части раствора появляется желтый осадок гидроксида меди (1), вскоре переходящий в красный осадок оксида меди (1).

При проведении реакции следует иметь в виду, что избыток гидроксида меди (П) мешает реакции, так как при нагревании он теряет воду и превращается в оксид меди (П) черного цвета. Если же гидроксида меди (П) слишком мало, то не связанная им глюкоза при нагревании осмоляется, а продукты осмоления темного цвета также маскируют реакцию.

Опыт повторяют, но вместо раствора глюкозы используют 1%-ный раствор фруктозы (или 5%-ный раствор меда).

Напишите уравнение реакции окисления глюкозы в глюконовую кислоту гидроксидом меди (П) в щелочной среде.

Опыт 6. Окисление моносахаридов щелочным раствором глицерата меди.

В пробирку наливают 1,5 мл 2%-ного раствора сульфата меди и 3 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия. К образовавшемуся осадку голубого цвета приливают несколько капель глицерина и смесь перемешивают. Осадок растворяется и появляется васильковое окрашивание раствора от образующегося комплексного соединения – глицерата меди (П) (реактив Гайнеса).

К полученному раствору добавляют 1,5 мл 1%-ного раствора глюкозы и 2-3 мл воды. Тщательно перемещайте раствор и, наклонив пробирку, нагрейте до кипения только верхнюю часть раствора, а нижняя часть должна оставаться холодной. В верхней нагретой части раствора постепенно появляется желтый осадок гидроксида меди (1).

Опыт повторяют, но вместо раствора глюкозы используют 1%-ный раствор фруктозы (или 5%-ный раствор меда).

Напишите уравнение реакции окисления глюкозы щелочным раствором глицерата меди (реактивом Гайнеса).

- 3 -

Опыт 7. Окисление моносахаридов реактивом Фелинга.

В две пробирки наливают по 2 мл 1%-ных растворов глюкозы и фруктозы. Затем в каждую пробирку добавляют по 2 мл фелинговой жидкости. Содержимое пробирок перемешивают и нагревают в пламени горелки только верхнюю часть раствора до начала кипения. В верхней части раствора появляется желтый осадок гидроксида меди (1), переходящий в красный осадок оксида меди (1), нижняя часть жидкости, которую не нагревали, остается синей.

Реактивом Фелинга пользоваться удобнее, чем гидроксидом меди (П), так как при нагревании смеси его с раствором моносахарида не происходит образования черного осадка оксида меди (П), маскирующего красный цвет осадка оксида меди (1). Кроме того, реакция с фелинговой жидкостью протекает быстрее и более четко.

Напишите уравнение реакции окисления глюкозы в глюконовую кислоту реактивом Фелинга. При написании уравнений реакций окисления моносахаридов реактивом Фелинга обычно применяют упрощение: вместо реактива Фелинга пишут гидроксид меди (П).

Опыт 8. Окисление моносахаридов аммиачным раствором оксида серебра

(реакция серебряного зеркала).

Аммиачный раствор оксида серебра (реактив Толленса) готовят следующим образом: к 20 мл 5%-ного раствора нитрата серебра прибавляют 10 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия. К выпавшему осадку оксида серебра добавляют по каплям 5 мл разбавленного раствора аммиака (10 мл концентрированного раствора аммиака разбавляют 100 мл дистиллированной воды). Колбу закрывают пробкой и встряхивают. Повторяют операцию до полного растворения осадка, избегая избытка аммиака. Затем добавляют воду до объема 100 мл.

В две пробирки наливают по 1 мл 1-5%-ных растворов глюкозы и фруктозы. Затем в каждую пробирку добавляют по 2 мл аммиачного раствора оксида серебра. Обе пробирки нагревают 5-10 минут на водяной бане, нагретой до 70-80⁰С. Металлическое серебро в обеих пробирках выделяется на стенках в виде зеркального налета.

Во время нагревания пробирки нельзя встряхивать, так как металлическое серебро может выделиться не на стенках пробирки, а виде темного осадка. Чтобы получить хорошее зеркало, в пробирках предварительно кипятят 10%-ный раствор гидроксида натрия, а затем их споласкивают дистиллированной водой.

Напишите уравнения реакций образования аммиачного раствора оксида серебра и окисления глюкозы до глюконовой кислоты аммиачным раствором оксида серебра.