Моносахариди

Всі ізомери моносахаридів поділяються на D- та L-форми у відповідності з розташуванням груп атомів при останньому (найбільш віддаленому від альдегідної чи кето групи) центрі асиметрії з розташуванням груп у D- та L-гліцеральдегіда. Природні гексози – глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза належать, як правило, до сполук D-ряду.

Природні моносахариди мають оптичну активність, тобто здатні обертати площину поляризованого світла. Якщо вона обертається праворуч – позначається знаком “+”, якщо ліворуч – “–”.

Плоскополяризоване світло – його коливання здійснюються лише в одній з можливих площин.

Вуглеводи представляють собою циклічну (напівацетальну форму). Циклічні структури пентоз і гексоз – звичайні їх форми; в будь-який момент лише невелика частина молекул існує у вигляді “відкритого ланцюга”.

Моносахариди дають реакції по напівацетальному гідроксилу, який відрізняється більшою реакційною здатністю і може заміщатися іншими групами у реакціях із спиртами, карбоновими кислотами, фенолами тощо. Продукт реакції називається глікозидом.

Моносахариди реагують також по карбонільній групі. Хоч лінійна форма моносахаридів присутня у незначних кількостях, її участь забезпечує моносахаридам всі властивості альдегідів (в альдозах) та кетонів (в кетозах).

Альдози та кетози здатні:

- приєднувати спирти;

- до окислення альдегідної групи в карбоксильну при обробці слабими окислювачами, з утворенням альдонових кислот (D-глюкоза окислюється в D-глюконову кислоту, яка відіграє важливу роль як проміжний продукт вуглеводного обміну);

- до відновлення – легко гідруються по зв’язку С-О і при цьому перетворюються в багатоатомні спирти. Так, D-глюкоза утворює спирт сорбіт;

- вступати в реакцію етерифікації з фосфорною кислотою з утворенням фосфорнокислих ефірів, що відіграють велику роль у обміні речовин. Так, 5-фосфорибозил-1-пірофосфат приймає участь в синтезі пуринових та піримідинових нуклеотидів; глюкозо-1-фосфат, глюкозо-6-фосфат є проміжними продуктами гліколізу;

- до утворення аміноцукрів – похідних моноцукрів, гідроксильна група яких заміщена аміногрупою. Представники: D-глюкозамін, D-галактозамін, які входять до складу мукополісахаридів тваринного, рослинного та бактеріального походження, є вуглеводними компонентами різних глікопротеїнів та гліколіпідів.

Окремі представники моносахаридів

Пентози рибоза, арабіноза, ксилоза у насінні олійних культур у вільному вигляді майже не зустрічаються. У плодовій та насінневій оболонках ксилоза та арабіноза містяться у вигляді високомолекулярних полісахаридів, які називаються пентозанами.

При дистиляції з сірчаною кислотою пентози утворюють фурфурол, який отримують, наприклад, при гідролізі плодових оболонок насіння соняшники.

Фуриловий спирт, наприклад, застосовується для антикорозійного покриття обладнання, як селективний розчинник (для екстрагування пеніциліну), в якості ініціатору горіння палива для реактивних двигунів тощо.

Глюкоза (виноградний цукор) поширена в природі, у великій кількості міститься у винограді, є обов’язковою складовою крові людини і тварин. З неї побудовані крохмаль, глікоген, целюлоза. У фосфорильованому вигляді зустрічається у клітинах і тканинах організму як проміжний продукт розщеплення вуглеводів.

Глюкоза міститься у крові в кількості 0,1 %, що становить 1 чайну ложку. Якщо рівень цукру менше спостерігається втома, апатія, тремтіння в руках і ногах, якщо набагато менше – непритомність. Коли кількість глюкози більше від норми – цукровий діабет. Може бути така висока концентрація глюкози, що вона частково починає виводитись з сечею.

Галактоза в організмі людини і тварин зустрічається у складі дисахаридів лактози (молочного цукру), трисахарида – рафінози, полісахаридів, які використовуються у кондитерській промисловості (агар-агар). Входить до складу ліпідів нервової системи і головного мозку.

Фруктоза (плодовий цукор) досить поширена у природі. Входить до складу сахарози, а також високомолекулярних полісахаридів. Ці полісахариди отримали назву поліфруктозидів, зустрічаються у цикорії, земляній груші, кок-сагизі. Найбільш відомим є інулін, що накопичується у клубнях топінамбура як запасна речовина. Суміш фруктози і глюкози становить основну частину меду.

Глюкоза з меду швидко всмоктується у кров, фруктоза – повільно, тому вона підтримує постійну концентрацію цукру в крові.

Її фосфорні ефіри є проміжними сполуками обміну вуглеводів в організмі.

Серед усіх моносахаридів фруктоза – найсолодша (в 2,5 рази солодша за глюкозу і в 1,7 рази – за сахарозу).

Важливі похідні моносахаридів і глікозидів

Альдогексозы легко реагують зі спиртами у присутності неорганічних кислот, утворюючи аномерні а- і ф-глікозиди. Глікозиди є асиметричними змішаними ацеталями взаємодії, що утворюються в результаті, між альдегідним атомом вуглецю внутрішньомолекулярної полу-ацетальной (пиранозной) форми альдогексоз і другою спиртовою гидроксиль-ной групою молекули спирту.

Гликозидная зв'язок утворюється також в результаті реакції моносахариду з гідроксильними групами інших моносахаридів. Продуктом такої реакції є дисахарид. Полісахариди є ланцюгами моносахаридів, сполучених такими гликозидными зв'язками. Гликозидная зв'язок стійкий до дії підстав, але гидролизуется при кип'яченні з кислотою з утворенням вільного моносахариду і вільного спирту. Крім того, глікозиди гидролизуются ферментами специфічність яких визначається природою моносахаридних одиниць і природою спирту.

Щоб з'ясувати у якій формі знаходиться глікозид - фуранозной або пиранозной - проводять його окислювальну деградацію в кислому розчині у присутності солей йодної кислоти (периодатов). Періодатне окислення - цінний метод дослідження структури олігосахаридів.