Глава 22. Углеводы

Углеводы — это природные органические соединения, имеющие общую формулу C_m(H₂O)_n (m, n > 3). Углеводы делят на три группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахаридами называются такие углеводы, которые не могут гидролизоваться с образованием более простых углеводов. По числу атомов углерода моносахариды делятся на тетрозы (C₄H₈O₄), пентозы (C₅H₁₀O₅) и гексозы (C₆H₁₂O₆). Важнейшие гексозы — глюкоза и фруктоза.

Дисахариды – это продукты конденсации двух моносахаридов, например сахароза, C₁₂H₂₂O₁₁. Полисахариды (крахмал, целлюлоза) образованы большим числом молекул моносахаридов.

Молекулы всех моносахаридов, а также многих дисахаридов могут существовать в линейной и циклической формах. Моносахариды — бифункциональные соединения; в состав их молекул входят несколько гидроксильных групп, а также карбонильная группа. Моносахариды проявляют свойства многоатомных спиртов и некоторые свойства карбонильных соединений.

§ 22.1. Задачи с решениями

Задача 226. С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения: сахароза  глюкоза  глюконовая кислота?

Решение. Сахароза гидролизуется при нагревании в подкисленном растворе:

t, H⁺

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O  C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆.

сахароза глюкоза фруктоза

Глюкоза окисляется свежеосажденным гидроксидом меди (II) с образованием глюконовой кислоты (C₆H₁₂O₇):

CH₂OH(CHOH)₄CH=O + 2Cu(OH)₂   CH₂OH(CHOH)₄COOH + Cu₂O + 2H₂O.

Задача 227. Полученное из глюкозы соединение C₃H₆O₃ в реакции с натрием образует соединение состава C₃H₄Na₂O₃, с карбонатом кальция — C₆H₁₀CaO₆, с этанолом в присутствии серной кислоты — C₅H₁₀O₃. Назовите это соединение и напишите уравнения реакций.

Решение. При молочнокислом брожении из глюкозы получается молочная (2-гидроксипропановая) кислота:

C₆H₁₂O₆  2CH₃CH(OH)COOH.

В реакции молочной кислоты с натрием участвуют и гидроксильная, и карбоксильная группы:

CH₃CH(OH)COOH + 2Na  CH₃CH(ONa)COONa + + H₂.

С карбонатом кальция и с этанолом молочная кислота реагирует как обычная карбоновая кислота:

CaCO₃ + 2CH₃CH(OH)COOH  (CH₃CH(OH)COO)₂Ca + + CO₂ + H₂O,

t, H⁺

CH₃CH(OH)COOH + C₂H₅OH  CH₃CH(OH)COOC₂H₅ + + H₂O.

Задача 228. Рассчитайте, сколько серебра можно получить при взаимодействии 18 г глюкозы с избытком аммиачного раствора оксида серебра. Какой объем (н.у.) газа выделится при спиртовом брожении такого же количества глюкозы, если выход продукта реакции составляет 75%?

Решение. Запишем уравнение реакции с аммиачным раствором оксида серебра в упрощенном виде:

NH₃

C₆H₁₂O₆ + Ag₂O  C₆H₁₂O₇ + 2Ag

(на самом деле образуется не глюконовая кислота C₆H₁₂O₇, а ее аммонийная соль, однако на массу серебра это упрощение не влияет).

(C₆H₁₂O₆) = 18 / 180 = 0,1 моль. (Ag) = 2(C₆H₁₂O₆) = 0,2 моль. m(Ag) = 0,2108 = 21,6 г.

Реакция спиртового брожения глюкозы описывается уравнением:

C₆H₁₂O₆  2C₂H₅OH + 2CO₂.

Из 0,1 моль глюкозы теоретически можно получить 0,2 моль CO₂, а практически — 0,20,75 = 0,15 моль объемом 0,1522,4 = 3,36 л.

Ответ. 21,6 г серебра; 3,36 л углекислого газа.

Задача 229. Галактоза — это изомер глюкозы, отличающийся от нее положением гидроксильной группы при 4-м атоме углерода. Напишите структурную формулу дисахарида, образованного двумя остатками -галактозы, которые связаны между собой 1-4-гликозидной связью. Напишите структурную формулу продукта взаимодействия этого дисахарида с метиловым спиртом в присутствии хлороводорода. Могут ли эти соединения вступать в реакцию "серебряного зеркала"? Напишите уравнения необходимых реакций.

Решение. Циклическая формула -галактозы:

Молекулы этого углевода могут образовывать между собой связи с участием 1-го и 4-го углеродных атомов:

Звездочкой обозначен гликозидный гидроксил, который может замещаться на группу –OCH₃ при реакции с метанолом:

Благодаря наличию гликозидного гидроксила дисахарид -галактозы может в водном растворе превращаться в линейную форму с альдегидной группой (подобно глюкозе), поэтому он дает реакцию серебряного зеркала (уравнение приведено в упрощенном виде):

NH₃

C₁₂H₂₂O₁₁ + Ag₂O  C₁₂H₂₂O₁₂ + 2Ag.

Монометиловый эфир дисахарида -галактозы не содержит гликозидного гидроксила, поэтому он не может существовать в линейной форме и не вступает в реакцию серебряного зеркала.