Дезоксирибозата е монозахарид, който играе важна биологична роля. Вижте какво е "2-deoxy-d-ribose" в други речници
Монозахариди: класификация; стереоизомерия, D- и L-серии; отворени и циклични форми на примера на D-глюкоза и 2-дезокси-D-рибоза, циклооксотавтомерия; мутаротация. Представители: D-ксилоза, D-рибоза, D-глюкоза, 2-деокси-D-рибоза, D-глюкозамин.
Въглехидрати- хетерофункционални съединения, които са алдехидни или кетонови многовалентни алкохоли или техни производни. Класът на въглехидратите включва различни съединения - от нискомолекулни, съдържащи от 3 до 10 въглеродни атома до полимери с молекулно тегло от няколко милиона. Във връзка с киселинната хидролиза и физикохимичните свойства те се разделят на три големи групи: монозахариди, олигозахариди и полизахариди .
Монозахариди(монози) - въглехидрати, които не могат да претърпят киселинна хидролиза с образуването на по-прости захари. Монози класифицирампо броя на въглеродните атоми, естеството на функционалните групи, стереоизомерните серии и аномерните форми. от функционални групи монозахаридите се класифицират в алдози (съдържат алдехидна група) и кетоза (съдържат карбонилна група).
от брой въглеродни атоми във веригата: триози (3), тетрози (4), пентози (5), хексози (6), хептози (7) и т.н. до 10. Най-важни са пентозите и хексозите. от конфигурации на последния хирален атом въглеродните монозахариди се разделят на D- и L-серия стереоизомери. По правило D-серията стереоизомери участват в метаболитни реакции в организма (D-глюкоза, D-фруктоза, D-рибоза, D-дезоксирибоза и др.)
Като цяло името на отделен монозахарид включва:
Префикс, описващ конфигурацията на всички асиметрични въглеродни атоми;
Цифрова сричка, която определя броя на въглеродните атоми във веригата;
Наставка - унция - за алдози и - ulosa - за кетоза и локантът на оксо групата се посочва само ако не е при С-2 атома.
Структураи стереоизомериямонозахариди.
Монозахаридните молекули съдържат няколко центъра на хиралност, така че има голям брой стереоизомери, съответстващи на една и съща структурна формула. Така броят на стереоизомерите на алдопентозата е осем ( 2 н , където н = 3 ), включително 4 двойки енантиомери. Алдохексозите вече ще имат 16 стереоизомера, тоест 8 двойки енантиомери, тъй като тяхната въглеродна верига съдържа 4 асиметрични въглеродни атома. Това са алоза, алтроза, галактоза, глюкоза, гулоза, идоза, маноза, талоза. Кетохексозите съдържат един хирален въглероден атом по-малко от съответните алдози, така че броят на стереоизомерите (2 3) е намален до 8 (4 двойки енантиомери).
Относителна конфигурация монозахариди, определени от конфигурацията хиралния въглероден атом, който е най-отдалечен от карбонилната група в сравнение с конфигурационния стандарт - глицералдехид. Ако конфигурацията на този въглероден атом съвпада с конфигурацията на D-глицералдехид, монозахаридът като цяло се нарича D-серия. Обратно, когато съответства на конфигурацията на L-глицералдехид, монозахаридът се счита за принадлежащ към L-серията. Всяка алдоза от D-серия съответства на енантиомер от L-серия с противоположна конфигурация на всички центрове на хиралност.
(! ) Позицията на хидроксилната група в последния център на хиралност вдясно показва, че монозахаридът принадлежи към D-серията, вляво - към L-серията, т.е. същата като в стереохимичния стандарт - глицералдехид.
Естествената глюкоза е стереоизомер д-серия. В равновесие глюкозните разтвори имат дясно въртене (+52,5º), така че глюкозата понякога се нарича декстроза. Глюкозата получи името си гроздова захар поради факта, че се намира най-много в гроздовия сок.
епимери се наричат диастереомери на монозахариди, които се различават по конфигурацията само на един асиметричен въглероден атом. Епимерът на D-глюкозата при С4 е D-галактоза, а при С2 е маноза. Епимерите в алкална среда могат да се трансформират един в друг чрез енедиолната форма и този процес се нарича епимеризация .
Тавтомерия на монозахаридите.Проучване на имоти глюкоза показан:
1) в абсорбционните спектри на глюкозни разтвори няма лента, съответстваща на алдехидната група;
2) разтворите на глюкоза не дават всички реакции към алдехидната група (те не взаимодействат с NaHSO 3 и фуксинова сярна киселина);
3) при взаимодействие с алкохоли в присъствието на "сух" HCl, глюкозата добавя, за разлика от алдехидите, само един еквивалент алкохол;
4) прясно приготвени разтвори на глюкоза мутаротат в рамките на 1,5–2 часа ъгълът на въртене на равнината на поляризирана светлина се променя.
Циклични формите на монозахаридите по химическа природа са циклични полуацетали , които се образуват при взаимодействието на алдехидната (или кетонната) група с алкохолната група на монозахарида. В резултат на вътрешномолекулно взаимодействие ( НО н механизъм ) електрофилният въглероден атом на карбонилната група се атакува от нуклеофилния кислороден атом на хидроксилната група. Термодинамично по-стабилен петчленен ( фураноза ) и шестчленен ( пираноза ) цикли. Образуването на тези цикли е свързано със способността на въглеродните вериги на монозахаридите да приемат подобна на нокът конформация.
Графичните представяния на циклични форми, представени по-долу, се наричат формули на Фишър (може да срещнете и името "формули на Коли-Толенс").
В тези реакции C 1 атом от прохирален, в резултат на циклизация, става хирален ( аномерен център).
Стереоизомерите, които се различават по конфигурацията на С-1 алдозния или С-2 кетозния атом в тяхната циклична форма, се наричат аномери , а самите въглеродни атоми се наричат аномерен център .
OH групата, получена в резултат на циклизация, е полуацетална. Нарича се още гликозидна хидроксилна група. По свойства той се различава значително от другите алкохолни групи на монозахарида.
Образуването на допълнителен хирален център води до появата на нови стереоизомерни (аномерни) α- и β-форми. α-аномерна форма се нарича такъв, в който полуацеталният хидроксил е от същата страна като хидроксила в последния хирален център, и β форма - когато полуацеталният хидроксил е от другата страна от хидроксила в последния хирален център. Образуват се 5 взаимно преминаващи тавтомерни форми на глюкозата. Този вид тавтомерия се нарича цикло-оксо-тавтомерия . Тавтомерните форми на глюкозата са в разтвор в състояние на равновесие.
Преобладава в монозахаридните разтвори циклична полуацетална форма (99,99%) като по-термодинамично благоприятен. Делът на ацикличната форма, съдържаща алдехидната група, е по-малко от 0,01%, в тази връзка няма реакция с NaHSO 3, няма реакция с фуксинова сярна киселина и спектрите на абсорбция на глюкозни разтвори не показват наличието на лента, характерна за алдехидната група.
По този начин, монозахариди - циклични полуацетали на алдехид или кетон многовалентни алкохоли, които съществуват в разтвор в равновесие с техните тавтомерни ациклични форми.
В прясно приготвени разтвори на монозахариди, явлението мутаротация - промени във времето на ъгъла на въртене на равнината на поляризация на светлината . Аномерните α- и β-форми имат различни ъгли на завъртане на равнината на поляризирана светлина. И така, кристалната α,D-глюкопираноза, когато се разтвори във вода, има първоначален ъгъл на въртене от +112,5º и след това постепенно намалява до +52,5º. Ако β,D-глюкопиранозата се разтвори, нейният първоначален ъгъл на въртене е +19,3º, а след това се увеличава до +52,5º. Това се обяснява с факта, че за известно време се установява равновесие между α- и β-формите: 2/3 от β-формата → 1/3 от α-формата.
Предпочитанието за образуване на един или друг аномер до голяма степен се определя от тяхната конформационна структура. Най-благоприятната конформация за пиранозния пръстен е фотьойли , а за фуранозния цикъл - плик или усукване -потвърждение. Най-важните хексози - D-глюкоза, D-галактоза и D-маноза - съществуват изключително в 4 C 1 конформация. Освен това D-глюкозата от всички хексози съдържа максималния брой екваториални заместители в пиранозния пръстен (и нейният β-аномер съдържа всички).
В β-конформера всички заместители са в най-благоприятното екваториално положение; следователно тази форма в разтвора е 64%, а α-конформерът има аксиално разположение на полуацетален хидроксил. Това е α-конформерът на глюкозата, който се намира в човешкото тяло и участва в метаболитните процеси. Полизахаридът, фибрите, е изграден от β-конформера на глюкозата.
Формули на Хауърт. Цикличните формули на Фишер успешно описват конфигурацията на монозахаридите, но са далеч от реалната геометрия на молекулите. В перспективните формули на Haworth пиранозните и фуранозните пръстени са изобразени като равнинни правилни многоъгълници (съответно шестоъгълник или петоъгълник), разположени хоризонтално. Кислородният атом в цикъла се намира на разстояние от наблюдателя, а за пиранозата - в десния ъгъл.
Водородните атоми и заместители (главно СН2ОН групи, ако има такива, и той) са разположени над и под равнината на пръстена. Символите на въглеродните атоми, както е обичайно при писане на формули за циклични съединения, не са показани. По правило се пропускат и водородните атоми с връзки към тях. C-C връзките, които са по-близо до наблюдателя, понякога се показват с дебели линии за яснота, въпреки че това не е необходимо.
За да се премине към формулите на Хауърт от цикличните формули на Фишер, последните трябва да бъдат трансформирани така, че кислородният атом на цикъла да е разположен на същата линия като въглеродните атоми, включени в цикъла. Ако трансформираната формула на Фишър е разположена хоризонтално, както се изисква от писането на формулите на Хауърт, тогава заместителите отдясно на вертикална линиявъглеродните вериги ще бъдат под равнината на цикъла, а тези отляво ще бъдат над тази равнина.
Описаните по-горе трансформации също показват, че полуацеталният хидроксил в α-аномерите на D-серията е под равнината на цикъла, в β-аномерите е над равнината. В допълнение, страничната верига (при С-5 в пиранозите и при С-4 във фуранозите) е разположена над равнината на пръстена, ако е свързана с въглеродния атом на D-конфигурация, и по-долу, ако този атом има L- конфигурация.
Представители.
д - Ксилоза - „дървесна захар“, монозахарид от групата на пентозите с емпирична формула C 5 H 10 O 5, принадлежи към алдозите. Съдържа се в растителните ембриони като ергастично вещество, а също така е един от мономерите на полизахарида на хемицелулозната клетъчна стена.
D-рибоза е вид прости захари, които образуват въглехидратния гръбнак на РНК, като по този начин контролират всички жизнени процеси. Рибозата също участва в производството на аденозин трифосфат (АТФ) и е един от неговите структурни компоненти.
2-дезокси-D-рибоза - компонент на дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК). Това историческо име не е строго номенклатурно, тъй като молекулата съдържа само два центъра на хиралност (с изключение на C-1 атома в цикличната форма), така че това съединение може да се нарече 2-деокси-D-арабиноза с равни права. По-правилното име за отворената форма е 2-деокси-D-еритро-пентоза (конфигурацията D-еритро е подчертана).
D-глюкозамин – вещество, произведено от хрущялната тъкан на ставите, е компонент на хондроитин и е част от синовиалната течност.
Монозахариди: отворени и циклични форми на примера на D-галактоза и D-фруктоза, фураноза и пираноза; – и β–аномери; най-стабилните конформации на най-важните D-хексопиранози. Представители: D-галактоза, D-маноза, D-фруктоза, D-галактозамин (въпрос 1).
Тавтомерни форми на фруктозасе образуват по същия начин като тавтомерните форми на глюкозата, съгласно реакцията на вътрешномолекулно взаимодействие (A N). Електрофилният център е въглеродният атом на карбонилната група при С2, а нуклеофилът е кислородът на ОН групата при 5-ия или 6-ия въглероден атом.
Представители.
D-галактоза – в животински и растителни организми, включително някои микроорганизми. Влиза в състава на дизахаридите – лактоза и лактулоза. Когато се окислява, образува галактонова, галактуронова и слузна киселини.
D-маноза – компонент на много полизахариди и смесени биополимери от растителен, животински и бактериален произход.
D-фруктоза - монозахарид, кетогексоза, в живите организми присъства само D-изомерът, в свободна форма - в почти всички сладки плодове и плодове - като монозахаридна единица, той е част от захарозата и лактулозата.
" |
Химическа енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. Изд. И. Л. Кнунянц. 1988 .
Вижте какво е "2-DEOXY-D-RIBOSE" в други речници:
2-дезокси-D-рибоза
Дезоксирибоза 2-дезокси-D-рибоза- Дезоксирибоза, 2 дезокси D рибоза * дезоксирибоза, 2 дезокси D рибен бульон * дезоксирибоза петвъглеродна захар, която е структурен елемент на ДНК (виж). Монозахарид от групата на дезокси захарите. Той е част от ДНК и е под формата на фуран, където ... ... Генетика. енциклопедичен речник
- (аминодезоксизахар), монозахариди, в молекули до ryh вместо една или няколко. хидроксилни групи (с изключение на хемиацетал в алдози или хемикетал в кетози) съдържат незаместени и заместени аминогрупи. А. включва също монозахариди, ... ... Химическа енциклопедия
Монозахариди, съдържащи в молекулата един или повече. водородни атоми вместо хидроксилни групи. Съгласно правилата на IUPAC, на името на Д., абс. (D или L) и относителна конфигурация, позиция на дезокси връзката и дължина на въглеродната верига, напр. Химическа енциклопедия
- (захар), обширна група от полихидроксикарбонилни съединения, които са част от всички живи организми; към U. също включват мн. производни, получени по хим. Модификации на тези връзки. чрез окисление, редукция или въвеждане на разг. депутати ......... Химическа енциклопедия
2 дезокси В рибоза, монозахарид от групата на дезокси захарите; е част от дезоксирибонуклеинови до t (ДНК) материални носители на наследствеността. Намира се в ДНК под формата на фураноза, първият въглероден атом на D. е свързан с азотна основа и C3 ... ... Биологичен енциклопедичен речник
Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК)- молекула, състояща се от сдвоена въглехидратна основа (2 дезокси D рибоза) и нуклеотиди, разположени върху нея в определена последователност (аденин, гуанин, цитозин и тимин). Структурата на ДНК молекулата е открита от Д. Д. Уотсън и Ф. Крик (1953), ... ... Енциклопедичен речник по психология и педагогика
ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВА КИСЕЛИНА (ДНК)- Голяма сложна молекула, състояща се от четири нуклеотидни бази (аденин, гуанин, цитозин и тимин) и въглехидратна основа (2 дезокси D рибоза). Нуклеотидните бази са подредени по двойки, ориентирани към центъра на молекулата под формата на ... ... Обяснителен речник по психология
2-деокси-D-рибоза- statusas T sritis chemija apibrėžtis Aldopentozė, DNR struktūros sudedamoji dalis. формула H(CHOH)₃CH₂CHO атитикменис: англ. 2 деокси D рибоза рус. 2 дезокси D рибоза... Chemijes terminų aiskinamasis žodynas
2-дезокси-D-рибоза- 2 deoksi D ribozė statusas T sritis chemija apibrėžtis Aldopentozė, DNR struktūros sudedamoji dalis. формула H(CHOH)₃CH₂CHO атитикменис: англ. 2 деокси D рибоза рус. 2 дезокси D рибоза... Chemijes terminų aiskinamasis žodynas
От монозахаридите, когато хидроксилните групи се заменят с аминогрупа (-NH 2), се образуват аминозахари. В човешкото тяло най-важните аминозахари са глюкозамин и галактозамин:
Те са част от сложните въглехидрати на мукополизахаридите, които изпълняват защитни и специфични функции, характерни за слузта, стъкловидното тяло на окото, синовиалната течност на ставите, системата за коагулация на кръвта и др.
Много функционално важни вещества се образуват от глюкозата в процеса на нейното окисление или редукция: аскорбинова киселина, сорбитолов алкохол, глюконова, глюкуронова, сиалова и други киселини.
2.1.4. Рибоза и дезоксирибоза
Тези свободни въглехидрати са редки. По-често те са част от сложни вещества, т.е. използвани в тялото при пластмасови процеси. И така, рибозата е част от нуклеотидите (ATP, ADP, AMP) и РНК, както и много коензими (NADP, NAD, FAD, FMN, CoA). Дезоксирибозата е част от ДНК. В тялото рибозата и дезоксирибозата (както и другите пентози) са в циклична форма.
2.1.5. Глицералдехид и дихидроксиацетон
Те се образуват в телесните тъкани по време на метаболизма на глюкозата и фруктозата. Като изомери, тези триози са способни на взаимно превръщане:
В тъканите на тялото, в процеса на метаболизма на въглехидратите и мазнините, се образуват фосфорни естери на глицералдехид и фосфодиоксиацетон. Фосфоглицералдехидът е високоенергиен субстрат на биологичното окисление. В процеса на неговото окисление се образуват АТФ, пирогроздена киселина (PVA) и млечна киселина (лактат).
Монозахаридите лесно влизат в химични взаимодействия, поради което рядко се срещат в живи организми в свободно състояние. Олигозахаридите са особено важни производни на монозахаридите за организма.
2.2. Олигозахариди
Това са сложни въглехидрати, изградени от малко количество (от 2 до 10) монозахаридни остатъци. Ако два монозахаридни остатъка са свързани с 1,4 или 1,2-гликозидни връзки, тогава се образуват дизахариди. Основните дизахариди са захароза, малтоза и лактоза.Молекулната им формула е C 12 H 22 O 12.
2.2.1. захароза
захароза- (захар от тръстика или цвекло) се състои от остатък от глюкоза и фруктоза, свързани помежду си с 1,2-гликозидна връзка, която се образува от взаимодействието на хидроксилната група на първия въглероден атом на глюкозата и хидроксилната група на втория въглероден атом на фруктозата.
Захарозата е основният компонент на хранителната захар. В процеса на храносмилане, под въздействието на ензима захараза, той се разгражда до глюкоза и фруктоза.
2.2.2. Малтоза
Малтоза- (плодова захар) се състои от две глюкозни молекули, свързани с 1,4-гликозидна връзка:
Много малтоза се намира в малцови екстракти от зърнени култури, покълнали зърна. Образува се в стомашно-чревния тракт по време на хидролизата на нишесте или гликоген. По време на храносмилането се разпада на две молекули глюкоза под въздействието на ензима малтаза.
2.2.3. лактоза
лактоза- (млечна захар) се състои от молекула глюкоза и галактоза, които са свързани помежду си с 1,4-гликозидна връзка:
Лактозата се синтезира в млечните жлези по време на кърмене. В храносмилателната система на човека лактозата се разгражда от лактазата до глюкоза и галактоза. Приемането на лактоза в организма с храната допринася за развитието на млечнокисели бактерии, които потискат развитието на гнилостни процеси. Въпреки това, при хора с ниска активност на ензима лактаза (в по-голямата част от възрастното население на Европа, Изток, арабските страни, Индия) се развива непоносимост към млякото.
Разглежданите дизахариди имат сладък вкус.Ако сладостта на захарозата се приеме за 100, тогава сладостта на лактозата ще бъде 16, малтозата -30, глюкозата -70, фруктозата -170. Освен това имат висока хранителна стойност. Поради това не се препоръчват за хора, страдащи от затлъстяване и диабет. Те се заменят с изкуствени вещества, като захарин, които имат сладък вкус (сладостта на захарина е -40 000), но не се усвояват от организма.
Повечето въглехидрати в природата са под формата на полизахариди и се делят на две големи групи – хомо- и хетерополизахариди.
β,D - рибоза β,D - дезоксирибоза
Нуклеозиди. От нуклеотид може да се отцепи фосфорна киселина и да се получи нуклеозид, състоящ се от пуринова или пиримидинова основа и пентоза. По мой собствен начин химическа структурануклеозидите са гликозиди на β-D-рибоза или дезоксирибоза. Образува се N-гликозидна връзка между аномерния С1 атом във въглехидрата и азотния атом на нуклеиновата база: за пиримидиновите бази това е N1, а за пуриновите бази - N9. В този случай винаги се образува β-гликозидна връзка.
В зависимост от естеството на въглехидратния остатък (пентоза) има рибонуклеозидии дезоксирибонуклеозиди.
Съставът на дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК) включва следните нуклеозиди:
Дезоксигуанозин тимидин (тимидилдеоксирибозид)
Дезоксицитидин Дезоксиаденозин
Съставът на рибонуклеиновите киселини (РНК) включва нуклеозиди, които са N-гликозиди на D-рибозата. Техните структурни формули са представени по-долу:
Цитидин Уридин
Аденозин Гуанозин
Имената на нуклеозидите произлизат от тривиалното име на съответната хетероциклична азотна основа, с наставките -идинв пиримидините и -осинв пуриновите нуклеозиди. За нуклеозиди, съдържащи дезоксирибоза, първо се добавя думата "дезокси-". Изключение от това правило се прави за тиминовите нуклеозиди.
Нуклеозидите често се съкращават с еднобуквен индекс, но има и система с трибуквен индекс.
Лекция Въглехидрати
Това наименование означава вещества, широко разпространени в природата. Те възникват в растителните организми в резултат на сложна химична реакция, включваща вода, въглероден диоксид от въздуха и слънчева енергия, като реакцията протича с участието на хлорофилни зърна, разположени в зелената част на растенията.
И така, въглехидратите (захарите) са една от най-важните и широко разпространени групи естествени органични съединения. Обща формула C m H 2 n O n (ми н³3).
В растителния организъм до 80% (сухо тегло), а в животинските организми - до 2% (сухо тегло) са въглехидрати.
В тялото на животните и хората въглехидратите (захарите) идват с различни хранителни продуктирастителен произход, т.к. захарите не могат да се синтезират в организми от животински произход.
В растенията въглехидратите се образуват по време на фотосинтеза от вода и въглероден диоксид (виж по-горе):
Въглехидратите имат различна структура, те могат да бъдат разделени на две групи: прости и сложни въглехидрати.
Простите въглехидрати (монозахаридите) са съединения, които не могат да бъдат хидролизирани, за да образуват по-прости въглехидрати.
сложни въглехидрати(полизахариди) са съединения, които могат да бъдат хидролизирани, за да образуват прости въглехидрати.
Монозахариди: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза. Концепцията за пространствени изомери на въглехидратите. Циклични формимонозахариди
Молекулите на монозахаридите могат да съдържат от три до девет въглеродни атома. Имената на всички групи монозахариди, както и имената на отделни представители завършват на -ose. В зависимост от броя на въглеродните атоми в една молекула, монозахаридите се разделят на тетрози, пентози, хексози и др. Най-голямо значение имат хексозите и пентозите.
Рибоза и дезоксирибоза
Пентозите често се срещат в природата. От тях рибозата и дезоксирибозата представляват голям интерес, т.к те са част от нуклеиновите киселини.
Името "дезоксирибоза" показва, че в сравнение с рибозата, има една ОН група по-малко в нейната молекула.
Молекулите на рибозата и дезоксирибозата могат да имат както линейна, така и циклична структура:
Най-важните представители на хексозите са глюкозаи фруктоза,на примера на който ще разгледаме структурата, номенклатурата, изомерията и свойствата на монозахаридите.
Структура
Глюкозата и фруктозата са изомери и имат молекулна формула C 6 H 12 O 6 .
Структурата на монозахаридите е установена с помощта на реакциите:
1) Редукция на глюкоза с йодоводород, в резултат на тази реакция се образува 2-йодхексан.
2) Глюкозата реагира с амонячен разтвор на сребърен оксид, което показва наличието на алдехидна група в молекулата на глюкозата:
(C 5 H 11 O 5) SON + 2OH® (C 5 H 11 O 5) COONH 4 + 2Ag¯ + 3NH 3 + H 2 O
3) Глюкозата се окислява бромна водав глюконова киселина:
(C 5 H 11 O 6) COOH + Br 2 + H 2 O® (C 5 H 11 O 5) COOH + 2HBr
4) Когато глюкозата взаимодейства с меден хидроксид, разтворът става син - това е качествена реакция за поливалентните алкохоли. Количествени експерименти са показали, че в молекулата на глюкозата 5 хидроксилни групи. Следователно глюкозата е пентавалентен алдехиден алкохол.
5) Наличието на 5 алкохолни групи също е установено в молекулата на фруктозата, но при енергично окисляване фруктозата образува две хидрокси киселини с два и четири въглеродни атома. Това поведение е типично за кетоните. По този начин фруктозата е поливалентен кето алкохол:
Следователно монозахаридите са поливалентни алдехиди или кето алкохоли.
Въпреки това, редица експериментални факти не могат да бъдат обяснени в рамките на такава структура на монозахаридите: 1) монозахаридите не дават някои реакции, характерни за алдехидите; по-специално, те не образуват бисулфитни съединения при взаимодействие с NaHS03;
2) при измерване на оптичната активност на прясно приготвени разтвори на глюкоза се оказа, че тя пада с времето;
3) когато монозахаридите се нагряват с метилов алкохол в присъствието на HCl, се утаява кристална утайка от гликозиди, която лесно се хидролизира, за да образува една молекула алкохол.
Всички тези факти бяха обяснени, когато се предположи, че всеки монозахарид може да съществува в няколко тавтомерни форми. В разтвора, в допълнение към разгънатите вериги, има и циклични форми, които се образуват по време на вътремолекулното взаимодействие на алдехидната група и хидроксилната група при петия въглероден атом:
Наличието на циклична форма обяснява всички горепосочени аномалии, както следва:
1) цикличните форми на монозахаридите преобладават в разтворите, отворените форми не са големи количества;
2) промяната в оптичната активност е свързана с установяването на баланс между отворените и цикличните форми.
Образуването на гликозиди се обяснява с наличието на гликозиден или полуацетален хидроксил, който е по-реактивен от другите хидроксиди. Поради това той лесно взаимодейства с алкохоли, за да образува гликозиди. Хауърт предложи да се изобразят цикличните форми на захарите, така че както пръстенът, така и заместителите да са ясно видими:
Цикличните форми на монозахаридите могат да съдържат пет или шест пръстенни атома. Захарите с шестчленен цикъл се наричат пиранози,например глюкоза - глюкопираноза; се наричат циклични форми на захарите с петчленен цикъл фуранози.Глюкозата с петчленен цикъл е глюкофураноза, а фруктозата с петчленен цикъл е фруктофураноза.
Номенклатура и изомерия на монозахаридитеИмената на монозахаридите съдържат гръцките наименования на числото
атоми и окончанието -ose (виж по-горе).
Наличието на алдехидна и кетонна група се обозначава с добавянето на думите алдоза, кетоза. Глюкоза - алдохексоза, фруктоза - кетогексоза.
Изомерията се дължи на наличието на:
1) алдехидна или кетонна група;
2) асиметричен въглероден атом;
3) тавтомеризъм (т.е. равновесие между различните форми на молекулата).
Получаване на монозахариди
1) В природата глюкозата и фруктозата (заедно с други монозахариди) се образуват в резултат на реакцията на фотосинтеза:
Въз основа на това можем да заключим, че редица монозахариди се срещат в природата в свободна форма, например фруктозата и глюкозата се намират в плодовете, фруктозата - в меда и др.
2) Хидролиза на полизахаридите. Например, в производството глюкозата най-често се получава чрез хидролиза на нишесте в присъствието на сярна киселина:
3) Непълно окисляване на многовалентни алкохоли.
4) Синтез от формалдехид в присъствието на калциев хидроксид (предложен от А. М. Бутлеров през 1861 г.):
Монозахаридите са твърди вещества, които могат да кристализират, хигроскопични са и лесно разтворими във вода. Техните водни разтвори имат неутрална реакция към лакмус, повечето са сладки на вкус. Те са слабо разтворими в алкохол, неразтворими в етер.
Глюкозата е безцветно кристално вещество, сладко на вкус, силно разтворимо във вода. Изолира се от воден разтвор под формата на кристален хидрат C 6 H 12 O 6 H 2 O.
Химичните свойства на монозахаридите се дължат на наличието на различни функционални групи в техните молекули.
1. Окисляване на монозахариди:
(C 5 H 11 O 6) SON + 2OH® (C 6 H 11 O 5) COONH 4 + 2Ag¯ + 3NH 3 + H 2 O
2. Реакцията на алкохолни хидроксиди:
а) взаимодействие с меден (II) хидроксид за образуване на меден (II) алкохолат;
б) образуване на етери;
в) образуването на естери при взаимодействие с карбоксилни киселини - реакцията на естерификация. Например взаимодействието на глюкоза с оцетна киселина или нейния киселинен хлорид:
3. Образуване на гликозиди (виж по-горе).
4. Ферментация. Ферментацията е сложен процес, при който монозахаридите се разграждат под въздействието на различни микроорганизми. Разграничаване на ферментацията:
а) алкохол:
Химичните свойства на глюкозата също са показани в табл. 41.
Приложение на глюкоза
Глюкозата е ценен хранителен продукт. В тялото той претърпява сложна биохимична трансформация, докато се освобождава енергия, която се натрупва в процеса на фотосинтеза, която протича на стъпки, поради което енергията се освобождава бавно (виж фиг. 51).
От голямо значение са процесите на ферментация на глюкозата. Например при кисело зеле, краставици, кисело мляко настъпва млечнокисела ферментация на глюкозата, както при силажирането на фуража. Алкохолната ферментация на глюкозата се използва широко в практиката, например при производството на бира.
Фруктоза
Фруктозата има същата молекулна формула като глюкозата (C 6 H 12 O 6), но не е полиоксиалдехид, а полиоксикетон. Молекулата на фруктозата съдържа три асиметрични въглеродни атома и тяхната конфигурация е същата като тази на съответните атоми в молекулата на глюкозата. И така, фруктозата е изомер и "близък роднина" на глюкозата. Той е силно разтворим във вода, има сладък вкус (около 3 пъти по-сладък от глюкозата).
Фруктозата също най-често се среща в циклични форми (a- или b-), но за разлика от глюкозата, в петчленни форми. Във водни разтвори на фруктоза се осъществява следното равновесие:
Фруктозата и глюкозата се съдържат в големи количества в сладките плодове, пчелния мед.