Modul_2_ZanjatieNo2_Uglevody

Сладость сахарозы принята за 1, тогда фруктоза имеет сладость 1,73, глюкоза – 0,74, сорбит – 0,6, маннит – 0,4.

Специфические реакции

1.Сахароза после гидролиза дает положительную реакцию Селиванова, так как при гидролизе образуется фруктоза.

2.Проба Троммера и реакция Толленса отрицательны, так как в щелочной среде сахароза не гидролизуется.

Сахароза применяется в медицине для приготовления порошков,

таблеток, сиропов, микстур и пр.

Важнейшими представителями восстанавливающих дисахаридов являются мальтоза, лактоза и целлобиоза.

В растворе мальтоза существует в виде циклической и открытой формах (3 формы) за счет мутаротации:

Открытая форма

Химические свойства

Мальтоза – это альдегидо-спирто-гликозид.

I. Реакции открытой формы по -С группе. Мальтоза дает все реакции по

альдегидной группе с HCN, NH2OH, NH2–NH2, восстановления, окисления. Проба Троммера и реакция Толленса положительны:

Углеводы, дающие положительную пробу Троммера, называются восстанавливающими.

II. Реакции по – ОН гр. аналогичны реакциям для сахарозы.

III. Мальтоза гидролизуется в кислой среде с образованием 2-х молекул глюкозы.

Лактоза существует в растворе в виде трех форм : двух циклических и одной открытой. Лактоза восстанавливающий дисахарид и обладает всеми свойствами, характерными для мальтозы. Лактоза содержится в материнском молоке и способна подавлять рост бактерий.

Полисахариды

Это высокомолекулярные углеводы, содержащие сотни и даже тысячи моносахаридных остатков.

Из полисахаридов широко известны целлюлоза, крахмал и гликоген. Они построены из одного и того же моносахарида – D-глюкозы. Общая формула (С6Н10О5)n.

Целлюлоза (клетчатка) – самый распространенный не только полисахарид, но и органическое вещество в природе. Древесина примерно на 50% состоит из целлюлозы, а хлопок и лен представляют практически чистую целлюлозу.

Вцеллюлозе остатки D–глюкопиранозы связаны между собой β–(1→4)

–гликозидной связью:

Цепь, построенная из тысячи остатков D–глюкозы, имеет линейное строение. Линейные цепи закреплены Н–связями между моносахаридными звеньями внутри одной цепи. Между параллельно уложенными цепями полисахарида также возникают Н-связи, придающие жесткость всей структуре. Отсюда высокая механическая прочность целлюлозы.

С химической позиции целлюлоза – многоатомный спирт, содержащий три гидроксильные группы в каждом моносахаридном звене, и способный образовывать с участием этих групп простые и сложные эфиры:

OR C6H7O2 OR

OR

n

В эфирные группы могут быть превращены либо все, либо часть гидроксильных групп фрагмента полисахарида, где R–алкил или остаток органической или неорганической кислоты (в сложных эфирах). Целлюлоза не проявляет восстанавливающих свойств.

Простые эфиры целлюлозы – метилцеллюлоза R=CH3 и натрийкарбоксиметилцеллюлоза R=СН2 СООNa – образуют вязкие водные р- ры или гели и применяются в фармации в качестве загустителей, эмульгаторов и стабилизаторов мазей и эмульсий. Карбоксиметилцеллюлоза R=СН2СООН и диэтиламиноэтилцеллюлоза (сокращенно ДЭАЭ-целлюлоза) R=СН2СН2N (C2H5)2 обладают способностью ионитов и применяются в биохимических исследованиях.

Эфир уксусной к-ты (триацетат) применяют в производстве кинопленки и электроизоляционной пленки. Из этого полиэфира вырабатывают также ацетатное волокно. Из целлюлозы получают и другие искусственные волокна : вискозное и медноаммиачное.

Широко применяются эфиры целлюлозы с азотной к-той. Тринитрат целлюлозы – взрывчатое вещество, применяется в производстве пороха. Смесь моно-и динитратов целлюлозы используют в производстве целлулоида, лаков, взрывчатых вещ-в.

Гидролизом целлюлозы в промышленности вырабатывают глюкозу, брожением которой получают этиловый спирт. Другие области применения целлюлозы: строительный материал, производство бумаги, картона.

Крахмал – другой распространенный растительный полисахарид, состоящий из двух фракций: амилопектина (основной компонент – 80-90%) и

амилозы. Амилоза, как и целлюлоза, построена из (1→4) – связанных остатков D–глюкопиранозы.

Однако в отличие от целлюлозы, гликозидная связь в амилозе имеет

α-конфигурацию, в результате чего полисахаридная цепь приобретает иное пространственное строение, напоминающее спираль.

Амилоза + I2 → синее окрашивание

Амилопектин имеет разветвленное строение. В основной цепи остатки

D-глюкопиранозы связаны α-(1→4) – гликозидной связью, а в местах ветвления – α-(1→6)-связью:

Амилопектин +I2 → фиолетовое окрашивание В организме крахмал подвергается гидролизу :

α–D-глюкоза.

α–D-Глюкоза поглощается ворсинками кишечника, попадает в кровеносное русло и используется как источник энергии. Избыток глюкозы полимеризуется в гликоген и откладывается в печени про запас.

Проблема ожирения возникает потому, что количество гликогена в тканях ограничено. После синтеза 50-60г гликогена на 1кг ткани из глюкозы начинает вырабатываться жир.

Гликоген (животный крахмал) имеет сходное строение с амилопектином, однако разветвленность его больше, чем амилопектина.

Гетерополисахариды – это углеводы, при гидролизе которых образуются молекулы различных моносахаридов и их производных. К последним относятся гепарин, гиалуроновая к-та, хондроитинсерная к-та.

Все гетерополисахариды построены по одному принципу. Дисахаридная единица состоит из уроновой к-ты и аминосахара в сульфированной и ацилированной форме, соединенных β-гликозидной связью :

Фрагмент цепи гепарина

Соединительная ткань распределена по всему организму (кожа, хрящи, сухожилия, суставная жидкость, роговица, стенки крупных кровеносных сосудов, кости) и обусловливает прочность и упругость органов, эластичность их соединения, стойкость к проникновению инфекции. Полисахариды соединительной ткани связаны с белками.

Полисахариды соединительной ткани иногда называют кислыми мукополисахаридами, т.к. они содержат уроновые к-ты, остатки серной и уксусной к-т.

Функции углеводов: 1) энергетическая; 2) строительная; 3) наследственная; 4) защитная; 5) поддержание постоянного осмотического давления и свертываемости крови; 6) лекарственные препараты и компоненты к ним.

Энергетическая функция. Потребность человеческого организма удовлетворяется за счет углеводов. При нормальной трудовой деятельности энергетические затраты человека покрываются за счет углеводов на 55-60%, жиров на 20-25%, белков на 15-20%.

Калорийность углеводов, то есть энергия, выделяемая в процессе их диссимиляции с образованием СО2 и Н2О, составляет 16-17 кДж/г. Источником глюкозы является гликоген и крахмал, поступающий с пищей. Глюкоза – обязательный компонент крови (3,3 –3,5 ммоль/л цельной крови).

Особенно чувствительны к снабжению глюкозой нервные клетки. При недостатке глюкозы возникают судороги, потеря сознания. Постоянная концентрация глюкозы зависит от двух гормонов адреналина (гормон надпочечников), регулирующего расщепление глюкозы, и инсулина (гормон поджелудочной железы), регулирующего синтез гликогена из глюкозы.

Вопросы для самоконтроля:

1.Что такое углеводы?

2.Классификация углеводов.

3.Функция углеводов.

4.Что такое муторотация?

5.Что такое аномеры?

6.Что такое олигосахариды?

7.Какие из дисахаридов являются восстанавливающими?

8.Какие из дисахаридов являются невосcтанавливающими?

9.Гидролиз сахарозы.

10.Что такое инверсия сахара?

11.Что такое инвертный сахар?

12.Гидролиз мальтозы.

13.Гидролиз лактозы.

14.Что такое полисахариды?

15.Крахмал и его состав.

16.Гликоген и его состав.

17.Целлюлоза и его состав.

Упражнения

1.Напишите с помощью формул Фишера энантиомеры глюкозы, галактозы и манозы. Укажите диастереомеры и эпимеры. По какому хиральному атому углерода делают отнесение к D- и L – ряду?

2.Напишите циклические формы D-глюкопиранозы.

3.Напишите пять цикло-оксо-таутомерных форм глюкозы.

4.В какие реакции вступают моносахариды по карбонильной группе? Напишите реакции взаимодействия глюкозы с: Н2,

H2N-NC6H5, Br2, Cu(OH)2, HNO3.

5.В какие реакции вступают моносахариды по OH группе? Напишите реакции взаимодействия глюкозы с: Н3PO4, Cu(OH)2.

6.Напишите реакцию взаимодействия α – D - глюкопиранозы с метанолом в присутствии газообразного хлороводорода.

7.Напишите реакцию Селиванова.

8.Напишите реакцию спиртового и кисломолочного брожения глюкозы.

9.Напишите схему образования сахарозы. Укажите гликозид - гликозидную связь.

10.Напишите схему образования мальтозы. Укажите гликозид - спиртовую связь.

11.Напишите схему образования лактозы. Укажите гликозид - спиртовую связь.

12.Напишите реакцию Троммера для открытой формы мальтозы.

13.Напишите реакцию с реактивом Толленса для открытой формы лактозы.

14.Напишите фрагменты, содержащиеся в крахмале.

15.Напишите фрагменты, содержащиеся в гликогене.

16.Напишите фрагменты, содержащиеся в целлюлозе.

Лабораторная работа «Углеводы»

Опыт 1 Доказательство наличия гидроксильных групп в глюкозе.

В пробирку поместите 2 капли 0,5%-ного раствора глюкозы и 6 капель 10%-ного раствора гидроксида натрия NaOH. К полученной смеси добавьте 1

каплю 2%-ного раствора сульфата меди (II) CuSO4. Что наблюдаете? Какой цвет приобретает раствор?

Вопросы

1.Какие структурные фрагменты, содержащие в молекуле глюкозы, обнаруживаются реакцией с гидроксидом меди (II) Cu(OH)2?

2.Чем объясняется общность реакции с гидроксидом меди (II) Cu(OH)2 для глицерина и глюкозы?

3.Напишите реакцию образования комплексной соли меди (II) с диольным фрагментом этиленгликоля.

Опыт 2 Качественная реакция на крахмал

Впробирку поместите 10 капель 0,5%-ного раствора крахмала и 2 капли сильно разбавленного раствора йода. Что наблюдаете? Какой цвет приобретает раствор?

Вопросы

1.Какой дисахарид является структурной единицей крахмала?

2.Укажите тип гликозид - спиртовой связи в мальтозе между остатками глюкозы?

Тесты для самостоятельной работы студентов Вариант 1

1.Из приведенных ниже дисахаридов положительную реакцию Троммера будут давать:

а) сахароза; б) лактоза; в) мальтоза.

2.Будут ли подвергаться гидролизу следующие углеводы: