Фізико-хімічні властивості моносахаридів

Моносахариди - тверді кристалічні речовини, добре розчиняються у воді, погано розчиняються в спирті та етерах. Різні моносахариди істотно розрізняються за солодкістю. Якщо умовно прийняти солодкість сахарози за 100 %, то фруктоза значно солодкіша - 173%, глюкоза менш солодка - 74 %, ксилоза - 40 %. Самий "несолодкий" сахар - молочний - лактоза (16% від солодкості сахарози.

Хімічні властивості моносахаридів зумовлені наявністю в молекулі функційних груп двох видів. Наприклад, глюкоза як багатоатомний спирт утворює прості і складні ефіри, комплексну сполуку з гідроксидом міді (II), як альдегід - окиснюється аміачним розчином оксиду срібла в глюконову кислоту і відновлюється воднем до шестиатомного спирту - сорбіту. В напівацетальній формі глюкоза здатна до нуклеофільного заміщення напівацетального гідроксилу на групу -OR (утворення глікозидів, оліго- і полісахаридів).

Практичне значення має реакція бродіння - розщеплення глюкози під дією різних мікроорганізмів:

а) спиртове бродіння

C₆H₁₂O₆  2C₂H₅OH + 2CO₂

б) молочнокисле бродіння

C₆H₁₂O₆  2CH₃-CH(OH)-COOH    (молочна кислота)

Концентровані кислоти дегідратують моносахариди і дають в результаті циклічні альдегіди - фурфуралі:

Окиснення сахарів. При взаємодії з різними окисниками можуть бути отримані різні сахарні кислоти (глюкарові, глюконові або глюкуронові):

В виде кислот моносахаридные звенья могут встречаться в природных полимерах (пектин).

Відновлення сахарів. В результаті відновлення моносахаридів утворюються багатоатомні спирти. При відновленні глюкози утворюється сорбіт, при відновленні маннози - манніт, а при відновленні фруктози утворюються сорбіт і манніт водночас:

Реакції аліциклічної форми моносахаридів

Реакції приєднання по карбонільній групі.

Реакції напівацетальної форми

Хімічні властивості циклічної напівацетальної форми моносахаридів зумовлені наявністю глікозидного гідроксилу внаслідок його підвищеної реакційної здатності. Заміщенням атома водню напівацетальної групи на арил, алкіл або іншу групу можна отримати важливі похідні сахаридів – глікозиди. З хімічної точки зору глікозиди є ацеталями, тому що, на відміну від сахаридів, вони стійкі в лужному середовищі. У кислому середовищі глікозиди гідролізуються до сахаридів та інших сполук (спирти або феноли).

Глікозиди, таким чином, містять вуглеводневий компонент (сахар) і несахарну частину - аглікон. Прикладом може бути будова глікозиду саліцину (2-гідроксиметил)-феніл--D-глюкофуранозиду):

З боку вуглеводу в утворенні звязку бере участь напівацетальный гідроксил (синоніми - глікозидний гідроксил, аномерний гідроксил), з боку аглікону – будь який гідроксил.

У природі існує величезна кількість глікозидів. Вони містяться в багатьох лікарських рослинах. У медицині використовують глікозиди-антибіотики, наприклад, стрептоміцин. Так звані стероїдні серцеві глікозиди мають незвичну здатність посилювати серцеву активність. Наприклад, це дигитоксин, що міститься в листях і насінні наперстянки, або строфантин, який добувають з африканської ліани.

Глікозидний гідроксил моносахаридів взаємодіє також з амінами. Продуктами цієї взаємодії є аміносахара - N-глікозиди або глікозиламіни:

Важливу роль у біології відіграють похідні моносахаридів, що мають назву – нуклеозиди й нуклеотиди. Нуклеозиди, це сполуки, що утворені взаємодією вуглеводів (найчастіше D-рибози або 2-дезокси-D-рибози) з азотистою (піримідиновою або пуриновою) основою:

Нуклеотиди – це фосфорні естери нуклеозидів. Нуклеїнові кислоти, які мають велике значення в біології, з хімічної точки зору є полінуклеотидами, тому що їх молекули побудовані з нуклеотидних ланок.

ДИСАХАРИДИ

Дисахариди - це вуглеводи, молекули яких складаються з двох залишків моносахаридів, що сполучені один з одним за рахунок взаємодії гідроксильних груп (двох напівацетальних або одної напівацетальной та одної спиртової).

Прикладом найпоширенішого в природі дисахариду є сахароза (буряковий або тростніковий сахар). Молекула сахарози містить залишки глюкози і фруктози, які сполучені між собою за рахунок взаємодії напівацетальних гідроксилів.

В назві дисахариду позначають індивідуальні моносахара, які входять до його складу, а також спосіб утворення глікозидного звязку. Тому при найменуванні дисахаридів спочатку називають перший моносахарид із заміною закінчення –оза на –озил, перед яким позначається конформація аномерного гідроксилу.

Залежно від способу вилучення молекули води, від двох моносахаридів можуть утворюватися два типи дисахаридів. Перший – відновлюючий (відновлює рідину Фелінга), що утворюється при вилученні води від напівацетального гідроксилу одної молекули та гідроксилу іншої молекули моносахариду. Невідновлюючі дисахариди утворюються при вилученні молекули води від двох напівацетальних гідроксильних груп двох молекул моносахаридів. Моносахариди, що утворюють олігосахариди, можуть бути різними або однаковими. Наприклад, невідновлюючий дисахарид сахарозу утворено сполученням D-глюкози з D-фруктозою. Це всім відомий цукор. При гідролізі сахарози утворюється суміш D-глюкози та D-фруктози, яка має назву інвертний цукор (штучний мед). Сахароза в розчині не вступає в реакцію "срібного дзеркала", тому що не здатна до утворення відкритої форми.

Існують дисахариди, в молекулах яких є вільний напівацетальний гідроксил, в водних розчинах таких сахарів існує рівновага між відкритою і циклічною формами молекул. Такі дисахариди легко окиснюються, тобто вони є відновлюючими, наприклад, мальтоза (солодовий цукор).

Дисахарид лактоза зустрічається в молочній сироватці, звідки й отримав свою тривіальну назву:

Три- і тетрасахариди майже не зустрічаються в природі, але їх можна знайти у фальсифікованих плодових соках, куди вони потрапляють не природним шляхом, а в результаті фальсифікації розведеного водою соку з додаванням штучних підсолоджувачів на основі гідролізатів крохмалю, інуліну та інших полісахаридів. Випадки такої фальсифікації - не рідкість, тому що співвідношення на світовому ринку натуральних соків і штучних підсолоджувачей таке. Наприклад, вартість яблучного соку від 7 до 14 $ за галон (3,75 л), а вартість підсолоджувача від 0,6 до 1,4 долара за фунт (0,454 кг). В цілому, на світовому ринку не менш 20% товарного соку є фальсифікатом.

Деякі антибіотики, що мають широке застосування, є складними три- й тетрасахаридами, наприклад, стрептоміцин, яким лікують туберкульоз та інші бактеріальні інфекції; неоміцин, який є компонентом мазей від опіків.