Тема 8-2. Ди – и полисахариды

Вопросы для самоподготовки

1. Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, лактоза, целлобиоза, сахароза. Строение и номенклатура дисахаридов.

2. Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Доказательство наличия восстанавливающей способности мальтозы, лактозы и целлобиозы.

3. Кислотный гидролиз дисахаридов.

4. Строение гомополисахаридов: целлюлозы, крахмала, гликогена. Виды связей между моносахаридными звеньями.

5. Взаимосвязь пространственного строения и биологической функции полисахаридов.

Дисахариды

Дисахариды (биозы) состоят из двух моносахаридных звеньев, соединенных, как правило, гликозидной связью.

Так, например, лактоза (молочный сахар) состоит из остатков ,D–галактопиранозы и D– глюкопиранозы, соединенных между собой -1,4 гликозидной связью:

+H₂O/H⁺

+ - Н₂О

,D–галактопираноза ,D– глюкопираноза

,D–галактопиранозил–1,4-,D–глюкопираноза

Дисахариды, содержащие свободный полуацетальный гидроксил, подобно моносахаридам, способны к равновесным превращениям - и - аномеров через открытую форму. Для них характерно явление мутаротации в свежеприготовленных растворах.

Цикло-цепная таутомерия дисахаридов

Рассмотрим явление цикло-цепной таутомерии на примере целлобиозы.

Этот дисахарид образуется при неполном гидролизе целлюлозы. Состоит из двух ,D–глюкопиранозных остатков, соединенных между собой -1,4-гликозидной связью. Во втором остатке содержит свободную полуацетальную (гликозидную) группу; в водном растворе переходит в открытую таутомерную форму:

-целлобиоза

Открытая форма целлобиозы

(, D–глюкопиранозил–1,4–D–глюкоза)

-целлобиоза

По химическим свойствам дисахариды классифицируются на восстанавливающие (мальтоза, лактоза, целлобиоза) и невосстанавливающие (сахароза).

Молекулы восстанавливающих дисахаридов при участии свободного полуацетального гидроксила способны к образованию открытой формы, альдегидная группа которой восстанавливает ионы металлов: Ag⁺, Cu²⁺. Для доказательства восстанавливающей способности сахаров можно использовать реакции «серебряного зеркала», Троммера или реакцию с реактивом Феллинга (см. лабораторную работу).

Реакция «серебряного зеркала»:

Открытая форма целлобиозы

2Ag + 3NH₃ + H₂O +

Целлобионовой кислоты соль аммония

(,D–глюкопиранозил–1,4–D–глюконат аммония)

Для невосстанавливающих дисахаридов такие реакции неосуществимы, так как в их структуре отсутствует свободный полуацетальный гидроксил; они не способны переходить в открытую таутомерную форму; не мутаротируют в свежеприготовленных водных растворах.

Н апример, сахароза – содержится в сахарном тростнике (до 20 %), сахарной свекле (16–21 %), различных фруктах, ягодах, овощах. Молекула сахарозы образована из остатков ,D–глюкопиранозы и ,D–фруктофуранозы, соединенных между собой 1,2–гликозидо-гликозидной связью:

,D– глюкопираноза ,D–фруктофураноза

,D–глюкопиранозил-1,2-,D-фруктофуранозид

В молекуле сахарозы оба гликозидных гидроксила моносахаридных звеньев участвуют в образовании 1,2–гликозидо-гликозидной связи. Таким образом, сахароза не способна к цикло-цепной таутомерии; растворы сахарозы не мутаротируют. Сахароза – невосстанавливающий дисахарид.

Как гликозид сахароза способна к кислотному гидролизу с образованием D–глюкозы и D–фруктозы (см. лабораторную работу). В результате кислотного гидролиза удельное вращение раствора сахарозы (+66,6°) меняет свой знак на противоположный (отрицательный) из-за относительно большей величины удельного вращения фруктозы:

_D²⁰ = + 52,5° для D-глюкозы; – 92,0° для D–фруктозы.

Смесь продуктов гидролиза сахарозы называется инвертным сахаром (от лат. inversia – переворачивание); содержится в искусственном меде. Натуральный пчелиный мед также содержит свободную D-глюкозу и D-фруктозу (до 37%), но состав меда несравненно более разнообразный. Мед содержит еще и мальтозу, сахарозу, белки (в том числе и ферменты), органические кислоты (яблочную, лимонную, глюконовую), витамины и микроэлементы, алкалоиды и красящие вещества.