21.2. Моносахариди

Моносахариди це прості сахара, які не здатні до реакції гідролізу. Вони самі являються кінцевими продуктами реакції гідролізу більш складних вуглеводів.

21.2.1. Будова моносахаридів

В 60 – 80 роках минулого століття роботами відомих вчених Х. Кіліані, П. Бертло, О. Коллі, Б. Толленса, Е. Фішера та ін. було доведено, що в моносахаридах є нерозгалужений вуглецевий ланцюг, оскільки в результаті відновлення йодистоводневою кислотою глюкози і фруктози одержали 2-іодогексан:

.

В моносахаридах є карбонільна група, оскільки в результаті окиснення глюкози утворюється глюконова кислота:

.

а при окисненні фруктози утворюється дві кислоти – щавлева і винна, що говорить про наявність кетонної групи:

інші атоми Карбону мають гідроксильні групи, оскільки в результаті реакції ацилювання утворюється пентаацетилглюкоза:

З урахуванням всього цього було зроблено висновок, що моносахариди є гідроксикарбонільними сполуками, тобто є багатоатомні гідроксиальдегіди або гідроксикетони з відкритим вуглецевим ланцюгом.

Таким чином, глюкоза являється багатоатомним альдегідоспиртом такої будови:

а фруктоза – багатоатомним кетоспиртом такої будови:

Ці формули були запропоновані Фішером, ще їх називають гідроксикарбонільними.

Моносахариди, які подібно глюкозі містять альдегідну групу, називають альдозами, а моносахариди, що містять кетогрупу – кетозами.

За кількістю атомів Карбону, моносахариди поділяють на тріози

(3–С), тетрози (4–С), пентози (5–С), гексози (6–С), гептози (7–С), октози

(8–С), нонози (9–С), декози (10–С), або їх можна представити так:

Щоб підкреслити, що до складу моносахариду входить альдегідна група, і також він містить, наприклад, шість атомів Карбону, його назву об’єднують в одне слово і одержують «альдогексоза», аналогічно «кето гексоза» чи «альдопентоза» і т. д.

21.2.2. Стереохімія моноз

Просторові конформації моносахаридів D- і L-ряду.

Моносахариди містять асиметричні атоми Карбону (С*), тому для них характерна наявність великої кількості стереоізомерів. Для альдогексоз — , які мають чотири асиметричні атоми Карбону згідно формули N = 2ⁿ кількість стереоізомерів дорівнює 2⁴ = 16. Одна половина є антиподами іншої половини. Таким чином, 16 стереоізомерів альдогексоз утворюють 8 пар антиподів. Наприклад, природному моносахариду D-глюкозі відповідає синтетично добутий антипод L-глюкоза.

.

Нумерацію ланцюга атомів Карбону починають від альдегідної групи, в кетозах з того кінця де ближче знаходиться кетонна група.

Визначення взаємного положення Н- і ОН-груп у кожного асиметричного центру являє собою важке завдання.

В 1906 р. М.А. Розанов запропонував розглядати належність, того чи іншого моносахариду до D- чи L-ряду, за розміщенням у просторі атомних груп біля останнього асиметричного (найбільш віддаленого від карбонільної групи) атому Карбону (у вуглецевому ланцюзі він є передостанній).

Якщо конфігурація співпадає з конфігурацією D-гліцеринового альдегіду, то моносахарид відноситься до D-ряду, якщо ж конфігурація співпадає з конфігурацією L-гліцеринового альдегіду, то моносахарид відноситься до L-ряду.

Таким чином, виходячи з D-гліцеринового альдегіду можна вивести генетичний ряд сахарів D-ряду:

Антиподом (дзеркальним відображенням) кожного із представників цієї схеми моносахаридів є відповідним моносахаридом L-ряду.

Позначення «D» і «L» зовсім не визначають напрямок обертання площини поляризації розчинами сахарів плоскополяризованого світла, оскільки обертаюча здатність залежить від положення замісників, не тільки біля асиметричного атома Карбону, що визначає придатність моносахариду до якогось ряду, а і біля всіх інших асиметричних атомів. Наприклад, природна D-фруктоза обертає площину поляризації світла вліво (-).