Змістовий модуль 3. Вуглеводи

Тема 7. Прості і складні вуглеводи

В процесі засвоєння (дисимиляції) вуглеводів в організмі людини, що відбувається за участю ферментів (сахарази, амілаз, мальтази тощо.) і гормонів (адреналіну, інсуліну тощо.) оліго- та полісахариди гідролітично розщепляються до моносахаридів, які далі окиснюються до СО₂ й Н₂О. Калорійність вуглеводів, тобто енергія, що виділяється процесі їх диссиміляції з утворенням СО₂ й Н₂О, становить в середньому 16,5 – 17,2 кДж/г (4,0 – 4,1 ккал/г). При нормальній трудовіой діятельності енергетичні втрати людини покриваються за рахунок вуглеводів на 55 – 60%.

Вуглеводи – найпоширеніший у природі клас органічних сполук. Це сполуки, що мають у своєму складі різні функціональні групи – карбонільну і декілька гідроксильних. Зверніть увагу на класифікацію вуглеводів. У кристалічному стані моносахариди існують у вигляді напівацетальної (циклічної) форми, вивчіть стереохімію вуглеводів, включаючи існування - і -ізомерів циклічної молекули моносахаридів та їхні перетворення (мутаротацію). Вивчіть будову дисахаридів відновлюючих і невідновлюючих. Зверніть увагу на будову вищих полісахаридів. Вивчіть реакціїї карбонільних та циклічних форм моносахаридів.

Слід відрізняти за хімічними властивостями глюкозу від фруктози, моносахариди від ди- і полісахаридів.

Приклади розв’язання типових задач

Приклад 1. Який гідроксил називається напівацетальним і чим він відрізняється від інших гідроксилів у вуглеводах. Напишіть рівняння α,D-глюкофуранози з метиловим спиртом у присутності HСl_сух. (користуйтеся формулами Хеуорса). Назвіть отриману сполуку.

Розв’язання. У циклічних формах альдоз перший атом Карбону (той, що знаходиться в оксикарбонільній формі) називається напівацетальним атомом Карбону, а з'єднана з ним гідроксильна група називається напівацетальним або глікозидним гідроксилом. У кетоз напівацетальний гідроксил перебуває у 2-го атома Карбону, який у циклічних формах кетоз є напівацетальним атомом Карбону. Серед гідроксильних груп моносахаридів найбільш активний напівацетальний гідроксил, висока рухливість атома Гідрогену якого зумовлена таутомерними перетвореннями напівацетальних форм в оксикарбонільні.

При взаємодії моносахаридів з безводним метиловим спиртом в присутності як каталізатора НСl утворюються метилглікозиди. Реакція йде за напівацетальньним (глікозидним) гідроксилом у 1-го атому Карбону в молекулі моносахариду:

П риклад 2. Наведіть схему утворення мальтобіонової кислоти.

Розв’язання. Мальтобіонова кислота утворюється при окисненні дисахариду мальтози. В реакцію вступає таутомерна форма мальтози з вільною альдегідною групою:

Контрольні завдання

91. а) Користуючись формулами Хеуорса, напишіть схему промислового одержання D-глюкози із крохмалю. Напишіть схеми реакцій, що характеризують властивості глюкози (окиснення, відновлення, утворення естеру при реакції з йодистим пропілом).

б) Як хімічним шляхом можна відрізнити сахарозу від лактози? Напишіть схему реакції й назвіть отриману сполуку (користуйтеся формулами Хеуорса).

92. а) Які сполуки називаються уроновими кислотами? Користуючись формулами Хеуорса, напишіть формулу D-глюкуронової і D-галактуронової кислот. Чи розповсюджені уронові кислоти у природі? Що таке пектинові речовини?

б) Користуючись формулами Хеуорса, напишіть схеми реакцій, що протікають при дії на мальтозу: води в кислому середовищі при нагріванні; окисника.

93. а) Що таке явище мутаротації? Якими перетвореннями α,D-глюкопіранози пояснюється мутаротація? Напишіть схему перетворень, користуючись формулами Хеуорса.

б) Користуючись формулами Хеуорса, напишіть схему таутомерних перетворень целобіози й схему взаємодії її з амоніачним розчином Аргентум(І) оксиду.

94. а) Що таке дзеркальні ізомери? Наведіть формули D-галактози й L-галактози. Напишіть рівняння реакції ,D-галактофуранози з оцтовим ангідридом, користуючись формулами Хеуорса.

б) Що таке інверсія й інвертований цукор? Напишіть схему кислотного гідролізу сахарози, користуючись формулами Хеуорса. Чи володіє сахароза властивостями, що відновлюють? Відповідь поясніть.

95. а) Який гідроксил називається напівацетальним і чим він відрізняється від інших гідроксилів у вуглеводах? Напишіть схему одержання О-метил-α,D-глюкофуранозиду (користуючись формулами Хеуорса).

б) Які моносахариди утворюються при кислотному гідролізі сахарози? Напишіть схему реакції, користуючись формулами Хеуорса. Чи буде спостерігатися явище мутаротації в розчині сахарози й у розчині інвертованого цукру?

96. а) Користуючись формулами Хеуорса, напишіть схему реакції, що доводить, що D-глюкоза є вуглеводом з відновлюючими властивостями. Напишіть формулу (α,D-глюкопіранози й відзначте всі асиметричні атоми Карбону. Поясніть, що таке асиметричний атом Карбону.

б) Напишіть структурні формули оксикарбонільної і двох можливих напівацетальних форм лактози. Чи володіє лактоза відновлюючими властивостями?

97. а) Користуючись формулами Хеуорса, напишіть схему утворення дисахариду α,D-глюкопіранозил-(1→2)-β,D-фруктофуранозиду (сахарози). Чому сахарозу називають дисахаридом, що не відновлює?

б) Користуючись формулами Хеуорса, напишіть структурну формулу лактози. Чи спостерігається у свіжоприготовленому розчині лактози явище мутаротації? Поясніть на схемі таутомерних перетворень лактози.

98. а) Які види бродіння Вам відомі? Напишіть схеми реакцій молочнокислого, спиртового й лимоннокислого бродіння глюкози.

б) Як хімічним шляхом можна відрізнити сахарозу від мальтози? Користуючись формулами Хеуорса, напишіть схему реакції й назвіть отриману сполуку.

99. а) Присутністю якої функціональної групи пояснюються відновлюючі властивості глюкози? З D-глюкози отримайте глюконову й цукрову (глюкарову) кислоти (користуючись формулами Хеуорса).

б) Які моносахариди утворюються при кислотному гідролізі лактози? Користуючись формулами Хеуорса, напишіть схему реакції й назвіть отримані сполуки. Чи володіє лактоза відновлюючими властивостями? Відповідь поясніть і наведіть схему відповідної реакції.

100.а)Напишіть реакцію окиснення D-глюкуронової кислоти (користуйтеся формулами Хеуорса). Напишіть про розповсюдження уронових кислот в природі.

б) Чим відрізняється будова крохмалю від будови клітковини? Поясніть це і наведіть структурні формули Хеуорса цих сполук. Напишіть схему гідролізу крохмалю.

101. а) Що позначають символи D і L, а також знаки «+» і «—» перед назвою моносахариду? Напишіть формулу D-галактози і її дзеркального ізомеру. Назвіть його. Напишіть схему реакції окиснення D-галактози (користуйтеся формулами Хеуорса).

б) Користуючись формулами Хеуорса, напишіть структурні формули лактози й сахарози. Чи спостерігається явище мутаротації у свіжоприготовлених розчинах цих дисахаридів? Поясніть це на схемі можливих таутомерних перетворень.

102. а) Наведіть схеми реакцій, що доводять наявність у молекулі D-глюкози карбонільної й гідроксильної груп (окиснення, відновлення, утворення естеру з оцтовим ангідридом). Користуйтеся формулами Хеуорса.

б) Укажіть, чим відрізняється амілоза від амілопектину. Наведіть їхні структурні формули. Напишіть схему гідролізу крохмалю, користуючись формулами Хеуорса.

103. а) Напишіть схему взаємодії β,D-фруктопіранози з 1 молем пропілового спирту (у присутності сухого HCl). Назвіть отриману речовину. Відзначте в ній асиметричні атоми Карбону. Поясніть, що таке асиметричний атом Карбону (користуйтеся формулами Хеуорса).

б) Використовуючи формули Хеуорса, напишіть схему можливих таутомерних перетворень мальтози й схему одержання О-метилмальтозиду.

104. а) Напишіть схеми реакцій окиснення D-глюкози амоніачним розчином Арґентум(І) оксиду й відновлення D-галактози. У чому полягає й чим пояснюється явище мутаротації? Користуйтеся формулами Хеуорса.

б) Напишіть схеми утворення мононітрату целюлози й триацетилцелюлози, використовуючи формули Хеуорса. До якого класу сполук відносяться отримані речовини?

105. а) Напишіть схему таутомерної рівноваги D-галактози й схему окиснення D-галактози до альдонової кислоти (користуйтеся формулами Хеуорса).

б) Використовуючи формули Хеуорса, напишіть схему реакції кислотного гідролізу сахарози. Поясніть, чому харчовий цукор не дає реакцію «срібного дзеркала», а інверний - дає. Поясніть це і наведіть схему відповідної реакції.