III. Комплексоутворюючі властивості моносахаридів.
Моносахариди, подібно до гліцерину, у водних розчинах взаємодіють зі свіжовиготовленим гідроксидом міді (ІІ) з утворенням сахаратів яскраво-синього кольору, які є досить міцними комплексами, так як представляють собою хелатні комплекси катіону Cu2+ :
Ця якісна реакція використовується для виявлення моносахаридів і для демонстрації властивостей моносахаридів, як багатоатомних спиртів.
IV. Електрофільно-нуклеофільні властивості моносахаридів.
1. Реакції алкілювання. Глікозидний гідроксил проявляє підвищену реакційну здатність. Так, при взаємодії зі спиртами або фенолами в присутності безводного HCl утворюються циклічні ацеталі, які називаються глікозидами (насправді утворюється суміш аномерів α- і β-алкілглікозидів):
Оскільки в глікозидах немає напівацетального гідроксилу, то вони не здатні до таутомерних перетворень і їх розчинам не властиве явище мутаротації.
Повні прості ефіри утворюються при дії на глікозиди моносахаридів сильних алкілюючих реагентів (CH3I):
Слід відмітити, що прості глікозиди, на відміну від простих ефірів, легко гідролізують у водних розчинах в присутності мінеральних кислот:
2. Реакції ацетилювання. При обробці глюкози оцтовою кислотою відбувається ацетилювання лише її глікозидного гідроксилу, а при дії на моносахарид сильнішим ацетилюючим реагентом (оцтовим ангідридом) отримується продукт повного ацетилювання – тетраацетил-О-ацетилглікозид:
V. Бродіння моносахаридів.
Бродіння – це процес розкладу моноз під дією різних мікроорганізмів.
Для глюкози існує кілька типів бродіння:
Всі ці види бродіння мають велике практичне значення при виробництві різноманітних харчових продуктів. Слід відзначити, що пентози в реакції спиртового бродіння не вступають.
5. Найважливіші представники моносахаридів. Пентози C5H10O5 в залежності від характеру карбонільної групи поділяють на альдопентози і кетопентози. Природні пентози є альдопентозами. Вони зустрічаються в природі найчастіше у вигляді полісахаридів-пентозанів, які у великих кількостях містяться в деревині, соломі, оболонках насіння, соняшниковій лузгі і т. ін. Пентози дають усі реакції моносахаридів, які описані вище. Найцікавішими є пентози, що належать до групи альдопентоз: L(+)-apaбінозаa, D (+)-ксилоза і D(+)-рибоза.
L(+)-Apaбiноза. Арабіноза поширена в природі, є продуктом гідролізу бурякового жому, вишневого клею, деяких слизів, пектинових речовин, гуміарабіку, полісахаридів, мікроорганізмів. Природна L-арабіноза – біла кристалічна речовина, солодка на смак, добре розчинна у воді, повертає площу поляризації світла вправо і показує мутаротацію. Добувають кислотним гідролізом арабінану цукрового буряку або вишневого клею з наступною сепарацією супроводжуючих вуглеводів бродінням.
D(+)-Ксилоза, деревний цукор – міститься в багатьох рослинах у вигляді пентозанів – ксиланів. Добувають її кип’ятінням із 0,5 – 1% розчином сульфатної кислоти соломи, висівок лузги насіння бавовнику, соняшникової лузги і т. ін. тваринним організмом не засвоюється і не зброджується. Може бути «кормом» для дріжджів. Природна або D (+)-ксилоза – кристалічна речовина, повертає площину поляризації світла вправо і показує мутаротацію. Під час окиснення утворює спочатку ксилонову, а потім тригідроксиглутарову кислоту. Остання використовується у харчовій промисловості як замінник лимонної кислоти. Вона також є важливим реактивом в аналітичній хімії. При відновленні утворює багатоатомний спирт ксиліт, що використовується у виробництві поліестерних смол.
D(+)-рибоза утворюється внаслідок діяльності пентозного шляху розщеплення вуглеводів і в травному тракті тварин – гідролізі пентозанів, нуклеопротеїдів, РНК. Входить до складу нуклеопротеїдів, вірніше нуклеїнових кислот як рослинних, так і тваринних клітин; деяких вітамінів та коферментів. Дезоксирибоза входить до складу ДНК ядер клітин.
Гексози разом із своїми похідними – найбільша група моносахаридів. За наявністю альдегідної або кетонної груп розрізняють альдогексози і кетогексози. З 16 можливих ізомерів альдогексоз у природі зустрічається лише три: глюкоза, галактоза і маноза. З усіх ізомерів кетогексоз у тваринних і рослинних тканинах виявлена лише фруктоза.
Добувають гексози з природних джерел, головним чином гідролізом полісахаридів і глікозидів. Гексози – безколірні кристалічні речовини, солодкі на смак, добре розчинні у воді.
D(+)-Глюкоза, або виноградний цукор, у вільному стані міститься у винограді та інших ягодах та плодах, а також у тваринних тканинах (у крові, мозку та ін.); разом з фруктозою входить до складу меду. У зв’язаному стані глюкоза міститься у складних цукрах: сахарозі, клітковині, крохмалі, а також глюкозидах, дубильних речовинах та ін.
D(+)-Глюкоза – безколірні кристали, солодкі на смак, з температурою плавлення 146°.
Глюкоза – найважливіший продукт харчової промисловості. її вживають у кулінарії і хлібопеченні. Застосовують як вихідний продукт у виробництві аскорбінової і глюконових кислот, для синтезу ряду похідних цукрів і т.д., а також при фарбуванні і апретуванні тканин. Широко використовують у медицині як лікувальний препарат і компонент кровозамінників. Є основним джерелом енергії для більшості живих організмів. У результаті відновлення глюкози утворюється багатоатомний спирт сорбіт – солодкий на смак, рекомендується до вжитку хворим на цукровий діабет.
D-Маноза у вільному стані міститься в плодах цитрусових; у зв’язаному (в складних вуглеводах – манах) – у шкаралупі кам’яного горіха, зернах пшениці та ячменю і т. ін. є структурним компонентом мананів , полісахаридів деяких бактерій та дріжджів, слизу травного каналу та слини. Добувають її кип’ятінням кам’яного горіха з кислотами або ізомеризацією глюкози. Природна або D-маноза – кристалічна речовина; водний розчин повертає поляризований промінь вправо, виявляє мутаротацію. При окисленні спочатку утворює манонову, а потім маноцукрову кислоту. При відновленні утворює шестиатомний спирт D-маніт. Маніт міститься в грибах та маслинах.
D-Галактоза (цереброза) відрізняється від глюкози розміщенням Н- і ОН-груп біля четвертого вуглецевого атома. D-галактоза зустрічається в природі у вільному стані або у вигляді ди- і трисахаридів, глюкозидів-галактозидів і вищих полісахаридів. Добувають її гідролізом лактози або галактанів.
D-Галактоза – кристалічна речовина, добре розчинна у воді; водний розчин повертає поляризований промінь вправо, виявляє мутаротацію. При окисленні утворює галактонову, галактуронову та слизову кислоти. При відновленні переходить у шестиатомний спирт дульцит.галактозу використовують як поживне середовище для мікроорганізмів.
D-фруктоза (левульоза), або плодовий цукор, міститься разом з D-глюкозою в багатьох солодких плодах; вона є головною складовою частиною меду і входить до складу дисахариду – тростинного цукру та полісахариду – інуліну. Добувають D-фруктозу нагріванням полісахариду інуліну з розведеною сірчаною кислотою. Розчиняється у воді; обертає площину поляризації світла вліво. При відновленні фруктози добувають стереоізомерні шестиатомні спирти: маніт та сорбіт. Фруктозу застосовують у харчовій промисловості. Фруктоза – найсолодший моносахарид, може вживатися хворими на цукровий діабет.