Справочники / Репетитор по химии - Белов Н.В

и реакция с гидроксидом меди (II) Cu(ОН)2 в щелочной среде при нагревании:

В ходе этих реакций альдегидная группа —СНО окисляется до карбоксильной группы —СООН.

2) Окисление под действием сильных окислителей (например, азотной кислоты HNO3) с образованием двухосновной глюкаровой кислоты:

660

В ходе этой реакции и альдегидная группа —СНО и первичная спиртовая группа —СН2ОН окисляются до карбоксильных групп —СООН.

II. Реакции глюкозы с участием гидроксильных групп

(т. е. свойства глюкозы как многоатомного спирта):

1.Взаимодействие с Cu(ОН)2 на холоду с образованием глюконата меди (II) (качественная реакция на глюкозу как

многоатомный спирт):

2.Взаимодействие с ангидридами или галогенангидридами кислот с образованием сложных эфиров:

O

661

3.Взаимодействие с галогеналканами с образованием простых эфиров:

Реакция происходит в присутствии Ag2O для связывания выделяющегося при реакции HI.

4. Взаимодействие со спиртами с образованием гликозидов Гликозиды — это производные углеводов, у которых гли-

козидный гидроксил замещен на остаток какого-либо орга-

нического соединения. В случае глюкозы гликозиды называются глюкозидами. Связь между углеводным остатком и остатком другого компонента называется гликозидной.

В данных условиях в реакцию вступает только гликозидный гидроксил, спиртовые гидроксильные группы в реакции не участвуют.

Гликозиды играют чрезвычайно важную роль в растительном и животном мире. Существует огромное число природных гликозидов, в молекулах которых с атомом С (1) глюкозы связаны остатки самых различных соединений.

III. Брожение (ферментация) моносахаридов

Брожение — это расщепление моносахаридов под влиянием биологических катализаторов — ферментов, вырабатываемых микроорганизмами. Разные микроорганизмы вызывают раз-

662

личные виды брожения. Название вида брожения определяется названием образующихся продуктов брожения.

Брожение — сложный многостадийный биохимический процесс. Ниже приводятся лишь суммарные уравнения различных типов брожения глюкозы.

1. Спиртовое брожение:

2. Маслянокислое брожение:

OН

Лимонная кислота

Биологическая роль глюкозы и фруктозы

D-глюкоза (виноградный сахар) широко распространена в природе: содержится в винограде и других плодах, в меде. Она является обязательным компонентом крови и тканей животных и непосредственным источником энергии для клеточных реакций. Уровень содержания глюкозы в крови человека постоянен и находится в пределах 0,08—0,11 %. Во всем объеме крови взрослого человека содержится 5—6 г глюкозы. Такого количества достаточно для покрытия энергетических затрат организма в течение 15 мин его жизнедеятельности. При некоторых патологиях, например при заболевании сахарным диабетом, содержание глюкозы в крови повышается и избыток ее выводится с мочой. При этом количество глюкозы в моче может возрасти до 12 % против обычного — 0,1 %.

663

D-фруктоза (фруктовый сахар) в свободном виде содержится в фруктах, меде. Входит в состав сахарозы и полисахарида инулина. Ценный питательный продукт.

Получение и применение глюкозы

В промышленности глюкозу получают гидролизом крах-

мала и целлюлозы.

Глюкоза

СЛОЖНЫЕ УГЛЕВОДЫ

• Олигосахариды (oligos — «малый») — низкомолекулярные сахароподобные углеводы, содержащие от двух до десяти остатков моносахаридов (обычно гексоз), соединенных гликозидными связями.

Простейшими из них являются дисахариды.

Дисахариды

• Дисахариды — продукты конденсации двух моносахаридов.

Важнейшие природные представители: сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар), целлобиоза. Все они имеют одну и ту же эмпирическую формулу C12H22O11, т. е. являются изомерами.

Физические свойства

Дисахариды — типичные сахароггодобные углеводы; это твердые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, имеющие сладкий вкус.

Строение

1.Молекулы дисахаридов могут содержать два остатка одного моносахарида или два остатка разных моносахаридов.

664

2.Связи, образующиеся между остатками моносахаридов, могут быть двух типов:

а) Связь, в образовании которой принимают участие полуацетальные гидроксилы обеих молекул моносахаридов. Например, образование молекулы сахарозы:

б) Связь, в образовании которой принимают участие полуацетальный гидроксил одного моносахарида и спиртовый гидроксил другого моносахарида.

Например, образование молекул мальтозы, лактозы и целлобиозы:

665

Отсутствие или наличие в молекулах дисахаридов полуацетального гидроксила существенно отражается на их свойствах.

Химические свойства дисахаридов

1. Дисахариды, в молекулах которых сохраняется полуацетальный гидроксил (мальтоза, лактоза, целлобиоза), в растворах частично превращаются в открытые альдегидные формы и вступают в реакции, характерные для альдегидов,

в частности в реакцию «серебряного зеркала». Такие дисахариды называются восстанавливающими (восстанавли-

вают Cu(ОН)2 и Ag2O). Дисахариды, в молекулах которых нет полуацетального гидроксила (сахароза) и которые не

могут переходить в открытые карбонильные формы, называются невосстанавливающими (не восстанавливают

Cu(ОН)3 и Ag2O).

2.Все дисахариды являются многоатомными спиртами, для них характерны свойства многоатомных спиртов (образо-

667

вание простых и сложных эфиров), они дают качественную реакцию на многоатомные спирты:

3.Все дисахариды гидролизуются с образованием моносахаридов:

t°, H+

С12Н22О11 + Н2O ——— С6Н12О6 + С6Н12О6

В живых организмах гидролиз идет под действием ферментов.

Полисахариды

• Полисахариды — высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от десяти до сотен тысяч остатков моносахаридов (обычно гексоз), связанных гликозидными связями.

Важнейшие природные представители: крахмал, гликоген, целлюлоза. Это природные полимеры (ВМС), мономером которых является глюкоза. Их общая эмпирическая фор-

мула (С6Н10О5)n.

Крахмал

Аморфный порошок белого цвета, без вкуса и запаха, плохо растворим в воде, в горячей воде образует коллоидный раствор. Макромолекулы крахмала построены из большого числа остатков α-глюкозы. Крахмал состоит из двух фракций: амило-

668

зы и амилопектина. Соотношение между амилозой и амилопектином в крахмалах разных растений различно. В среднем содержание амилозы — 20—30 %, амилопектина — 70—80 %.

Амилоза

Молекулы амилозы — это очень длинные неразветвленные цепи, состоящие из остатков α-глюкозы:

Относительная молекулярная масса молекул амилозы колеблется от 60 до 500 тыс. Но молекулы имеют очень компактное строение, так как закручены в спираль, на виток спирали приходится 6—7 остатков α-глюкозы.

Амилопектип

Молекулы амилопектина в отличие от молекул амилозы сильно разветвлены.

Подавляющее большинство глгокозных остатков в амилопектине связаны, как и в амилозе, α-1,4-гликозидными связями. Однако в точках разветвлений цепи имеются α-1,6-глико- зидные связи.

Число глюкозных остатков в молекулах амилопектина значительно выше, относительная молекулярная масса колеблется от 100 тыс. до 1 млн.

Молекулы амилопектина также довольно компактны, так как имеют сферическую форму.

669