Моносахариды

Моносахариды — соединения, которые содер­жат одновременно гидроксильные группы и альдегидную или кетонную группы. Первые называют альдозами, вторые — кетозами.

Моносахариды образуются в результате окисле­ния многоатомных спиртов. При окислении пер­вичной спиртовой группы (СН₂ОН) образуются альдозы, а при окислении вторичной спиртовой группы (СНОН) — кетозы. Образование простей­ших моносахаридов — триоз (глицеринового аль­дегида и диоксиацетона) можно рассмотреть на при­мере окисления (дегидрирования) трехатомного спирта глицерина.

Глюкоза, фруктоза и другие моносахариды содер­жат асимметрические атомы углерода, у которых все 4 валентности замещены различными атомами и группами. Это определяет их оптическую активность, т. е. способность в растворе вращать плоскость поля­ризации вправо (+) или влево (-), а также наличие стереоизомеров, которые различаются по своим фи­зическим и химическим свойствам.

Химические свойства

Моносахариды легко окисляются с образовани­ем кислот. Причем окисление может происходить I 1 как в кислой, так и в щелочной среде. У сахаров легче всего окисляется альдегидная группа. В щелочной среде моносахариды могут окис­ляться оксидами металлов (меди, висмута, сереб­ра). При этом сахар окисляется до кислоты, а ок­сиды металлов восстанавливаются. Оксид меди (II), восстанавливаясь, образует оксид меди (I) (за­кись). Эта реакция используется для количествен­ного определения сахаров по количеству образо­вавшегося оксида меди (I). При взаимодействии сахаров с оксидами висмута и серебра последние восстанавливаются до свободных металлов. Реак­ция «серебряного зеркала» используется для се­ребрения ёлочных игрушек, колб сосудов Дюара и термосов.

Однако так, как написано, реакция идти не мо­жет, потому что оксид меди — нерастворимый в воде по­рошок. В связи с этим для реакции берут просто соль двухвалентной меди — СuSО₄. Поскольку окис­ление cахаров идет в щелочной среде, к раствору СuSО₄ необходимо добавить щелочь.

Но и в этом случае возникает препятствие: Сu(ОН)₂ представляет собой студенистый осадок и не может далее реагировать с сахаром. Необходи­мо для дальнейшего хода реакции удерживать ка­тионы двухвалентной меди в щелочной среде в ра­створе. Для этого к щелочному раствору меди до­бавляют сегнетову соль (К, Nа-виннокислый), ко­торая связывает ионы меди и удерживает их в ще­лочной среде в растворе:

Этот раствор синего цвета, содержащий СuSО₄, NаОН и сегнетову соль, называют фелинговой жид­костью и используют для количественного опреде­ления cахаров. Фелингову жидкость нагревают с раствором сахара. При этом выпадает красный оса­док Сu₂О, количество которого соответствует ко­личеству сахара.

Фелингову жидкость восстанавливают сахара, имеющие свободный полуацетальный (гликозидный) гидроксил. Это — все моносахариды и неко­торые олигосахариды. Их называют восстанавли­вающими сахарами, в отличие от невосстанавли­вающих, которые не содержат свободного полуацетального (гликозидного) гидроксила и не способ­ны восстанавливать фелингову жидкость.

Моносахариды классифицируют по числу углеродных атомов в цепочке (С₃—С₉) на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октрозы и наннозы.

Триозы. К ним относятся простейшие моноса­хариды — глицериновый альдегид и дигидроксиацетон.

В свободном состоянии они не встречаются, а в виде фосфорных эфиров (ФГА и ФДА) являют­ся важными промежуточными продуктами обмена углеводов (фотосинтез, дыхание, брожение).

Пентозы. Растения характеризуются высоким содержанием пентоз. При кипячении с разбавлен­ной Н₂SО₄ или НС1 пентозы образу­ют летучий гетероциклический аль­дегид фурфурол, который с НС1 и анилином дает интенсивное красное окрашивание. Эта реакция служит для качественного и количествен­ного определения пентоз. Среди пентоз наиболее известны ксилоза, арабиноза и рибоза. Ксилоза. Ее еще называют древесным сахаром. Она входит в состав полисахаридов (гемицеллюлозы, гумми, слизи). Ксилозу получают путем гид­ролиза древесины, соломы, отрубей, хлопковой и подсолнечной шелухи.

Рибоза играет очень важную роль в живых организмах. Она входит в состав РНК, нуклеотидов, витаминов, коферментов. Ее фосфорные эфиры участвуют в обмене углеводов.

Гексозы, наряду с пентозами, — наиболее рас­пространенные моносахариды в растениях. Это глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза.

Глюкоза (декстроза, или виноградный сахар) — самый распространенный в природе моносахарид. В свободном состоянии глюкоза содержится в зе­леных частях растений, в семенах, ягодах, фрук­тах, составляет половину от общего количества сахаров нектара и меда. Глюкоза входит в состав олигосахаридов (сахароза, мальтоза, рафиноза), многих высших полисахаридов (крахмал, глико­ген, целлюлоза), гликопротеинов, неко­торых липоидов, многих гликозидов.

Фруктоза (левулоза, плодовый сахар) — наи­более важный представитель кетоз. Фруктоза — самый сладкий сахар. Она содержится во всех зеленых частях растений, в плодах, составляет половину Сахаров нектара и меда. Ее фосфорные эфиры участвуют в обмене углеводов. Фруктоза входит в состав олигосахаридов (сахароза, рафиноза), высших полисаха­ридов (инулин), гликопротеинов, гликозидов. Получают фруктозу путем гидролиза инулина. Она сбраживается дрожжами и усваивается жи­вотным организмом.