41. Моносахариды (пентозы, гексозы). Представители, строение, свойства, применение.

МОНОСАХАРИДЫ, углеводы, представляющие собой по-лигидроксиальдегиды (альдозы) и полигидроксикетоны (ке-тозы) общей ф-лы С_nН_2nО_n (п = 3-9), в к-рых каждый атом С (кроме карбонильного) связан с группой ОН, и производные этих соед., содержащие разл. др. функц. группы, а также атом Н вместо одного или неск. гидроксилов.По числу атомов С различают низшие моносахариды (триозы и тетрозы; содержат в цепи соотв. 3 и 4 атома С), обычные (пентозы и гексозы) и высшие (гептозы, октозы, нонозы). Углеродные атомы в молекулах моносахаридов нумеруют таким образом, чтобы атом С карбонильной группы имел наим. номер Простейшие представители моносахаридов – триозы: глицеральдегид и диоксиацетон. При окислении первичной спиртовой группы трехатомного спирта – глицерола – образуется глицеральдегид (альдоза), а окисление вторичной спиртовой группы приводит к образованию диоксиацетона (кетоза).

Пентозы C5H10O5 (от греч. pénte — пять), органические соединения из группы моносахаридов, у которых углеродный скелет состоит из 5 атомов. В свободном состоянии в природе не встречаются. Входят в состав различных гликозидов и полисахаридов растений (арабиноза, ксилоза), а также нуклеиновых кислот (рибоза и 2-дезоксирибоза). Включение арабинозы и ксилозы в структуру сложных углеводов происходит с участием нуклеозиддифосфатсахаров. Рибоза (в виде рибозо-5-фосфата), участвующая в биосинтезе нуклеотидов, образуется как промежуточный продукт фотосинтеза, а также в пентозофосфатном цикле. При действии минеральных кислот П. превращаются в фурфурол — ценное сырьё для химической промышленности.

Гексозы C₆H₁₂O₅, простые сахара — Моносахариды, содержащие 6 атомов углерода; широко распространены в природе — содержатся в растительных и животных тканях как в свободном виде, так и в составе полисахаридов (См. Полисахариды). Г., содержащие в молекуле альдегидную группу, относятся к альдозам (Глюкоза, Манноза, Галактоза), кетонную — к кетозам (Фруктоза). Наиболее важны глюкоза и фруктоза. Г. служат сырьём для многих видов микробиологической промышленности (производство молочной кислоты, ацетона, глицерина и др.).

Строение моносахаридов. Строение простейших оксиальдегидов и оксикетонов с двумя и тремя атомами углерода вытекает непосредственно из их свойств и способов образования. Установить строение даже простых углеводов, т. е. оксиальдегидов и оксикетонов, содержащих в молекуле четыре и больше атомов углерода, представило значительно более трудную задачу. Многолетние исследования строения углеводов показали, что простые углеводы или сахара, представляют собой в кристаллическом индивидуальном состоянии внутренние циклические полуацетали многоатомных альдегидо- или кетоноспиртов. В растворах этм циклические формы находятся в состоянии равновесия со своими нециклическими формами, имеющими строение настоящих многоатомных альдегидо- или кетоноспиртов.

Физические и химические свойства. Моносахариды - бесцветные кристаллические вещества, легко растворимые в воде, ДМСО, трудно - в этаноле, не растворимы в неполярных органических растворителях. Важнейшие физико-химические характеристики моносахаридов - удельное вращение, используемое наряду с хроматографическими методами для идентификации природных моносахаридов, и спектры ПМР, с помощью которых можно определить относительную конфигурацию моносахарида. Для выяснения абсолютной конфигурации используют рентгеноструктурный анализ кристаллов или химическую трансформацию моносахаридов в более простые соединения с известной конфигурацией.Химические свойства моносахариды обусловлены наличием в их молекулах групп С=О (у ациклического таутомера) и ОН. При действии NaBH₄ в водном растворе карбонильная группа моносахаридов количественно восстанавливается до спиртовой; образующиеся полиолы в виде летучих ацетатов или триметилсилиловых эфиров можно использовать для количественного анализа смесей моносахаридов с помощью ГЖХ. Группы С=О альдоз в мягких условиях окисляются бромной водой с образованием лактонов альдоновых кислот. Кетозы в эту реакцию не вступают и моносахариды были таким образом выделены из сложных смесей с альдозами. Определение "восстанавливающей способности" (т.е. окисление группы С=О) используют в многочисленных методиках анализа моносахаридовэ

Применение Смесь глюкозы с фруктозой получают гидролизом сахарозы и используют в пищевой промышленности. D-Глюкоза находит применение в медицине. Восстановление D-глюкозы в D-сорбит и D-ксилозы в ксилит осуществляют в промышленных масштабах водородом над никелевым катализатором. D-Сорбит служит исходным соединением в синтезе аскорбиновой кислоты (смотри Витамин С)и наряду с ксилитом используется как обладающий сладким вкусом заменитель сахарозы при заболевании диабетом. Разнообразные моносахариды часто служат удобными хиральными исходными веществами в синтезе сложных природных соединений неуглеводной природы.