Б. Реакции циклических форм

Р ассмотренные выше свойства моносахаридов не противоречат их строению как полиоксиальдегидов и полиоксикетонов. Однако ряд свойств пентоз и гексоз приведенные формулы объяснить не могли. Так, оказалось, что пентозы и гексозы в отличие от обычных альдегидов не образуют бисульфитных производных. Кроме того, полные метиловые эфиры, приготовленные из пентоз и гексоз действием диметилсульфата и щелочи (или иодистого метила в присутствии оксида серебра), не давали характерного осадка с реактивом Фелинга, а также реакции серебряного зеркала, типичных для альдегидов.

В тоже время гидролиз этих эфиров разбавленным раствором кислоты, т.е. в условиях, в которых простые эфиры устойчивы, приводил к отщеплению одной метильной группы. Так, из тетраметилового эфира, приготовленного из пентоз, получался триметиловый эфир, а из пентаметилового, приготовленного из гексоз, – тетраметиловый:

Продукты такого «монодеметилирования» полных метиловых эфиров пентоз и гексоз уже давали реакцию серебряного зеркала.

Таким образом, было установлено, что какая-то одна из гидроксогрупп в молекулах пентоз и гексоз обладает особыми свойствами. Особые свойства этой гидроксогруппы явились следствием того, что она внутримолекулярно взаимодействует с карбонильной группой, образуя циклический полуацеталь (кольчато-цепная таутомерия). Эта гидроксогруппа также и называется, полуацетальной.

С ее участием легко образуются метиловые эфиры. Для получения последних соответствующий моносахарид достаточно обработать метиловым спиртом в присутствии 3%-ного хлористого водорода:

Полученные таким образом производные пентоз и гексоз называют метилгликозидами; полуацетальный гидроксил, который легко замещается – гликозидным гидроксилом; атом углерода С₁, у которого произошло замещение – гликозидным центром; вступающий заместитель – агликоном.

Легкость замещения гликозидного гидроксила используется для получения гликозидов самого разнообразного строения. Так, при обработке пентоз и гексоз аминами, не являющихся сильными основаниями (иначе пойдет эпимеризация), происходит образование соответствующих N-гликозидов. Например:

Фрагмент молекулы

моносахарида

Здесь агликонами являются аминная и фениламинная группы.

Остаток моносахарида сообщает связанному с ней агликону легкую растворимость в воде, делает его способным функционировать в живой (животной или растительной) клетке.

В связи с этим становится понятным чрезвычайно большая распространенность гликозидов в природе. Примерами могут служить компоненты нуклеиновых кислот – нуклеозиды; действующее начало горчичного масла – глюкоиберин, арбутин, используемые в цветной фотографии, и многие другие. В молекулы моносахаридов в качестве агликонов иногда вводят физиологически активные вещества, что облегчает их применение в медицине (усвояемость, возможность использования растворов).

Контрольные вопросы

1. Какими реакциями можно доказать наличие в молекуле глюкозы альдегидной и гидроксильных групп.

2. Что произойдет при нагревании пентаметилглюкозы и пентаацетилгалактозы при нагревании их с разбавленной серной кислотой.

3. Какие продукты образуются при окислении маннозы, при ее восстановлении, при взаимодействии с гидроксиламином, с избытком фенилгидразина.

4. Какиe два моносахарида дадут тот же озазон, что и L-галактоза.

5. Напишите схемы получения следующих гликозидов: а) метил--D-глюко-фуранозида; б) этил--D-галактопиранозида; в) изопропил--D-фруктопирано-зида, г) о-(оксиметил)фенил--D-глюкопиранозида (салицина), д) метил--D-рибофуранозида.

6. Нагревание пентоз с разбавленной серной кислотой приводит к образованию фурфурола. Напишите уравнение реакции.

7. Напишите проекционные формулы Фишера всех D-альдогексоз, которые при восстановлении образуют оптически неактивные многоатомные спирты.

8. Какой продукт получается при окислении азотной кислотой D-галактозы? Почему полученное соединение не обладает оптической активностью.

Тестовые задания

Вариант 1

1. Какое из соединений является -D-рибопиранозой?

2. Образование соединения синего цвета при взаимодействии глюкозы (раствор) с гидроксидом меди (II) с образованием глюконата меди (II) обусловлено наличием в ее молекуле:

а) одной ОН-группы б) - и -связей

в) нескольких ОН-групп г) альдегидной группы

3. Какому моносахариду в открытой форме соответствует структура следующего циклического полуацеталя:

4. Углеводом, входящим в состав РНК, является:

5. D-глюкоза и D-галактоза являются между собой:

а) эпимерами б) диастереомерами в) гомологами г) изомерами

6. Метилгликозид можно получить при взаимодействии:

а) глюкозы с ангидридом уксусной кислоты

б) галактозы с метиловым спиртом

в) крахмала с метилхлоридом

г) глюконовой кислоты с метанолом

7. Озазон – это продукт взаимодействия углевода с:

а) гидроксиамином б) гидразином в) вторичным амином г) HCN

8. Какая структура соответствует метил-–D-глюкопиранозиду:

9. Какой из реагентов не вызывает ответной реакции у глюкозы?

а) NH₂OH б) Cu(OH)₂ в) NaHSO₃ г) Ag(NH₃)₂OH

10. Какой из моносахаридов входит в состав нуклеиновых кислот?

а) D-глюкопираноза б) D-фруктофураноза

в) L-маннопираноза г) D-рибофураноза

11. Шестиатомный спирт сорбит образуется при взаимодействии глюкозы с?

а) уксусной кислотой б) Ag(NH₃)₂OH в) этанолом г) водородом

12. При растворении сахаров с течением времени происходит изменение угла вращения до определенной равновесной величины. Это явление называется:

а) поляризация б) конформационная изомерия

в) мутаротация г) ионизация

13. Как называются два оптических изомера по отношению друг к другу:

а) эпимеры б) цис-транс-изомеры

в) энантиомеры г) диастереомеры

14. Реакция с каким веществом используется для доказательства того, что глюкоза – пятиатомный спирт?

а) Cu(OH)₂ б) CH₃COOH в) Ag₂O г) NaHSO₃

15. Продуктом реакции является:

а) метил--D-галактопиранозид

б) метил--D-галактопиранозид

в) метил-2,3,4,6-тетра-О-метил--D-галактопиранозид

г) метил-2,3,4,6-тетра-О-метил--D-галактопиранозид

16. Названию 2,3,6-три-О-метил--D-глюкопиранозе соответствует структура:

17. Альдозу от изомерной ей кетозы можно отличить по реакции с:

а) Н₂ б) NaHSO₃ в) Ag(NH₃)₂OH г) C₆H₅NHNH₂

18. Какое из приведенных соединений не является компонентом таутомерного равновесия D-рибозы:

19. Фруктоза дает реакцию серебряного зеркала, так как:

а) возможна цикло-оксо-таутомерия б) возможна кето-енольная таутомерия в) содержится кето-группа г) содержится виц-диольный фрагмент

20. Фруктоза является:

а) кетогексозой б) кетопентозой в) альдогексозой г) дисахаридом

21. – и –глюкоза – это:

а) оптические изомеры б) структурные изомеры

в) олигосахариды г) цис-транс-изомеры

22. Какая функциональная группа присутствует в циклической форме глюкозы:

а) гидроксильная б) альдегидная в) карбоксильная г) карбонильная

23. Какая формула отвечает L-маннозе

24. Изомерами являются:

а) 2-метилпропанол-1 и бутанол-1 б) D- и L-аланин

в) метанол и метаналь г) глюкоза и фруктоза

25. Какая характеристика не соответствует глюкозе:

а) имеет неразветвленный углеродный скелет

б) содержит кетонную группу

в) в циклической форме имеет 4 асимметрических центра

г) окисляется Cu(OH)₂ при нагревании

26. Какая проекционная формула соответствует R-конфигурации глицеринового альдегида:

ОН

27. Конечным продуктом цепочки превращений является:

C₆H₅NHNH₂ H₂O Zn/CH₃COOH

D-глюкоза … ….

(избыток) H⁺

а) крахмал б) фенилозазон D-глюкозы в) фруктоза г) сахароза

28. Какие схемы реакций показывают наличие в глюкозе альдегидной группы?

а ) С₆Н₁₂О₆ + Cu(OH)₂ (комн. t)

б ) С₆Н₁₂О₆ + HNO₃

в ) С₆Н₁₂О₆ + Ag(NH₃)₂OH

г ) С₆Н₁₂О₆ + Cu(OH)₂ (высокая t)

29. Какие моносахариды относятся к типу альдоз:

а) глюкоза б) рибоза в) дезоксирибоза г) сорбит

30. Сколько асимметрических атомов углерода в молекуле -D-рибофуранозы:

а) один б) два в) три г) четыре