55. Моносахариды

Моносахариды представляют собой соединения со сме­шанными функциями. Они содержат альдегидную или ке-тогруппу и несколько гидроксильных групп, т. е. являются альдегидоспиртами или кетоноспиртами. Следовательно, уг­леводы являются полигидроксикарбонильными соединениями.

Моносахариды с альдегидной группой называются аль-дозами, с кетогруппой — кетозами. По числу углеродных атомов в молекуле моносахариды делятся на тетрозы, пен-тозы, гексозы и т. д. (табл. 50).

Альдозы и кетозы с одинаковым числом атомов углеро­да изомерны между собой. Наибольшее значение среди моносахаридов имеют гексозы и пентозы.

Структура моносахаридов

Для изображения строения моносахаридов используют проекционные формулы Фишера.

Циклические формы принято изображать перспективны­ми формулами Хеубрса.

Физические свойства

Моносахариды представляют собой бесцветные крис­таллические вещества, сладкие на вкус, хорошо раствори­мые в воде, нерастворимые в эфире, плохо растворимые в спирте. Сладость моносахаридов различна. Например, фруктоза слаще глюкозы в три раза.

Химические свойства

Моносахариды — это соединения со смешанными функ­циями.

В растворах существует динамическое равновесие меж­ду несколькими таутомерными формами моносахаридов, поэтому в зависимости от условий и реагентов они могут реагировать в открытой или циклической форме. При этом равновесие смещается в сторону образования той формы, которая вступает во взаимодействие.

Химические свойства моносахаридов обусловлены на­личием:

а) карбонильной группы в открытых формах моносаха­ридов;

б) спиртовых гидроксильных групп как в открытых, так и в циклических формах моносахаридов;

в) полуацетальной гидроксильной группы в цикличес­ких формах моносахаридов.

Рассмотрим химические свойства моносахаридов на примере важнейшего из них — глюкозы.

1. Реакции с участием альдегидной группы глюкозы (т. е. свойства глюкозы как альдегида).

1. Восстановление (гидрирование) с образованием мно­гоатомного спирта:

CH₂-(CHOH)₄-COH + H₂ =Ni= CH₂-(CHOH)_4-CH₂OH

2. Окисление

Глюкоза легко окисляется. В зависимости от характера окислителей получаются различные продукты.

1) Окисление под действием слабых (мягких) окислите­лей с образованием глюконовой кислоты.

К числу таких реакций относятся качественные реакции на глюкозу как альдегид: реакция с аммиачным раствором оксида серебра (I) Ag₂O (реакция «серебряного зеркала») и реакция с гидроксидом меди (II) Си(ОН)₂ в щелочной сре­де при нагревании:

Глюкоза + Ag₂O =NH4OH=CH2OH-(CH-OH)4-COOH + 2Ag глюконовая кислота

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

Глюкоза + HNO₃ = COOH-(CH-OH)_4-COOH глюкаровая кислота

II. Реакции глюкозы с участием гидроксилъных групп (т. е. свойства глюкозы как многоатомного спирта):

1. Взаимодействие с Си(ОН)₂ на холоду с образованием гаюконата меди (II) (качественная реакция на глюкозу как многоатомный спирт).

2. Взаимодействие с ангидридами или галогенангидрида-ми кислот с образованием сложных эфиров

3. Взаимодействие с галогеналканами с образованием простых эфиров

4. Взаимодействие со спиртами с образованием гликозидов/

III. Брожение (ферментация) моносахаридов

Брожение — это расщепление моносахаридов под влия­нием биологических катализаторов — ферментов, вырабаты­ваемых микроорганизмами. Разные микроорганизмы вызы­вают различные 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: С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

2. Маслянокислое брожение: С₆Н₁₂О₆ = СН₃-СН₂-СН₂-СООН + 2Н₂+ 2СО₂

3. Молочнокислое брожение: C₆H₁₂O₆ = ферменты= 2 СH₃-CHOH-COOH

4. Лимоннокислое брожение.

C₆H₁2O₆ + 3[O]=ферменты= HOOC-CH2-COHCOOH-COOH + 2H₂O

Получение и применение глюкозы

В промышленности глюкозу получают гидролизом крах­мала и целлюлозы.