Доказательство строения глюкозы.
В состав молекулы входят атомы кислорода. Предположим, что в её состав входит несколько гидроксогрупп, т.е. глюкоза является многоатомным спиртом, следовательно, должна давать качественную реакцию на многоатомные спирты со свежеприготовленным раствором Cu(ОН)2. При этом образуется ярко-синее окрашивание.
Во второй половине XIX века русский химик А. А. Колли доказал, что в молекуле глюкозы содержится пять гидроксогрупп. Он провёл реакции с диметилсульфатом (CH3)2SO4 и получил простой эфир -пентаметилглюкозу и реакцию с хлористым ацетилом, получив при этом сложный эфир глюкозы.
Проверим наличие альдегидной группировки.
Проведём качественные реакции на альдегиды :
Реакция со свежеприготовленным Cu(ОН)2 при температуре.
Реакция «серебряного зеркала».
Глюкоза даёт качественные реакции на альдегиды.
При восстановлении глюкозы образуется шестиатомный спирт - сорбит СН2ОН–(СНОН)4–СН2ОН, имеющий нормальную цепь углеродных атомов. Этот факт подтверждается также восстановлением глюкозы до вторичного йодгексана нормального строения СН3–СН2–СН2–СН2–CHI–СН3.
На основании этих фактов можно сделать вывод, что глюкоза является альдегидоспиртом (проявляет двойственность свойств).
СН2 – СН – СН – СН – СН – С = О
| | | | | |
OH OH OH OH OH H
линейная формула
Однако альдегиды дают окрашивание с фуксинсернистой кислотой (красно-фиолетовое окрашивание) и образуют соединение с гидросульфитом натрия (NaHSO3). Глюкоза этих реакций не даёт. Это объясняется тем, что глюкоза в водном растворе существует в двух формах : альдегидной (линейной) и циклической.
Как осуществляется переход линейной формы в циклическую?
Вследствие свободного вращения атомных групп вокруг углеродной связи, альдегидная форма глюкозы может быть изогнута в пространстве таким образом, что гидроксогруппа при пятом углеродном атоме окажется рядом с атомом кислорода альдегидной группы. Так как на атоме кислорода карбонильной группы сосредоточена избыточная отрицательная зарядность, то атом водорода гидроксила при пятом атоме углерода способен переходить к атому кислорода карбонильной группы. В результате такого перехода образуется кислородный мостик между первым и пятым углеродными атомами. Возникает циклическая молекула (шестичленный цикл называется пиранозным).
В водном растворе они находятся в подвижном равновесии с преобладанием циклической формы (99,8 %). Это проекционные формулы Фишера.
Явление, когда органическое вещество может существовать в нескольких находящихся в равновесии формах, называется таутомерией, а сами формы называются таутомерами.
Глюкоза имеет две циклические структуры : (кольчато-цепная таутомерия)
Циклические формулы называются перспективными. Они были предложены американским химиком Хеуорсом, получившим в 1937 году Нобелевскую премию за цикл работ по углеводам. Эти формулы учитывают химическое строение и пространственное расположение атомов в молекуле.
Группа –ОН при первом углеродном атоме в циклических формах называется гликозидным гидроксилом. Он резко отличается от остальных четырёх групп по своим свойствам.
Циклические формы не дают качественные реакции на альдегиды.
Если в циклической форме гидроксогруппа при первом и четвёртом углеродным атомом расположены по одну сторону от плоскости цикла, то такая форма называется -глюкозой, а если по разные - -глюкоза.
и формы глюкозы взаимообратимые. Переход осуществляется в растворе через альдегидную форму.