Углеводы
Синтез моносахаридов по методу Килиани-Фишера применяется для увеличения длины углеродной цепи альдозы на один атом углерода, в результате чего возникают две диастереомерные альдозы. Уже на первой стадии синтеза образуются изомерные циангидрины, дающие после гидролиза и декгидратации лактоны, которые восстанавливаются до альдоз, содержащих на один атом углерода больше, чем исходный моносахарид.
Деградация альдоз по Руффу представляет собой свободнорадикальное декарбокислирование соли гликоновой кислоты, в результате которого углеродная цепь альдозы укорачивается на один атом. Декарбоксилирование проводят смесью пероксида водорода и трехвалентного железа (реактив Фентона). Выход продукта составляет всего около 30-40%.
Углеводы или сахариды - природные соединения, структура которых может быть выражена общей формулой Cn(H2O)n. Углеводы подразделяют на два класса:
1. моносахариды или простые сахара - мономеры;
2. полисахариды - полимеры простых сахаров (крахмал, целлюлоза, декстрин, гликоген).
Тривиальные названия моносахаридов обычно имеют окончание -оза. Поскольку моносахариды являются либо полиоксиальдегидами или полиоксикетонами, либо их производными, их принято подразделять на альдозы (альдегид + оза) и кетозы (кетон + оза). Например, глюкоза - это альдоза, а фруктоза - это кетоза.
Проекции Фишера линейных моносахаридов рисуют, помещая карбонильную группу наверху структуры, и нумеруют верхний атом углерода цифрой 1, как например, карбоксиальдегидный атом альдозы (-СНО).
Простые сахара можно классифицировать по числу углеродных атомов в цепи. Глюкозу и фруктозу следует отнести к гексозам, так как они содержат по шести углеродных атомов в цепи. Если объединить эти две классификации, то глюкоза будет альдогексозой, а фруктоза - альдокетозой. Простейшие углеводы - глицеральдегид и диоксиацетон - являются одновременно альдотриозой и кетотриозой.
Э. Фишер приписал показанные ниже конфигурации (+) – и (-) –глицеральдегидам, обозначив первый из них «D», а второй - «L». Согласно (R,S)-номенклатуре, D-глицеральдегид будет (R )-глицеральдегидом, а L-глицеральдегид - (S)-глицеральдегидом.
Глюкоза и другие сахара существуют в виде циклических полуацеталей или полукеталей, которые образуются в результате внутримолекулярной реакции гидроксильной группы с карбонильной.
Наиболее устойчивый ацеталь глюкозы образуется с участием гидроксильной группы при С5. Это шестичленное кольцо называется пиранозной формой глюкозы, так как оно напоминает тетрагидропиран:
Чтобы подчеркнуть циклическую природу этой формы D-глюкозы, ее называют D-глюкопиранозой.
Образование полуацеталя приводит к появлению нового хирального центра, называемого аномерным атомом углерода или аномерным центром. В результате возникнут два диастереомера, которые различаются по своей конфигурации только при С1 и называются a- или b-аномерами в зависимости от относительной конфигурации при С1, а также при атоме углерода, определяющем принадлежность этого сахара к D- или L-ряду. При написании проекции Фишера a-D-глюкопиранозы группа -ОН при С1 (гидроксильная группа полуацеталя) находится с той же стороны углеродной цепи, что и атом кислорода, связанный с тем углеродным атомом, который определяет D- или L-конфигурацию данного сахара (например, С5 в глюкозе). В b-D-глюкопиранозе две этих группы лежат по разные стороны углеродной цепи.
Пиранозную форму сахаров наиболее удобно изображать с помощью структур Хеуорса, которые представляют собой идеализированные плоские тетрагидропирановые кольца с различными боковыми группами.
МУТАРОТАЦИЯ
D-Глюкоза образует кристаллы с удельным вращением, равным +1120. Изменив условия кристаллизации, можно получить другую форму D-глюкозы с [a]=+19о. При растворении в воде происходит медленное изменение оптического вращения обеих форм, пока оно не достигнет величины +53о. Этот процесс называется мутаротацией. Глюкоза с [a]=+112о является a-аномером, с [a]=+19о - b-аномером. Мутаротация вызвана тем, что в растворе устанавливается равновесие аномеров (глюкоза с [a]=+53о). Эта смесь содержит 64% b-формы, 36% a-формы и следовые количества (0,02%) свободной карбонильной формы. Взаимопревращение аномеров осуществляется через альдегид с открытой цепью.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОСАХАРИДОВ
1. Восстановление. Моносахариды восстанавливаются до полиоксиалканов OHCH2[CH(OH)n]CH2OH. Продукт реакции называют глицитом или альдитом. Восстановление боргидридом натрия имеет то преимущество, что его можно проводить в водной среде, так как и исходный моносахарид, и боргидрид хорошо растворимы в воде. Под действием боргидрида натрия D-глюкоза восстанавливается в глицит, который в данном случае называется глюцитом или сорбитом:
2. Окисление. Азотная кислота окисляет альдозы и кетозы до дикарбоновых кислот - гликаровых (сахарных) кислот.
Реактивы Бенедикта, Фелинга (фелингова жидкость) и Толленса окисляют альдозы до гликоновых кислот. Каждый из этих реактивов содержит катион металла, который восстанавливается альдозами.
3. Образование озазонов. В результате реакции a-оксикарбонильных соединений с избытком фенилгидразина образуются бис-фенилгидразоны (озазоны).
4. Образование сложных эфиров. Гидроксильные группы моносахаридов легко этерифицируются.
5. Образование простых эфиров. Метанол в присутствии кислоты метилирует только полуацетальную или полукетальную гидроксильную группы. Этерификация остальных гидроксильных групп идет лишь в условиях, характерных, например, для синтеза простых эфиров по Вильямсону.
Похожие работы
... для организма больного. Их энергетическая ценность составляет 4 ккал/г. Учитывая то, что суточная потребность в энергии составляет около 1 500–2 000 ккал, то становится понятной проблема изолированного применения углеводов для ее покрытия. Если перевести расчет на изотонический раствор глюкозы, то для этого потребуется перелить не менее 7–10 л жидкости, что может привести к таким осложнениям, как ...
... образом, углеводы необходимы для рационального использования белков. Они также способны стимулировать окисление промежуточных продуктов обмена жирных кислот. Этим, однако, не исчерпывается роль углеводов. Они являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот, являются предшественниками образования жиров, иммуноглобулинов, ...
... , клетчатки, микроэлементов и других полезных веществ, помогающих организму бороться со многими болезнями. Полисахариды должны составлять большую часть всех поступающих в наш организм углеводов. Важнейшие источники углеводов Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, ...
... ; поэтому уже в лимфатическом сосуде ворсинки находятся капельки вновь образованного жира, а не глицерин и жирные кислоты. ОБМЕН ЖИРОВ. Жиры, как и углеводы, являются в первую очередь энергетическим материалом и используются организмом как источник энергии. При окислении 1г жира количество освобождающейся энергии в два с лишним раза больше, чем при окислении такого же количества углеродов или ...
0 комментариев