Углеводы

Углеводы

 

Оглавление

 

Введение

1. Классификация и строение углеводов

2. Важнейшие моносахариды

3.Эпимеризация

4. Циклические формы моноз, мутаратация

5. Образование гликозидов

Введение

В живой природе широко распространены вещества, многим из которых соответствует формула С_х(Н₂О)_у. Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что и обусловило их название – углеводы. К углеводам относится обычный сахар – сахароза, виноградный сахар – глюкоза, фруктовый сахар – фруктоза и молочный сахар – мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятое название сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:

хСО₂ + уH₂О + солнечная энергия ¾® С_х(Н₂О)_у + хО₂

При окислении углеводов в организме энергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:

С_х(Н₂О)_у + хО₂ ¾® хСО₂ + уH₂О + энергия

1.  Классификация и строение углеводов

Простейшие углеводы, не гидролизующиеся в более простые, называют моносахаридами или монозами. Углеводы, при гидролизе которых образуются две молекулы моносахаридов, называют дисахаридами, или биозами. При гидролизе полисахаридов, или полиоз, образуется большое количество молекул моноз. Углеводы, состоящие из 2-10 молекул моносахаридов, часто называют олигосахаридами.

Углеводы являются полиоксиальдегидами или полиоксикетонами. Полиокси-альдегиды называют альдозами а полиоксикетоны – кетозами. В зависимости от числа атомов углерода в монозе ее называют триозой, тетрозой, пентозой или гексозой.

В моносахаридах имеется несколько стереоцентров, и поэтому для их написания часто используются проекционные формулы Фишера. Конфигурация каждого моносахарида определяется по наиболее старшему хиральному центру (наиболее удаленному от карбонильной группы). Простейшими триозами являются глицериновый альдегид НОСН₂СН(ОН)СНО и дигидроксиацетон НОСН₂СОСН₂ОН. У глицеринового альдегида имеется один стереоцентр, и поэтому он существует в виде двух энантиомеров:

 

(R)-(+)-глицериновый альдегид (S)-(-)-глицериновый альдегид

D-глицериновый альдегид L-глицериновый альдегид

D-Глицериновый альдегид вращает плоскость поляризованного света вправо (+), в то время как L-глицериновый альдегид – влево (-). Оба изомера глицеринового альдегида используются в качестве конфигурационных стандартов для всех моносахаридов. В формулах Фишера моносахаридов D-ряда гидроксил у предпоследнего атома углерода пишется справа, а у L-ряда – слева.

В начале века, когда абсолютную конфигурацию органических соединений устанавливать еще не умели, пользовались другой системой обозначения конфигурации. По этой системе (+)-глицериновый альдегид обозначали D-(+)-глицериновым альдегидом, а (-)-глицериновый альдегид – L(-)-глицериновым альдегидом. Оба изомера глицеринового альдегида и сейчас используются в качестве конфигурационных стандартов для всех моносахаридов. В формулах Фишера моносахаридов D-ряда гидроксил у предпоследнего атома углерода пишется справа, а у L-ряда – слева.

Упр. 1. Напишите формулы Фишера альдотетроз и обозначьте конфигурации их стереоцентров. Какие из них относятся к D-, а какие к L-ряду. Тетрозы с расположением гидроксильных групп в формулах Фишера с одной стороны называют эритрозами, а с разных сторон – треозами. Подпишите названия тетроз под их формулами.

Ответ: (2R,3R)-2,3,4-тригидроксибутаналь называют D-эритрозой.

    

 D-эритроза L-эритроза D-треоза L-треоза

2. Важнейшие моносахариды

 

Наиболее распространенным моносахаридом является D-глюкоза. Ее формулу запомнить очень легко: это альдогексоза, в формуле Фишера которой все гидроксильные группы, за исключением одной – второй сверху (у C-3) располагаются справа.

  

 D-манноза D-глюкоза D-галактоза

Альдогексозу, отличающуюся от D-глюкозы расположением первой гидроксильной группы (у C-2), называют D-маннозой, а третьей (у C-4) – D-галактозой. D-Фруктоза отличается от D-глюкозы тем, что она кетоза, а не альдоза.

  

 D-фруктоза D-арабиноза L-арабиноза

Кроме гексоз большое значение имеют и пентозы. D-Арабиноза отличается от D-глюкозы как бы отсутствием С-1. В природе распространена L-арабиноза, являющаяся зеркальным изображением D-арабинозы. Она содержится в вишневом клее. Формулу ксилозы можно вывести из формулы глюкозы удалением последнего атома углерода. В формуле D-рибозы, входящей в состав нуклеиновых кислот, все гидроксильные группы располагаются справа. В состав нуклеиновых кислот входит также 2-дезокси-D-рибоза, отличающаяся от D-рибозы отсутствием гидроксильной группы у второго атома углерода.

Упр. 2. Изобразите проекционные формулы Фишера следующих гексоз D-ряда: глюкоза, манноза, галактоза и фруктоза.

 D-ксилоза D-рибоза 2-дезокси-D-рибоза