Моносахариды

Моносахариды – наиболее простая группа углеводов. Наиболее часто встречаются два моносахарида: глюкоза и фруктоза. Они относятся к гексозам; глюкоза – альдоза, фруктоза – кетоза.

Строение глюкозы и фруктозы доказано рядом реакций:

Первая реакция подтверждает присутствие в структуре глюкозы альдегидной группы.

Вторая реакция доказывает присутствие в структуре глюкозы пяти гидроксильных групп.

Третья реакция указывает на возможность существование глюкозы в линейной форме.

Молекула глюкозы может быть изображена с помощью проекционных формул:

Кроме линейной формы (I) глюкоза может существовать и в полуацетальной форме (II). В водной среде существует подвижное равновесие этих форм.

Гидроксил, образованный за счет миграции протона, называется глюкозидным гидроксилом. Образование полуацетальной формы глюкозы энергетически выгодно, так как при этом образуется стабильный шестичленный цикл, что находится в соответствии с теорией напряжения Байера.

Полуацетальная форма глюкозы может быть изображена с помощью более наглядных формул Хеуорса. При переходе от проекционных формул к формулам Хеуорса необходимо атомы и группы атомов, располагающиеся слева, записывать вверху, а располагающиеся справа – внизу кольца. При пятом углеродном атоме происходит поворот части молекулы вокруг валентной оси, соединяющей четвертый и пятый углеродные атомы.

Замыкание линейных форм моносахаридов может проходить в шестичленный цикл (пиранозы) и пятичленный цикл (фуранозы), название которых дается от соответствующего шестичленного гетероциклического соединения – пирана и пятичленного фурана.

Изомерия глюкозы. В молекуле глюкозы имеется четыре асимметрических атома углерода и значит для глюкозы характерно наличие оптических изомеров, количество которых рассчитывается по формуле:

Из 16 изомеров 8 изомеров D-ряда и 8 изомеров L-ряда. Изомеры D-ряда генетически связаны с D-глицериновым альдегидом, а изомеры L-ряда связаны с L-глицериновым альдегидом.

Каждый из изомеров D- и L-ряда имеет свое название: моноза, галактоза, кулоза, альтроза и т. д.

Каждый из изомеров D- и L-ряда в полуацетальном виде способен существовать в α- и β-форме. α- и β-форма отличаются друг от друга положением глюкозидного гидроксила по отношению к циклу.

Структуры, отличающиеся строением верхнего тетраэдра, называются аномерами, между этими формами в растворах существует подвижное равновесие. Переход α и β- формы до состояния равновесия называются мутаротацией.

Способы получения моносахаридов. Моносахариды обычно получают из природного сырья.

1. Гидролиз полисахаридов:

2. Гидролиз дисахаридов:

3. Окисление многоатомных спиртов:

4. Альдольная конденсация формальдегида (реакция А.М. Бутлерова):

Синтез А.М. Бутлерова – это первая попытка получить моносахариды синтетическим путем.

Химические свойства моносахаридов. Поскольку глюкоза и ее изомеры являются дифункциональными соединениями, то есть альдегидоспиртами, то для них характерны реакции, типичные для альдегидов и для спиртов. В линейной форме глюкоза вступает в реакции, характерные для альдегидов, в полуацетальной – в реакции, характерные для спиртов.