Химические свойства моносахаридов. Реакции циклических и карбонильных форм

Моносахариды проявляют свойства спиртов и карбонильных соединений.

Химические свойства моносахаридов

В соответствии с химическим строением моносахариды могут проявлять свойства карбонильных соединений (альдегидов и кетонов), спиртов и полуацеталей.

Реакции карбонильных форм моносахаридов а) Окисление. Монозы легко окисляются, причем в зависимости от условий окисления образуются различные продукты.

Пример окисления глюкозы: С помощью сильного окислителя - концентрированной азотной кислоты - концевые группы альдоз (альдегидная и первичноспиртовая) одновременно окисляются в карбоксильные группы, образуя гликаровые кислоты (называемые также сахарными): Кетозы не окисляются слабыми окислителями. При действии сильных окислителей происходит расщепление молекул. Так, например, при окислении фруктозы получаются винная и щавелевая кислоты: Подобно обычным альдегидам, альдозы легко дают реакцию “серебряного зеркала” с аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса):

Кетозы тоже способны восстанавливать катионы металлов, так как они в щелочной среде изомеризуются в альдозы.

б) Восстановление. При восстановлении моноз образуются многоатомные спирты, называемые альдитами (глицитами). Эти кристаллические, легко растворимые в воде вещества обладают сладким вкусом и часто используются как заменители сахара (ксилит, сорбит). Глюкоза при восстановлении дает шестиатомный сахароспирт сорбит, галактоза – дульцит, манноза – манит: Сорбит часто встречается в различных фруктах, ягодах: в рябине, сливах, абрикосах, вишнях и др. Дульцит содержится во многих растениях, выделяется на поверхности коры деревьев. Манит содержится в бурых водорослях; плодах (ананас), овощах (морковке, луке). Восстановление моносахаридов проводят водородом в присутствии металлических катализаторов (палладий, никель). Шестиатомные спирты - глюцит (сорбит), дульцит и маннит - получаются при восстановлении соответственно глюкозы, галактозы и маннозы. Восстановление глюкозы в сорбит является одной из стадий промышленного синтеза аскорбиновой кислоты.

Реакции с участием гидроксильных групп

Гидроксильные группы имеются в открытых и циклических формах моноз, но содержание циклических форм значительно выше, поэтому реакции идут в циклических (полуацетальных) формах: Гидроксилы отличаются по реакционной способности: С1-ОН-гликозидный (наиболее реакционноспособный); С6 - первичный; С2-С4 - вторичные. Реакции с участием гликозидного гидроксила При взаимодействии моносахаридов с гидроксилсодержащими соединениями (спиртами, фенолами и др.) в условиях кислотного катализа образуются производные только по гликозидной ОН-группе - циклические ацетали, называемые гликозидами. Cпиртовые гидроксилы моноз в этих условиях не реагируют.

Действие кислот Действие кислот на пентозы и гексозы может быть использовано для их распознования, а именно: при нагревании пентоз с разбавленными кислотами легко происходит их дегидратация (отщепление трех молекул воды) и образуется летучий гетероциклический альдегид - фурфурол: Действие кислот на гексозы ведет сначала к образованию 5-гидроксиметилфурфурола, который при кипячении с разбавленными кислотами разлагается с образованием левулиновой и муравьиной кислот: Брожение сахаров Брожение - это сложный процесс расщепления моносахаридов с выделением СО2 под действием ферментов. Брожению подвергаются сахара, у которых число атомов углерода кратно трем (гексозы).Брожение гексоз различной конфигурации происходит с неодинаковой легкостью. Существуют и другие виды брожения.Процессы брожения сахаров играют важную роль и широко используются в промышленности.Различают разные виды брожения:

Образование дисахаридов, полисахаридов Гликозидная связь имеет очень важное биологическое значение. С помощью этой связи осуществляется ковалентное связывание моносахаридов в составе олиго- и полисахаридов: