Mono-oligo carbohidrați și polizaharide. Carbohidrați

DEFINIȚIE

Carbohidrați- compuşi organici având formula generală C m H 2 n O n (n, m > 3). Ele sunt împărțite în trei grupe: mono-, oligo- și polizaharide.

DEFINIȚIE

Monozaharide- carbohidrati care nu pot fi hidrolizati pentru a forma carbohidrati mai simpli (glucoza, fructoza).

Oligozaharide- carbohidrații, care sunt produse ale condensării a două sau mai multe monozaharide (zaharoză).

- carbohidrați formați dintr-un număr mare de molecule de monozaharide (amidon, pectină, celuloză).

Monozaharide. Glucoză

Glucoza (C 6 H 12 O 6) - este un cristal alb, cu gust dulce și foarte solubil în apă. Moleculele de glucoză pot exista sub formă liniară (alcool aldehidic cu cinci grupe hidroxil) și ciclică (α- și β-glucoză), a doua formă obținută din prima prin interacțiunea grupării hidroxil de la al 5-lea atom de carbon cu o grupare carbonil. (Fig. 1).

Orez. 1. Forme de existenţă a glucozei: a) β-glucoză; b) α-glucoză; c) formă liniară

Carbohidrații, în special glucoza, au următoarele proprietăți chimice:

1. Reacții care au loc cu participarea grupării carbonil:

- glucoza este oxidată cu o soluție de amoniac de oxid de argint și hidroxid de cupru (II) în acid gluconic atunci când este încălzită

CH2OH-(CHOH)4-CH=O + Ag2O → CH2OH-(CHOH)4-COOH + 2Ag↓

CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH \u003d O + 2Cu (OH) 2 → CH 2 OH- (CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O + H 2 O

- glucoza este capabilă să se refacă într-un alcool de șase - sorbitol

CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH \u003d O + 2 [H] → CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH 2 OH

- glucoza nu intră în unele reacții caracteristice aldehidelor, de exemplu, cu hidrosulfitul de sodiu.

2. Reacții care au loc cu participarea grupărilor hidroxil:

- glucoza dă culoare albastră cu hidroxid de cupru (II) (reacție calitativă pentru alcoolii polihidroxilici);

- formarea eterilor. Sub acțiunea alcoolului metilic, unul dintre atomii de hidrogen este înlocuit cu gruparea CH3. Această reacție implică hidroxil glicozidic, situat la primul atom de carbon în forma ciclică a glucozei

- formarea de esteri. Sub acțiunea anhidridei acetice, toate cele cinci grupe –OH din molecula de glucoză sunt înlocuite cu grupa –O-CO-CH3.

3. Fermentare:

- fermentatie alcoolica

- fermentatia acidului lactic

C6H12O6 → 2CH3-CH(OH)-COOH

- fermentaţie butirică

C 6 H 12 O 6 → C 3 H 7 COOH + 2H 2 + 2CO 2

Monozaharide. Fructoză

Fructoza este un izomer al glucozei. La fel ca glucoza, ea poate exista într-o formă liniară (ceto-alcool) și ciclică (Fig. 1).

Orez. 1. Forme de existență a fructozei

Fructoza intră în toate reacțiile caracteristice glucozei, dar, spre deosebire de aceasta, nu intră în reacția „oglindă de argint”.

DEFINIȚIE

zaharoza(C 12 H 22 O 11) - este o substanță cristalină albă, cu gust dulce, foarte solubilă în apă.

Molecula de zaharoză conține 2 cicluri - cu 6 membri (rezidu de glucoză) și cu 5 membri (rezidu de fructoză), interconectate prin glucoză hidroxil glicozidică:

Zaharaza se caracterizează prin prezența următoarelor proprietăți chimice:

1. Hidroliza:

C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 (glucoză) + C 6 H 12 O 6 (fructoză)

2. Zaharoza reacţionează cu hidroxidul de calciu pentru a forma zaharoza de calciu.

3. Zaharoza nu intră în reacția „oglindă de argint”, de aceea se numește dizaharidă nereducătoare.

DEFINIȚIE

Amidon- (C 6 H 10 O 5) n - pulbere albă, insolubilă în apă rece și formând o soluție coloidală în apă fierbinte.

Este un polimer natural. Moleculele sale constau din lanțuri liniare și ramificate care conțin reziduuri de α-glucoză. Un fragment din structura amidonului arată astfel:

Amidonul este capabil să se hidrolizeze atunci când este încălzit într-un mediu acid, iar produsul final al hidrolizei este glucoza:

Amidonul dă o culoare albastră intensă cu iod - aceasta este o reacție calitativă la iod.

DEFINIȚIE

- (C 6 H 10 O 5) n - un polimer natural, ale cărui molecule constau numai din lanțuri liniare care conțin reziduuri de β-glucoză:

Pentru celuloză, precum și pentru amidon, capacitatea de a se hidroliza atunci când este încălzită într-un mediu acid este caracteristică:

(C6H10O5) n + nH2O → nC6H12O6

Fiecare unitate structurală a moleculei de celuloză conține trei grupe -OH, care pot reacționa cu acizii nitric și acetic pentru a forma esteri:

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nHNO 3 → (C 6 H 7 O 2 (ONO 2) 3) n + 3nH 2 O

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu

Compusul C 3 H 6 O 3 obţinut din glucoză în reacţie cu sodiul formează un compus din compoziţia C 3 H 4 Na 2 O 3, cu carbonat de calciu - C 6 H 10 CaO 6, cu etanol în prezenţa acidului sulfuric - C5H1003. Denumiți acest compus și scrieți ecuațiile reacției

Soluţie

În timpul fermentației acidului lactic, acidul lactic (2-hidroxipropanoic) este obținut din glucoză: C6H12O6 → 2CH3-CH(OH)-COOH. Atât grupările hidroxil, cât și grupările carboxil sunt implicate în reacția acidului lactic cu sodiul: CH3 -CH (OH) -COOH + 2Na → CH3 -CH (ONa) -COONa + H2 Cu carbonat de calciu și cu etanol, acidul lactic reacționează ca un acid carboxilic obișnuit: CaCO 3 + 2CH 3 CH (OH) COOH → (CH 3 CH (OH) COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O, CH 3 CH (OH) COOH + C 2 H 5 OH → CH 3 CH (OH) COOS 2 H 5 + H 2 O.

Motivația obiectivului. Monozaharidele se găsesc în toate organismele vii și sunt de mare importanță biologică. Reziduurile de monozaharide fac parte din moleculele de acid nucleic, glicozidele cardiace, coenzimele. Unele monozaharide sunt folosite pentru producerea medicamentelor.Polizaharidele îndeplinesc diverse funcții: energetice (amidon, glicogen), scheletice (sulfați de condroitin, glicoproteine), sunt bioregulatori (heparină) etc. Heteropolizaharidele sunt implicate în construcția substanțelor de grup ale sângelui și țesuturilor.

Scopul autoformarii. Este necesar să stăpânim stereoizomeria și transformările tautomerice ale monozaharidelor, proprietățile chimice ale mono-, di- și polizaharidelor.

Planul de studiu al subiectului

1. Clasificarea carbohidraților. Clasificarea monozaharidelor după numărul de atomi de carbon din lanț și după natura grupării oxo. Exemple

2. Stereoizomeria monozaharidelor. Enantiomeri, determinarea configurației relative. Diastereomeri.

2. Ciclo-oxo-tautomerismul monozaharidelor pe exemplul glucozei, galactozei, fructozei, ribozei și dezoxiribozei. a- și β-anomeri.

3. Proprietăţile monozaharidelor datorate formei tautomere deschise (forma oxo).

3.1. Reacții de oxidare a monozaharidelor în diferite condiții. Utilizarea reacțiilor de oxidare pentru identificarea monozaharidelor.

3.2. Reacții de reducere a monozaharidelor. Prepararea xilitolului și sorbitolului. Sensul lor.

3.3. Reacția calitativă la fructoză (reacția lui Selivanov).

4. Reacții ale formelor ciclice ale monozaharidelor.

4.1. Reacții asupra hemiacetal hidroxil. Formarea O- și N-glicozidelor, nomenclatura lor. Condiții pentru hidroliza glicozidelor.

4.2. Reacții asupra hidroxililor de alcool.

Reacții ale monozaharidelor ca alcooli polihidroxici (interacțiune cu Cu(OH) 2);

Formarea monozaharidelor fosfatice.

5. Reprezentanți individuali ai monozaharidelor și ai derivaților acestora, semnificația lor.

5.1. Pentoze - xiloză, riboză, dezoxiriboză, hexoze - glucoză, manoză, galactoză, fructoză.

5.2. Amino zaharuri - glucozamină, galactozamină.

5.3. Acid ascorbic

6. Structura dizaharidelor Maltoză, celobioză, lactoză, zaharoză. Compoziția lor monozaharidă, tipul de legătură glicozidică.

7. Proprietăţile chimice ale dizaharidelor.

7.1. Reacții de formare a glicozidelor.

7.2. Raportul dintre dizaharide și hidroliză. condiţiile de hidroliză.

7.3. Semnificația medico-biologică a dizaharidelor.

8. Structura și proprietățile homopolizaharidelor.

8.1. Structura fracțiilor de amidon (amiloză și amilopectină), glicogen, celuloză. semnificația lor biologică.

8.2. Hidroliza polizaharidelor, condițiile acesteia.

8.3. Structura primară și secundară a amilozei și celulozei. Dependența proprietăților lor fizice și chimice de structura secundară.

9. Conceptul de heteropolizaharide.

„Ajutor didactic de autopregătire pentru orele de chimie bioorganică” pp.-151-157, 165-167.

Întrebări pentru autocontrol Nr. 1, 2, 4, 5 (p. 152-153), 6 (p. 166). Răspundeți în scris la întrebările 6 (p. 153), 5 (p. 166).

Pentru a se pregăti pentru test folosiți întrebările pentru controlul testului nr. 1-6, 9, 11, 13-18, 20, 24, 27, 31-43 (pag. 157-164), 2-7, 11, 12, 15-17, 21, 35, 41, 49 (p. 168-176).

Lecția numărul 7

α-aminoacizi naturali, peptide, proteine.

Structură, proprietăți, rol biologic.

Motivația obiectivului. Aminoacizii joacă un rol important într-un organism viu ca monomeri pentru construirea moleculelor de peptide și proteine. În plus, ele sunt materialul pentru biosinteza multor enzime, hormoni, vitamine, antibiotice, mediatori. Unii aminoacizi sunt utilizați ca medicamente (cisteină, metionină, acid glutamic). Peptidele îndeplinesc o funcție de reglare în organism (hormoni, antibiotice). Proteinele formează baza materială a activității chimice a celulei (enzime, hormoni, proteine ​​structurale, protectoare de transport).

Scopul autoformarii. Este necesar să se învețe clasificarea și structura celor mai comuni α-aminoacizi, transformările chimice ale α-aminoacizilor in vitroȘi in vivo, principiile structurii peptidelor, organizarea spațială a moleculelor proteice.

Pentru pregătirea lecției trebuie să folosiți „Manualul educațional și metodologic de autopregătire pentru orele de chimie bioorganică” p.-176-180.

Planul de studiu al subiectului- întrebările 1-5 (fără 4.4) (p.176-177).

Întrebări pentru autocontrol Nr. 1-10 (p. 177-178). Răspundeți în scris la întrebările 2, 6, 9 (p.177-178).

Pentru a se pregăti pentru test folosiți întrebări pentru controlul testului nr. 1 - 54, 56, 57 (p. 181-190).

Carbohidrați- substanțe organice, ale căror molecule constau din atomi de carbon, hidrogen și oxigen, iar hidrogenul și oxigenul se află în ele, de regulă, în același raport ca și în molecula de apă (2: 1).

Formula generală pentru carbohidrați este Cn (H20) m, adică par să fie compuse din carbon și apă, de unde și numele clasei, care are rădăcini istorice. A apărut pe baza analizei primilor carbohidrați cunoscuți. Ulterior s-a constatat că există carbohidrați în moleculele cărora nu se observă raportul indicat (2: 1), de exemplu, dezoxiriboză - C 5 H 10 O 4. Sunt cunoscuți și compuși organici, a căror compoziție corespunde formulei generale date, dar care nu aparțin clasei carbohidraților. Acestea includ, de exemplu, formaldehida CH20 și acidul acetic CH3COOH.

Cu toate acestea, denumirea de „carbohidrați” a prins rădăcini și este acum general acceptată pentru aceste substanțe.

Carbohidrații în funcție de capacitatea lor de a hidroliza pot fi împărțiți în trei grupe principale: mono-, di- și polizaharide.

Monozaharide- carbohidrați care nu sunt hidrolizați (nu sunt descompuse de apă). La rândul lor, în funcție de numărul de atomi de carbon, monozaharidele se împart în trioze (ale căror molecule conțin trei atomi de carbon), tetroze (patru atomi de carbon), pentoze (cinci), hexoze (șase) etc.

În natură, monozaharidele sunt predominant pentozeȘi hexoze.

LA pentoze includ, de exemplu, riboză - C5H10O5 și deoxiriboză (riboză, din care atomul de oxigen a fost „luat”) - C5H10O4. Ele fac parte din ARN și ADN și determină prima parte a denumirilor acizilor nucleici.

LA hexoze având formula moleculară generală C6H12O6 includ, de exemplu, glucoză, fructoză, galactoză.

dizaharide- carbohidrați care sunt hidrolizați pentru a forma două molecule de monozaharide, precum hexozele. Formula generală a marii majorități a dizaharidelor nu este dificil de dedus: trebuie să „adăugați” două formule de hexoze și să „scădeți” din formula rezultată o moleculă de apă - C 12 H 22 O 11. În consecință, ecuația generală de hidroliză poate fi scrisă:

Dizaharidele includ:

1. zaharoza(zahăr alimentar obișnuit), care, atunci când este hidrolizat, formează o moleculă de glucoză și o moleculă de fructoză. Se găsește în cantități mari în sfeclă de zahăr, trestie de zahăr (de unde și denumirea – sfeclă sau trestie de zahăr), artar (pionierii canadieni au extras zahărul de arțar), palmier de zahăr, porumb etc.

2. Maltoză(zahăr de malț), care este hidrolizat pentru a forma două molecule de glucoză. Maltoza poate fi obtinuta prin hidroliza amidonului sub actiunea enzimelor continute de malt - boabe de orz germinate, uscate si macinate.

3. Lactoză(zahăr din lapte), care este hidrolizat pentru a forma molecule de glucoză și galactoză. Se găsește în laptele mamiferelor (până la 4-6%), are o dulceață scăzută și este folosit ca umplutură în pastile și tablete farmaceutice.

Gustul dulce al diferitelor mono- și dizaharide este diferit. Deci, cea mai dulce monozaharidă - fructoza - este de 1,5 ori mai dulce decât glucoza, care este luată ca standard. Zaharoza (disaharida), la rândul său, este de 2 ori mai dulce decât glucoza și de 4-5 ori mai dulce decât lactoza, care este aproape lipsită de gust.

Polizaharide- amidon, glicogen, dextrine, celuloză etc. - carbohidrați care sunt hidrolizați pentru a forma multe molecule de monozaharide, cel mai adesea glucoză.

Pentru a obține formula polizaharidelor, trebuie să „scădeți” o moleculă de apă dintr-o moleculă de glucoză și să scrieți o expresie cu indicele n: (C 6 H 10 O 5) n, deoarece se datorează eliminării moleculelor de apă care di- și polizaharidele se formează în natură.

Rolul carbohidraților în natură și importanța lor pentru viața umană este extrem de mare. Formate în celulele vegetale ca urmare a fotosintezei, acţionează ca o sursă de energie pentru celulele animale. În primul rând, acest lucru se aplică glucozei.

Mulți carbohidrați (amidon, glicogen, zaharoză) îndeplinesc o funcție de stocare, rolul rezervei nutritive.

Acizii ARN și ADN, care includ unii carbohidrați (pentoză-riboză și dezoxiriboză), îndeplinesc funcțiile de transmitere a informațiilor ereditare.

Celuloză- materialul de construcție al celulelor vegetale - joacă rolul unui cadru pentru membranele acestor celule. O altă polizaharidă, chitina, joacă un rol similar în celulele unor animale: formează scheletul exterior al artropodelor (crustacee), al insectelor și al arahnidelor.

Carbohidrații sunt sursa supremă a nutriției noastre, indiferent dacă mâncăm cereale cu amidon sau le hrănim animalelor care transformă amidonul în proteine ​​și grăsimi. Imbracamintea cea mai igienica este realizata din celuloza sau produse pe baza de ea: bumbac si in, fibra de vascoza, matase acetat. Casele și mobilierul din lemn sunt construite din aceeași pastă care alcătuiește lemnul.

În centrul producției de fotografii și film se află aceeași celuloză. Cărți, ziare, scrisori, bancnote - toate acestea sunt produse ale industriei celulozei și hârtiei. Aceasta înseamnă că carbohidrații ne asigură tot ce este necesar vieții: hrană, îmbrăcăminte, adăpost.

În plus, carbohidrații sunt implicați în construcția de proteine ​​complexe, enzime, hormoni. Glucidele sunt și substanțe vitale precum heparina (joacă un rol important - previne coagularea sângelui), agar-agar (se obține din alge marine și se folosește în industria microbiologică și a cofetăriei - amintiți-vă de celebra prăjitură cu lapte de pasăre).

Trebuie subliniat faptul că singurul tip de energie de pe Pământ (în afară de nucleară, desigur) este energia Soarelui, iar singura modalitate de a o acumula pentru a asigura activitatea vitală a tuturor organismelor vii este procesul fotosinteză, care apare în celulele plantelor vii și duce la sinteza carbohidraților din apă și dioxid de carbon. În timpul acestei transformări se formează oxigenul, fără de care viața pe planeta noastră ar fi imposibilă:

Monozaharide. Glucoză

glucoza si fructoza- substanţe cristaline solide incolore. Glucoza, care se găsește în sucul strugurilor (de unde și denumirea de „zahăr din struguri”), împreună cu fructoza, care se găsește în unele fructe și legume (de unde și denumirea de „zahăr din fructe”), formează o porție semnificativă de miere. Sângele oamenilor și animalelor conține în mod constant aproximativ 0,1% glucoză (80-120 mg la 100 ml de sânge). Cea mai mare parte (aproximativ 70%) suferă o oxidare lentă în țesuturi cu eliberarea de energie și formarea de produse finite - dioxid de carbon și apă (proces de glicoliză):

Energia eliberată în timpul glicolizei asigură în mare măsură nevoile de energie ale organismelor vii.

Depășirea nivelului de glucoză din sânge de 180 mg în 100 ml de sânge indică o încălcare a metabolismului carbohidraților și dezvoltarea unei boli periculoase - diabetul zaharat.

Structura moleculei de glucoză

Structura moleculei de glucoză poate fi apreciată pe baza datelor experimentale. Reacționează cu acizii carboxilici pentru a forma esteri care conțin 1 până la 5 reziduuri acide. Dacă se adaugă o soluție de glucoză la hidroxidul de cupru (II) proaspăt obținut, atunci precipitatul se dizolvă și se formează o soluție albastră strălucitoare a compusului de cupru, adică are loc o reacție calitativă la alcoolii polihidroxilici. Prin urmare, glucoza este un alcool polihidric. Dacă, totuși, soluția rezultată este încălzită, se va forma din nou un precipitat, dar deja de culoare roșiatică, adică va avea loc o reacție calitativă la aldehide. În mod similar, dacă o soluție de glucoză este încălzită cu o soluție de amoniac de oxid de argint, atunci va avea loc o reacție „oglindă de argint”. Prin urmare, glucoza este atât un alcool polihidric, cât și o aldehidă - un alcool aldehidic. Să încercăm să derivăm formula structurală a glucozei. Există șase atomi de carbon în molecula C 6 H 12 O 6. Un atom face parte din gruparea aldehidă:

Ceilalți cinci atomi se leagă la cinci grupări hidroxil.

Și, în final, vom distribui atomii de hidrogen din moleculă, ținând cont de faptul că carbonul este tetravalent:

S-a stabilit însă că, pe lângă moleculele liniare (aldehide), într-o soluție de glucoză există molecule cu structură ciclică care alcătuiesc glucoza cristalină. Transformarea moleculelor de formă liniară într-una ciclică poate fi explicată dacă ne amintim că atomii de carbon se pot roti liber în jurul legăturilor σ situate la un unghi de 109° 28'. În acest caz, gruparea aldehidă (primul atom de carbon) se poate apropia de gruparea hidroxil a celui de-al cincilea atom de carbon. În primul, sub influența grupării hidroxi, legătura π este ruptă: un atom de hidrogen este atașat de atomul de oxigen, iar oxigenul grupului hidroxi care „a pierdut” acest atom închide ciclul:

Ca rezultat al acestei rearanjamente a atomilor, se formează o moleculă ciclică. Formula ciclică arată nu numai ordinea legăturilor atomilor, ci și aranjarea lor spațială. Ca urmare a interacțiunii primului și celui de-al cincilea atom de carbon, la primul atom apare o nouă grupare hidroxil, care poate ocupa două poziții în spațiu: deasupra și sub planul ciclului și, prin urmare, sunt posibile două forme ciclice de glucoză:

A) forma α a glucozei- grupările hidroxil de la primul și al doilea atom de carbon sunt situate pe o parte a inelului moleculei;

b) forma β a glucozei- grupele hidroxil sunt situate pe laturile opuse ale inelului moleculei:

Într-o soluție apoasă de glucoză, trei dintre formele sale izomerice sunt în echilibru dinamic - forma α ciclică, forma liniară (aldehidă) și forma β ciclică:

În echilibrul dinamic stabilit, predomină forma β (aproximativ 63%), deoarece este de preferat energetic - are grupări OH la primul și al doilea atom de carbon pe părțile opuse ale ciclului. În forma α (aproximativ 37%), grupările OH ale acelorași atomi de carbon sunt situate pe o parte a planului, prin urmare este mai puțin stabilă energetic decât forma β. Ponderea formei liniare în echilibru este foarte mică (doar aproximativ 0,0026%).

Echilibrul dinamic poate fi deplasat. De exemplu, atunci când o soluție de amoniac de oxid de argint acționează asupra glucozei, cantitatea din forma sa liniară (aldehidă), care este foarte mică în soluție, este completată tot timpul datorită formelor ciclice, iar glucoza este complet oxidată la acid gluconic.

Un izomer al alcoolului aldehidic de glucoză este alcoolul ceto - fructoză:

Proprietățile chimice ale glucozei

Proprietățile chimice ale glucozei, ca orice altă substanță organică, sunt determinate de structura sa. Glucoza are o dublă funcție, fiind și aldehidă, Și alcool polihidric, prin urmare, se caracterizează prin proprietățile atât ale alcoolilor polihidroxilici, cât și ale aldehidelor.

Reacții ale glucozei ca alcool polihidroxilic.

Glucoza dă o reacție calitativă a alcoolilor polihidroxici (amintiți-vă de glicerol) cu hidroxid de cupru (II) proaspăt preparat, formând o soluție albastră strălucitoare a unui compus de cupru (II).

Glucoza, ca și alcoolii, poate forma esteri.

Reacțiile glucozei ca aldehidă

1. Oxidarea grupării aldehide. Glucoza ca aldehidă poate fi oxidată la acidul (gluconic) corespunzător și poate da reacții calitative ale aldehidelor.

Reacția „oglinzii de argint”:

Reacția cu Cu(OH)2 proaspăt obținut cand este incalzit:

Recuperarea grupării aldehide. Glucoza poate fi redusă la alcoolul corespunzător (sorbitol):

Reacții de fermentație

Aceste reacții se desfășoară sub acțiunea unor catalizatori biologici speciali de natură proteică - enzime.

1. Fermentația alcoolică:

a fost folosit multă vreme de om pentru a produce alcool etilic și băuturi alcoolice.

2. Fermentatie lactica:

care stă la baza activității vitale a bacteriilor lactice și are loc în timpul acrișării laptelui, murării varzei și castraveților și însilozării furajelor verzi.

Proprietățile chimice ale glucozei - compendiu

Polizaharide. amidon și celuloză.

Amidon- pulbere amorfă albă, insolubilă în apă rece. În apă fierbinte, se umflă și formează o soluție coloidală - o pastă de amidon.

Amidonul se găsește în citoplasma celulelor plantelor sub formă de boabe ale unui nutrient de rezervă. Tuberculii de cartofi conțin aproximativ 20% amidon, boabe de grâu și porumb - aproximativ 70% și orez - aproape 80%.

Celuloză(din lat. cellula - celula), izolat din materiale naturale (de exemplu, vata sau hartie de filtru), este o substanta solida fibroasa care este insolubila in apa.

Ambele polizaharide sunt de origine vegetală, dar joacă roluri diferite în celula vegetală: celuloza este o funcție de construcție, structurală, iar amidonul este una de depozitare. Prin urmare, celuloza este un element esențial al peretelui celular al plantelor. Fibrele de bumbac conțin până la 95% celuloză, fibre de in și cânepă - până la 80%, iar lemnul său conține aproximativ 50%.

Structura amidonului și a celulozei

Compoziția acestor polizaharide poate fi exprimată prin formula generală (C6H10O5) n. Numărul de unități repetate dintr-o macromoleculă de amidon poate varia de la câteva sute la câteva mii. Celuloza, pe de altă parte, se remarcă printr-un număr semnificativ mai mare de unități și, în consecință, printr-o greutate moleculară care ajunge la câteva milioane.

Carbohidrații diferă nu numai prin greutatea moleculară, ci și prin structură. Amidonul se caracterizează prin două tipuri de structuri macromoleculare: liniare și ramificate. Macromoleculele mai mici ale acelei părți a amidonului, care se numește amiloză, au o structură liniară, iar moleculele unui alt constituent al amidonului, amilopectina, au o structură ramificată.

În amidon, amiloza reprezintă 10-20%, iar amilopectina reprezintă 80-90%. Amiloza amidonului se dizolvă în apă fierbinte, în timp ce amilopectina doar se umflă.

Unitățile structurale de amidon și celuloză sunt construite diferit. Dacă unitatea de amidon include reziduuri α-glucoza, apoi celuloza - reziduuri β-glucoza orientat in fibre naturale:

Proprietățile chimice ale polizaharidelor

1. Formarea glucozei. Amidonul și celuloza sunt supuse hidrolizei pentru a forma glucoză în prezența acizilor minerali, cum ar fi sulfuric:

În tractul digestiv al animalelor, amidonul suferă o hidroliză complexă în trepte:

Corpul uman nu este adaptat la digestia celulozei, deoarece nu are enzimele necesare pentru a rupe legăturile dintre reziduurile de β-glucoză din macromolecula de celuloză.

Numai la termite și rumegătoare (de exemplu, vaci) trăiesc în sistemul digestiv microorganismele care produc enzimele necesare pentru aceasta.

2. Formarea esterilor. Amidonul poate forma esteri în detrimentul grupărilor hidroxi, dar acești esteri nu și-au găsit aplicație practică.

Fiecare unitate de celuloză conține trei grupări hidroxil alcool liber. Prin urmare, formula generală pentru celuloză poate fi scrisă după cum urmează:

Datorită acestor grupări hidroxi alcoolice, celuloza poate forma esteri, care sunt utilizați pe scară largă.

La prelucrarea celulozei cu un amestec de acizi azotic și sulfuric, se obține mono-, di- și trinitroceluloză, în funcție de condiții:

Utilizarea carbohidraților

Se numește un amestec de mono- și dinitroceluloză coloxilină. O soluție de coloxilină într-un amestec de alcool și dietil eter - colodion - este utilizată în medicină pentru sigilarea rănilor mici și pentru lipirea bandajelor pe piele.

Când o soluție de coloxilină și camfor în alcool se usucă, se dovedește celuloid- unul dintre materialele plastice, care pentru prima dată a început să fie utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi (din el sunt realizate fotografii și film, precum și diverse bunuri de consum). Soluțiile de coloxilină în solvenți organici sunt utilizate ca nitro-lacuri. Și când li se adaugă coloranți, se obțin nitro-vopsele durabile și estetice, care sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi și în tehnologie.

Ca și alte substanțe organice care conțin grupări nitro în moleculele lor, toate tipurile de nitroceluloză sunt inflamabile. Deosebit de periculos în acest sens trinitroceluloză- cel mai puternic exploziv. Sub denumirea de „piroxilină” este utilizat pe scară largă pentru producerea de obuze de arme și explozie, precum și pentru obținerea de pulbere fără fum.

Cu acidul acetic (în industrie se folosește un agent de esterificare mai puternic, anhidrida acetică, în aceste scopuri), se obțin esteri (di- și tri-) similari de celuloză și acid acetic, care se numesc acetat de celuloza:

acetat de celuloza folosit pentru obținerea lacurilor și vopselelor, servește și ca materie primă pentru fabricarea mătăsii artificiale. Pentru a face acest lucru, se dizolvă în acetonă, iar apoi această soluție este forțată prin găuri subțiri ale filierelor (capace metalice cu numeroase găuri). Fluxurile curgătoare ale soluției sunt suflate cu aer cald. În același timp, acetona se evaporă rapid, iar uscarea acetatului de celuloză formează fire subțiri, strălucitoare, care sunt folosite pentru a face fire.

Amidon, spre deosebire de celuloză, dă o culoare albastră atunci când interacționează cu iodul. Această reacție este calitativă pentru amidon sau iod, în funcție de substanța care urmează să fie dovedită.

Material de referință pentru promovarea testului:

Masa lui Mendeleev

Tabel de solubilitate

Scopul lecției:studiul structurii și proprietăților chimice ale carbohidraților și al rolului acestora în organism.

Studentul trebuie sa stie:

- stiu structura, diferite tipuri de izomerie ale monozaharidelor și derivaților acestora;

- proprietățile chimice ale monozaharidelor și derivaților acestora;

- reactii care stau la baza catabolismului glucozei - glicoliza;

- structura si proprietatile dizaharidelor si polizaharidelor;

- proprietăţile chimice ale dizaharidelor şi polizaharidelor.

Studentul trebuie să fie capabil să:

- explica tautomeria catenei inelare, izomeria conformațională, izomeria optică, proprietățile acido-bazice ale monozaharidelor, proprietățile lor redox;

- explicați diferența în structura zaharurilor reducătoare și nereducătoare, motivele acestui fenomen.

Carbohidrați (UV)

Cea mai importantă clasă de compuși organici găsite în natură. Cele mai cunoscute sunt glucoza, amidonul, celuloza, glicogenul, heparina etc., care joacă un rol important în procesele de viață ale oamenilor și animalelor.

HC este un grup de substanțe naturale legate de compușii polioxicarbonil, precum și de substanțe similare ca structură cu acestea.

În nomenclatura hidrocarburilor sunt utilizate pe scară largă denumiri banale: riboză, fructoză etc.

Monozaharide (ms)

izomerie

Prezența mai multor atomi de carbon asimetrici determină existența unui număr mare de izomeri optici. Aceștia sunt enantiomeri (izomeri oglindă, antipozi), și diastereomeri și epimeri. Epimerii sunt diastereomeri care diferă unul de celălalt numai în configurație unu atomul asimetric C. Toți izomerii, cu excepția celor în oglindă, diferă unul de celălalt în proprietăți și au propriul nume:

Afilierea MS la seria D sau L este determinată de configurația acesteia din urmă (cea mai îndepărtată de
gr.) atomului chiral C, prin analogie cu standardul - gliceraldehida:

Zaharuri naturale - D-zahărul, L-zahărul intră în organism din exterior.

Hidroxilul nou format se numește hemiacetal sau glicozidic și poate fi aranjat diferit în spațiu față de ciclu, formând un alt atom de carbon asimetric într-o formă ciclică. Dacă hidroxilul hemiacetal este situat pe aceeași parte cu hidroxilul care determină apartenența la seriile D sau L, atunci un astfel de izomer se numește izomer a, iar celălalt se numește izomer b. Stereoizomeri care diferă unul de celălalt ca locație numai hemiacetal hidroxil în spațiu se numesc anomeri.

Procesul de formare a formelor ciclice se numește anomerizare. Formele ciclice și deschise trec cu ușurință una în alta și sunt în echilibru dinamic. La temperatura camerei, predomină ciclul, iar când este încălzit, deschis. Pentru aldohexoze, forma piranoza este mai caracteristica, pentru pentoze si fructoze, forma furanoza. Toate acestea se reflectă în numele, de exemplu, a-D-glucopiranoză. În stare cristalină, formele ciclice sunt fixe, iar izomerii a- și b sunt stabili și pot fi separați unul de celălalt. Când sunt dizolvate, unele dintre molecule trec într-o formă deschisă și din aceasta se formează tot felul de forme ciclice. Deoarece fiecare formă are propriul unghi de rotație al fasciculului de lumină polarizată, unghiul de rotație se va schimba constant până la stabilirea echilibrului dinamic. Modificarea în timp a unghiului de rotație al planului de polarizare a luminii a unei soluții proaspăt preparate de carbohidrați se numește mutarotație.

În prezent, în locul formulelor ciclice Colley-Tollens, se folosesc mai des formulele promițătoare Haworth.

Este forma ciclică care este implicată în formarea di- și polizaharidelor.

Proprietăți chimice

Forma ciclică și deschisă (aldehidă) sunt în echilibru. Prin urmare, sunt posibile p-ții caracteristice formelor aldehide și ciclice.

Toate monozaharidele interacționează cu HCN, PC15, NH2OH, NH2-NH2, NH2-NHC6H5, oxidat, redus (H2)

În funcție de natura agentului de oxidare și de reacția mediului, MS poate forma diferiți produși de oxidare.

1. Sub acțiunea agenților oxidanți slabi: Ag 2 O, NH 4 OH, t o sau Cu (OH) 2, OH -, t o, lanțul carbon-carbon este distrus cu formarea de hidroxiacizi cu un număr mic de C atomi, în timp ce agenții de oxidare înșiși sunt reduși la Ag și respectiv Сu 2 O(Cu). R-tion își găsește aplicație în analizele biochimice pentru determinarea cantitativă a zaharurilor din fluidele biologice.

Districtul Tollens:

"Oglindă"

R-tion (test) Trommer:

Cu o oxidare atentă într-un mediu apos acid, de exemplu, apa cu brom, se formează din cauza oxidării grupării aldehide - acizi aldonici:

Sub acțiunea agenților oxidanți puternici, oxidarea are loc la primul și al șaselea atom de C cu formarea acizilor aric:

Când se oxidează doar gruparea alcoolică primară (pe al 6-lea atom C), dacă gruparea aldehidă este protejată cu formarea unei glicozide, se obțin acizi uronici. În organism, acest proces trece ușor sub acțiunea enzimelor. Uronic pentru a-ți sunt capabili de ciclo-oxo-tautomerism. Ele sunt o componentă importantă a heteropolizaharidelor acide, de exemplu, heparina, acidul hialuronic.

R-ția asupra hidroxililor alcoolului apare atât în ​​formă deschisă, cât și în formă ciclică.

MS interacționează cu Me, Me (OH) 2, formând zaharuri, cu Сu (OH) 2, cu CH 3 I cu formarea de eteri, cu acizi minerali și organici, se formează esteri, cu NH 3 - amino zaharuri.

Cei mai importanți sunt esterii fosfatici ai zaharurilor și zaharurile amino. Este sub formă de esteri fosforici ai ribozei și dezoxiribozei care fac parte din NK, compușii de glucoză și fructoză sunt implicați în metabolism.

Fructoză + 2H 3 RO 4 1,6-Difosfat fructoză.

Aminozaharurile din organism se formează destul de ușor în procesul de amonoliză. Cel mai adesea pe al doilea atom C:

Aminozaharurile sunt un constituent al heteropolizaharidelor.

R-tion pe hemiacetal hidroxil

Aceste districte sunt caracteristice formei ciclice. Când un alcool acționează asupra unei monozaharide în prezența HC1 gazos, atomul de H al hidroxil hemiacetal este înlocuit cu R cu formarea unui tip special de eter - o glicozidă. Soluțiile de glicozide nu mutarotează. În funcție de mărimea ciclului de oxizi, glicozidele sunt împărțite în: piranozide și furanozide, ambele forme a și b.

Formarea glicozidelor servește ca dovadă a existenței formelor ciclice de monozaharide.

Transformarea unei monozaharide într-o glicozidă este un proces complex care decurge printr-o serie de districte succesive. Datorită tautomeriei și reversibilității formării glicozidei în soluție, în echilibru în cazul general, pot exista forme tautomerice ale monozaharidei originale și, în consecință, 4 glicozide diastereomerice - a și b-anomeri ai furanozidelor și piranozidelor.

Glicozidele pot fi formate și prin reacția cu fenoli sau amine alifatice și heterociclice care conțin NH.

Molecula de glicozidă poate fi reprezentată formal ca fiind formată din două părți: carbohidrat și aglicon. Monozaharidele în sine pot acționa și ca agliconi care conțin hidroxil. Glicozidele formate cu agliconi care conțin OH se numesc O-glicozide, cu compușii care conțin NH (de exemplu, amine) se numesc N-glicozide.

Glicozidele sunt componente ale multor plante medicinale. De exemplu, glicozide cardiace izolate din foxglove. Antibioticul streptomicina este o glicozidă, vanilina este o glicozidă. Toate di- și polizaharidele sunt O-glicozide.

Din punct de vedere biologic, N-glicozidele ribozei și deoxiribozei au o importanță deosebită, ca produse ale compușilor cu baze azotate purinice și pirimidinice. Numele lor comun este nucleozide, deoarece împreună cu H 3 RO 4 sunt acizi nucleici – ADN şi ARN.

Toate glicozidele, inclusiv nucleozidele, sunt ușor hidrolizate într-un mediu acid cu formarea de produse inițiale.

Glicozidele nu sunt capabile de ciclo-oxo-tautomerism și prezintă p-țiuni caracteristice alcoolilor.

IV. Districte specifice

Acțiune razb. soluții de alcaline

Epimeri: glucoza, fructoza și manoza sunt ușor transformate unele în altele, formând sisteme de echilibru. Acest proces se numește epimerizare.

Acţiunea de conc. r-şanţ la-t

Conc. Soluțiile de HC1 și H 2 SO 4 provoacă deshidratarea monozaharidelor: furfuralul se formează din pentoze, 5-hidroximetilfurfuralul se formează din fructoză.

Fermentaţie

Aceasta este descompunerea monozaharidelor sub acțiunea enzimelor microorganismelor, ducând la formarea diferitelor produse. În funcție de produsul final, există:

a) fermentaţia alcoolică

b) acid lactic

Carbohidrații sunt împărțiți în simpli (monozaharide) și complecși (polizaharide).

Monozaharide (monoze). Aceștia sunt compuși heteropolifuncționali care conțin carbonil și mai multe grupări hidroxil. Monosaharidele au formula moleculară C P(H2O) P, care a servit drept bază pentru denumirea acestei clase de compuși (carbon + apă). După structura lor, monozele aparțin polihidroxialdehidelor, sau aldozelor, sau polioxicetonelor, sau cetozelor. În funcție de numărul de atomi de carbon, monozele se împart în trioze (trei atomi de carbon), tetroze (patru atomi), pentoze (cinci atomi), hexoze (șase atomi) și heptoze (șapte atomi). În funcție de structura grupării carbonil, fiecare dintre monoze este desemnată: aldotrioză, aldohexoză, cetohexoză etc.

Izomeria optică a monozaharidelor. O trăsătură caracteristică a structurii monozaharidelor este prezența atomilor de carbon asimetrici (adică, având patru substituenți diferiți) în molecule. Atomii de carbon asimetrici sunt centrele de chiralitate ale moleculei. Consecința chiralității moleculei este fenomenul de izomerie optică, sau enantiomerism, care se exprimă în capacitatea compusului de a roti planul luminii polarizate în direcții opuse. Un compus cu atomi de carbon asimetrici poate exista ca 2 izomeri. În compușii cu aceiași atomi de carbon asimetrici, numărul de izomeri optici scade din cauza existenței mezoformelor. Joncțiunile mezo sunt optic inactive din cauza „compensării interne” a semnului de rotație. Un exemplu de compus mezo este D-xilitolul.

Izomerii optici care se raportează între ei ca obiect asimetric la imaginea lor în oglindă se numesc enantiomeri sau antipozi optici. Enantiomerii diferă unul de celălalt în configurația tuturor centrelor de chiralitate și formează forma D (lat. Dexter - dreapta) și forma L (lat. laevus - stânga) - seria stereochimică de monozaharide. Izomerii care diferă doar în configurația unei părți a centrelor de chiralitate și nu sunt antipozi optici se numesc diastereomeri. O pereche de diastereomeri care diferă în configurația unui singur atom de carbon asimetric se numesc epimeri.De obicei, numărul atomului de carbon epimeric este adăugat la nume, 2-epimerii sunt numiți pur și simplu epimeri. De exemplu, D-alloza și D-altroza sunt epimeri, D-alloza și D-glucoza sunt 3-epimeri, D-alloza și D-guloza sunt 4-epimeri.

Ca standard pentru a determina dacă un compus aparține seriei stereochimice D sau L, este luată configurația unui atom asimetric în cea mai simplă trioză, D-gliceraldehida. Apartenența compusului la seria stereochimică determină configurația atomului de carbon asimetric cu cel mai mare număr (în cazul glucozei, atomul C 5). Dacă se potrivește cu configurația atomului de carbon asimetric al D-gliceraldehidei, atunci compusul este atribuit seriei D, dacă nu se potrivește, seriei L. S-a stabilit că toate monozele naturale aparțin seriei D.

Ciclo-oxo-tautomerismul monozaharidelor. În stare solidă și în soluție apoasă, monozaharidele există predominant ca hemiacetali ciclici. Formarea hemiacetalilor poate fi considerată ca o reacție intramoleculară A N , care are ca rezultat formarea celor mai stabile inele cu șase membri (piranoză) și inele cu cinci membri (furanoză). Astfel, se stabilește un echilibru tautomeric în soluția între forma deschisă (oxo-forma) și cea ciclică a monozaharidei, predominând semnificativ forma ciclică (mai mult de 99,9% în amestecul de echilibru):

Pentru imaginea din planul structurii spațiale a compușilor într-o formă deschisă, se folosesc formulele de proiecție ale lui Fisher, iar pentru imaginea din planul structurii spațiale a compușilor ciclici se folosesc formulele de proiecție ale lui Haworth:

În acest caz, ei sunt ghidați de următoarele reguli: ciclul este descris ca plat; substituenții în forma oxo din dreapta sunt reprezentați sub planul ciclului, iar cei din stânga sunt deasupra planului ciclului; atomii de hidrogen ai legăturilor CH pot să nu fie reprezentați.

În forma ciclică, un atom de carbon asimetric suplimentar (centrul de chiralitate) apare în comparație cu forma deschisă: atomul C 1 în aldoze sau atomul C 2 în cetoze, numit atom de carbon anomeric, și o grupare suplimentară –OH, numită hemiacetal hidroxil (indicat în formula Haworth cu un asterisc *). Dacă configurația atomului de carbon anomeric coincide cu configurația atomului care determină dacă compusul aparține seriei stereochimice, se numește a-anomer, dacă nu se potrivește, se numește b-anomer.

Astfel, a- și b-anomerii monos pot fi considerați izomeri ai poziției hemiacetal hidroxil. Trecerea formelor anomerice a « b se realizează numai prin forma deschisă oxo: a-forma « oxo-form « b-form

În mod similar, se stabilește echilibrul în soluție între formele piranoză și furanoză. Predominanța a- sau b-anomerului depinde de natura monozei, solventului, concentrației și a altor condiții externe. Echilibrul dintre toate formele este astfel dinamic. Astfel, dacă orice anomer de glucoză este dizolvat în apă, acesta se transformă treptat într-un alt anomer până se formează un amestec de echilibru al celor doi anomeri, care conține și o cantitate foarte mică din forma deschisă. Această tranziție este însoțită de o modificare a rotației optice a soluției. Un astfel de fenomen se numește mutarotație(anomerizarea) monozaharidelor. Amestecul de echilibru format ca urmare a mutarotației ambelor a- și b-D-glucopiranozei conține 36% din izomerul a și 64% din forma b. Proporția formei oxo în amestecul de echilibru este mică (la pH 6,9, amestecul de echilibru de D-glucoză conține doar o mică parte din forma aldehidă). Prin urmare, monozele nu dau culoarea caracteristică aldehidelor în reacția cu fucsin-acid sulfuros și nu reacţionează cu hidrosulfitul de sodiu. Mutarotația este catalizată de acizi și baze. În stare solidă, monozele sunt exclusiv în formă ciclică.

Proprietățile chimice ale monozaharidelor. Din punct de vedere chimic, monozele combină proprietățile alcoolilor polihidroxilici, compușilor carbonilici și hemiacetalilor.

1. Pentru formele ciclice de monoze, reacțiile care implică gruparea hidroxil sunt cele mai caracteristice. Gruparea hidroxil hemiacetal este cea mai reactivă.

Eteri se obțin prin reacția grupărilor hidroxil ale monozelor cu halogenuri de alchil. Simultan, în reacție intră atât grupările hemiacetale cât și hidroxi alcoolice. Gruparea hemiacetală –OH este mai reactivă; prin urmare, formarea unui eter la acest grup are loc mai rapid și poate apărea și în timpul interacțiunii monozelor cu alcoolii inferiori în prezența acidului clorhidric. Monoesterii rezultați se numesc glicozide (piranozide și furanozide).

Eteri formați din grupări hidroxil alcoolice nu sunt hidrolizați, iar legătura glicozidică este ușor hidrolizată într-un mediu alcalin. Soluțiile de glicozide nu mutarotează.

Moleculele de etanol sau iodură de metil acţionează în această reacţie ca nucleofili. În mod similar, monozele interacționează cu aminele și derivații acestora pentru a forma N-glicozide.

Glicozidele sunt produși de condensare ai formelor ciclice de monozaharide cu alcooli și amine pentru a forma o legătură glicozidică. Glicozidele sunt ușor hidrolizate într-un mediu acid. În funcție de tipul de O-glicozide, se formează di- și polizaharide, iar în funcție de tipul de N-glicozide se formează nucleozide - componentele structurale ale acizilor nucleici. Glicozidele joacă un rol extrem de important în procesele biochimice, în special în procesele de respirație și fotosinteză. Cel mai important dintre glicozide este adenozin trifosfat (ATP), care este un ester al acidului fosforic și al adenozinei, o nucleozidă care este produsul condensării adeninei cu riboză. Grupările fosfatice ale ATP acționează ca un fel de depozit de energie; atunci când sunt hidrolizate, energia necesară celulelor pentru contracția musculară este eliberată.

Când interacționează cu acizii și anhidridele acestora, monozele formează esteri. Deci, atunci când glucoza reacţionează cu anhidrida acetică, se formează pentaacetilglucoză.

Un exemplu important din punct de vedere biologic al acestui tip de reacție este reacția de fosforilare. Fosfații - esterii monoza și acidului fosforic se găsesc în toate organismele vegetale și animale și sunt forme active metabolic de monozaharide. Deci, 1-fosfatul de D-glucoză se formează în timpul hidrolizei glicogenului (o polizaharidă inerentă organismelor animale); Glucoza 6-fosfat este un produs al catabolismului glucozei din organism; fosfații de D-riboză și 2-deoxi-D-dezoxiriboze sunt elemente structurale ale acizilor nucleici.

Reacția are loc în prima etapă a glicolizei (procesul de oxidare a glucozei la piruvat). Trebuie remarcat faptul că toți produșii intermediari ai glicolizei sunt esteri ai monozelor și acidului fosforic.

2. Oxidarea monozelor în medii acide și neutre duce la formarea diverșilor acizi. Numai gruparea carbonil poate fi oxidată - oxidare „moale”, de exemplu, cu apă de brom pentru a forma acizi -onici

Oxidarea grupărilor carbonil și hidroxil primare - oxidare „dură”, de exemplu, cu o soluție de HNO3 la acizi glicaric.

Oxidarea numai a grupului hidroxil primar în condiții blânde (de exemplu, sub acțiunea enzimelor) în timp ce protejează gruparea aldehidă duce la formarea acizilor glicuronici.

Glicuronidele sunt ușor decarboxilate atunci când sunt încălzite, ceea ce duce la formarea de monoze cu un număr mai mic de atomi de carbon. Deci puteți obține din D-glicuronid pentoză - D-xiloză.

Oxidarea monozelor într-un mediu alcalin este însoțită de distrugerea scheletului de carbon. Reacțiile de oxidare sunt caracteristice nu numai pentru aldoze, ci și pentru cetoze (spre deosebire de cetonele), ceea ce se explică prin fenomenul de epimerizare a monozelor.

Unele dizaharide, numite reducătoare, pot fi, de asemenea, oxidate. Existând predominant sub formă de hemiacetali, au o grupare aldehidă potențial liberă (sub formă oxo).

Mono- și dizaharidele reducătoare reduc ionii de cupru (II), care fac parte din reactivul Fehling sau reactivul lui Benedict, la oxid de cupru (I) Cu 2 O, precum și ionii de argint din reactivul Tollens OH la argint liber. Reacțiile sunt folosite ca calitative pentru prezența zaharidelor reducătoare.

3. Monozaharidele suferă o reducere chimică sau biologică.

Reducerea monozelor, precum și a oricăror compuși carbonilici, duce la transformarea grupărilor carbonil în cele alcoolice; în acest caz, se formează alcooli polihidroxici, numiți alcooli de zahăr, sau aldiți.

În plus față de amalgamul de sodiu într-un mediu apos (sau apos-alcoolic, sau alcoolic), hidrogenul în prezența catalizatorilor (Pt, Pd, Ni) și hidruri metalice (în special NaBH 4) sunt utilizate pentru reducerea monozelor. Trebuie avut în vedere faptul că la reducerea aldozei se formează un alcool, iar la restabilirea cetozei se obțin doi alcooli polihidrozimerici steoizomeri, deoarece al doilea atom C nesimetric din cetoză (un atom al grupării carbonil) devine asimetric după reducere și sunt posibile două orientări ale grupării hidroxil asociate cu acesta.

4. Reacția de izomerizare (epimerizare) are loc întotdeauna la centrul a-CH *-acid al monozaharidelor, care este un atom de carbon legat direct de gruparea carbonil. Reacția se desfășoară sub acțiunea soluțiilor alcaline diluate sau enzimatic (în condițiile corpului) și este însoțită de

redox intramolecular

(disproporționare) atomilor de carbon C 1 și C 2.

În timpul acestei rearanjamente din cauza transferului

proton efectuat sub influenta

ion hidroxil, un intermediar

compus - enediol (o legătură dublă (-enă)

între două grupări hidroxil (di-ol)).

Transformările enediolului pot duce la formarea de

nyu ambele cetoze și două aldoze.

Astfel, ca urmare a reacției

se formează treptat un amestec de echilibru

izomerii. De exemplu, ca rezultat al epimerizării D-glucozei,

D-manoza este un epimer al glucozei la C2 iar D-fructoza este un izomer structural al glucozei.

Un exemplu de reacție de izomerizare în organism este conversia enzimatică a glucozei-6-fosfatului în fructoză-6-fosfat în timpul glicolizei.

Oligo- și polizaharide. Dizaharidele (biozele) sunt produsul condensării a două molecule de monozaharide legate printr-o legătură O-glicozidică.

Dacă ambii hidroxili hemiacetali iau parte la reacția de condensare și sunt combinate două resturi monosil legătură glicozidă-glicozidică, format nereducătoare dizaharidă. O astfel de dizaharidă nu conține hidroxil glicozidic, nu se poate transforma într-o formă deschisă de aldehidă și, prin urmare, nu reduce oxizii metalici (nu reacționează cu hidroxidul de cupru sau reacția „oglindă de argint”).

Dacă un hemiacetal și un hidroxil alcool iau parte la reacția de condensare și se combină două resturi monosil legătură glicozidă-glicoză, format restauratoare dizaharidă. O astfel de dizaharidă conține un hidroxil glicozidic, datorită căruia se poate transforma într-o formă deschisă de aldehidă și poate acționa ca agent reducător.

Dizaharidele, ca orice glicozide, sunt hidrolizate într-un mediu acid. Cele mai importante dizaharide din punct de vedere biologic sunt zaharoza, maltoza, lactoza și celobioza.

De exemplu, formula structurală a maltozei, care este principalul produs al descompunerii amidonului în cavitatea bucală sub acțiunea enzimei salivare - b-amilaza, poate fi reprezentată după cum urmează:

Denumirea sistematică (a-D-glucopiranozil-(1®4)-a-D-glucopiranoză sau 4-(a-D-glucopiranozidă)-D-glucopiranoză) indică prezența unei legături glicozidice între atomul de C configurat a, un rest de glucoză și atomul de C 4 alte resturi. Maltoza se formează ca urmare a condensării a două molecule de a-D-glucopiranoză cu formarea unei legături glicozidice între atomul C 1 al a-anomerului de glucoză și atomul C 4 al celei de-a doua molecule de glucoză. O astfel de conexiune se numește o conexiune (1®4).

Lactoza (4-(b-D-galactopiranozid)-D-glucopiranoză) are structura:

Celobioza (4-(b-D-glucopiranozid)-D-glucopiranoza) este blocul principal al celulozei; formată în timpul hidrolizei enzimatice a celulozei. Celobioza, ca și lactoza, are o legătură 1,4-b-glicozidică și este o dizaharidă reducătoare, dar spre deosebire de lactoză, la hidroliza completă, ea dă doar D-glucoză:

Zaharoză (a-D-glucopiranozid-b-D-fructofuranozid)

numit zahăr din trestie de zahăr; ea este irecuperabilă

turnare dizaharide găsite în trestie, zahăr

sfeclă, diverse fructe, fructe de pădure și legume.

Denumirea sistematică a zaharozei reflectă configurația

walkie-talkie pentru ambele glicozidice (sufixul „ozid” în numele ambelor

monoz) hidroxili (a sau b) și prezența unei legături C 1 -C 2.

Produșii de condensare a mai multor molecule de monozaharide (de la 2 la 12) se numesc oligozaharide; mai multe monozaharide - polizaharide.

Dacă macromoleculele sunt construite din reziduurile unei monozaharide, atunci se numesc astfel de polizaharide homopolizaharide. Dintre homopolizaharide, cele mai importante din punct de vedere biologic sunt poli-D-glucopiranozele: amiloza, amilopectina, glicogenul (fragmentul dizaharidic al acestuia din urmă este maltoza) și celuloza, a cărei componentă structurală este celobioza dizaharidă.

Amiloza este un polimer neramificat (polimer liniar) cu o greutate moleculară de aproximativ 60.000; la încălzire, se dizolvă în apă, formând o soluție coloidală liofilă; reacționează cu iodul pentru a forma un „compus de includere” complex de culoare albastră.

În timpul hidrolizei enzimatice de către b-amilază, care este secretată de pancreas și conținută în salivă, amiloza este împărțită în glucoză și maltoză; hidroliza începe de la capătul nereducător al amilozei și se realizează prin eliminarea succesivă a moleculelor de maltoză.

Amilopectina are o structură ramificată și include, alături de legături a(1®4), legături glicozidice a(1®6). Datorită acestora din urmă, în structură se formează ramuri:

Când este dizolvată în apă, amilopectina se umflă, formând un sistem dispersat legat - un gel. Cu iod, amilopectina formează un compus roșu-violet.

Un amestec de amiloză (20-25%) și amilopectină (75-80%) este o polizaharidă de origine naturală - amidonul.

Astfel, amidonul natural nu este o substanță individuală: este format din două fracții care diferă ca structură și, ca urmare, au solubilitate diferită în apă caldă. Amidonul este principala polizaharidă de rezervă a plantelor.

Amidonul este o substanță amorfă albă. Este insolubil în apă rece, se umflă în apă fierbinte și se dizolvă treptat. Când se răcește, se obține o masă sau un gel (jeleu) asemănător jeleului. În multe proprietăți, jeleul este similar cu un corp solid, în special, prezintă elasticitate, în ciuda faptului că este o soluție destul de diluată de amidon și nu concentrată, cum ar fi siropul. Faptul este că atunci când moleculele ramificate și neramificate de amilopectină și amilază intră în soluție, datorită legăturilor de hidrogen emergente, ele formează o rețea spațială tridimensională, în celulele căreia intră moleculele de apă. Un astfel de cadru există doar la temperaturi scăzute. Dacă jeleul este încălzit, moleculele vor începe să se miște mai energetic, legăturile de hidrogen dintre ele se vor rupe și jeleul va deveni lichid.

Toate polizaharidele de amidon rotesc lumina polarizată spre dreapta, deoarece sunt formate din glucoza dextrogiratoare. Când este încălzit cu acizi, amidonul este hidrolizat la locul legăturilor glucozid-glucoză, dând succesiv dextrine, maltoză și glucoză.

Glicogenul („amidon animal”) este similar ca structură și proprietăți cu amilopectina, dar are un lanț polimeric și mai ramificat și este o rezervă de polizaharidă animală stocată în ficat și țesutul muscular.

Glicogenul este „dublul” amidonului din regnul animal și joacă rolul de depozit de nutrienți și de carbohidrat de rezervă în țesuturile animale (se depune mai ales în ficat și mușchi). Greutatea moleculară a glicogenului este foarte mare - aproximativ 100 de milioane. Această dimensiune a moleculelor corespunde funcției lor biologice ca carbohidrat de rezervă. Datorită dimensiunii sale mari, macromolecula de glicogen nu trece prin membrană și rămâne în interiorul celulei până când este nevoie de energie. Între mese, glicogenul este descompus treptat în glucoză, care intră în sânge și este apoi folosită de celulele corpului. La un adult bine hrănit, depozitele de glicogen ajung la 0,5 kg.

Una dintre cele mai importante polizaharide este celuloza. Formează componenta principală a pereților celulelor vegetale. Celuloza este un polimer compus în întregime din unități de b-D-glucopiranoză legate prin legături glicozidice b(1®4).

Celuloza este un polimer liniar ale cărui lanțuri pot conține mai mult de 10.000 de unități:

Celuloza pura este o substanta fibroasa alba, insolubila in apa, eter sau alcool. Această rezistență la solvenți se datorează structurii unice a celulozei.

Această polizaharidă constă din resturi de D-glucoză legate numai printr-o legătură b(1®4) glicozidică; moleculele de celuloză sunt filamentoase și nu au ramuri. Structura foarte ordonată, confirmată de datele de difracție de raze X, este responsabilă de rezistența și elasticitatea extraordinară a celulozei, precum și de lipsa de solubilitate în majoritatea solvenților utilizați.

În mod curios, celuloza se dizolvă într-un reactiv preparat prin amestecarea Cu(OH) 2 cu o soluție apoasă concentrată de amoniac (reactiv Schweitzer), precum și într-o soluție acidulată de ZnCl 2 când este încălzită sau în acid sulfuric concentrat, adică. în acele medii a căror compoziție face posibilă ruperea legăturilor de hidrogen din moleculele de celuloză și formarea de noi legături cu solventul.

Datorită prezenței grupărilor hidroxil alcoolice libere, celuloza este capabilă să reacționeze cu alcoolii și acizii pentru a forma esteri. Celuloza acționează ca o polizaharidă structurală folosită de organism pentru a construi coloana vertebrală a țesutului celular.

Pectinele se găsesc în fructe și legume, ele se caracterizează prin gelificare în prezența acizilor organici, care este folosit în industria alimentară pentru fabricarea jeleurilor și marmeladelor.

Pectinele se bazează pe

pectic - acid poligalacturonic.

Acidul pectic este format din reziduuri

Înrudit cu acidul D-galacturonic

legătură a(1®4)-glicozidică.

Unele substanțe pectinice au efect antiulcer și stau la baza unui număr de medicamente, de exemplu, plantaglucid din psyllium.

Heteropolizaharide(ale căror macromolecule sunt construite din reziduuri a mai mult de o monozaharide) sunt, de asemenea, destul de răspândite în natură.

Acizi alginici găsit în algele brune. Lanțul neramificat este construit din reziduuri (1®4) legate de acizi D-mannuronic și L-guluronic. Acizii alginici sunt utilizați ca agenți de gelifiere în industria alimentară. Algele marine sunt o sursă de multe polizaharide. De exemplu, utilizat pe scară largă în cercetarea biochimică agar este o heteropolizaharidă care conține un număr mare de grupări sulfat. Agarul este un amestec de agaroză și agaropectină. În lanțul polizaharidic al agarozei, alternează resturi de D-galactoză și L-lactoză.

Polizaharide ale țesutului conjunctiv. Țesutul conjunctiv este distribuit pe tot corpul și determină rezistența și elasticitatea organelor, elasticitatea conexiunii lor și rezistența la infecții. Polizaharidele din țesutul conjunctiv sunt asociate cu proteine.

Cel mai pe deplin studiat sulfați de condroitină(piele, cartilaj, tendoane) acid hialuronic(corpul vitros al ochiului, cordonul ombilical, cartilaj, lichid articular), heparină(ficat). Aceste polizaharide au caracteristici structurale comune: lanțurile lor neramificate sunt construite din reziduuri de dizaharide, care includ acizi uronici (D-glucuronic, D-galacturonic, L-iduronic) și N-acetilhexozamine (N-acetilglucozamină, N-acetilgalactozamină). Unele dintre ele conțin reziduuri de acid sulfuric.

Acidul hialuronic este construit din reziduuri de dizaharide legate prin legături b(1®4)-glicozidice. Fragmentul dizaharidic constă din acid D-glucuronic și resturi de N-acetil-O-glucozamină legate printr-o legătură b(1®3)-glicozidică. Acidul hialuronic are o greutate moleculară mare - 2-7 milioane, soluțiile au o vâscozitate ridicată, care este asociată cu funcția sa de barieră, care asigură impermeabilitatea țesutului conjunctiv pentru microorganismele patogene.

Sulfații de condroitină constau din reziduuri dizaharide ale condrozinei N-acetilate conectate prin legături b(1®4)-glicozidice. Compoziția condrozinei include acid D-glucuronic și D-galactozamină legate între ele printr-o legătură b(1®3)-glicozidică.

Gruparea sulfat formează o legătură ester cu gruparea hidroxil a N-acetil-O-galactozaminei, situată fie în poziția 4, fie în poziția 6. Greutatea moleculară a sulfaților de condroitină este de 10.000 - 60.000.

Sulfații de condroitină și acidul hialuronic nu sunt liberi, dar sunt legați de lanțuri polipeptidice.