Размещено на http://www.allbest.ru/

Углеводы

Углеводы - это вещества растительного происхождения, образуются в процессе фотосинтеза.

В природе:

а) фотосинтез (растения):

хСО₂ + уН₂О + h Сх(Н₂О)у + хО₂

(солнце)

б) метаболизм (животные и человек):

Сх(Н₂О)у + хО₂ хСО₂ + уН₂О + h

Функции углеводов.

Питательная

Энергетическая (крахмал, гликоген)

Структурная (целлюлоза)

Моносахариды

Классификация моносахаридов.

В зависимости от расположения карбонильной группы в цепи моносахариды делят на альдозы и кетозы.

альдозы кетозы

По числу атомов углерода в цепи различают триозы (С₃), тетраозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆).

Альдопентозы:

рибоза 2-дезоксирибоза ксилоза

Альдогексозы: Кетогексозы:

глюкоза манноза галактоза фруктоза

Физические свойства.

Твердые вещества, хорошо растворимые в Н₂О и С₂Н₅ОН. Большинство сладкие на вкус.

Изомерия.

1. Структурная изомерия, обусловленная различным расположением карбонильной группы в цепи.

С₆Н₁₂О₆

глюкоза фруктоза

альдоза кетоза

2. Цикло-оксотаутомерия. Это подвижная равновесная изомерия, когда открытая (цепная-, оксо-) форма переходит в циклические самопроизвольно и наоборот.

-D-глюкофураноза -D-глюкопираноза

D-глюкоза

оксоформа

равновесие

-D-глюкофураноза -D-глюкопираноза

Стереоизомерия. Оптическая (зеркальная) изомерия.

У альдогексоз четыре центра хиральности (С*), поэтому много стереоизомеров. Число стереоизомеров можно вычислить по формуле:

N = 2ⁿ,

где N - число изомеров, n - число хиральных центров.

N = 2⁴ = 16.

Итак у альдогексоз 16 стереоизомеров, которые отличаются расположением в пространстве заместителей хиральных центров.

Глюкоза

а)

D-глюкоза L-глюкоза

энантиомеры

Изомеры, которые относятся друг к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение называются энантиомерами. Энантиомеры - это зеркальные изомеры, оптические антиподы. Еще их обозначают как D- и L- изомеры. Принадлежность углеводов к D-, L- ряду определяют по конфигурации последнего хирального центра, (у гексоз пятого атома С*, у пентоз четвертого С*), сравнивая с D-глицериновым альдегидом (конфигурационным стандартом).

D-глицериновый альдегид L-глицериновый альдегид

б) кроме энантиомера у D-глюкозы есть еще 14 стереомеров, они называются -диастереомеры. -Диастереомеры, которые отличаются конфигурацией у одного С* называются эпимеры.



глюкоза галактоза глюкоза манноза

эпимеры эпимеры

(-диастереомеры) (-диастереомеры)

в) В циклической форме у моносахаридов появляется еще один хиральный центр - атом углерода карбонильной группы - аномерный центр и еще гидроксил - полуацетальный (гликозидный). Изомеры, которые отличаются расположением полуацетального гидроксила называются -, - аномеры.

-D-глюкоза -D-глюкоза

аномеры

(-диастереомеры)

Мутаротация.

Изменение угла вращения плоскости поляризованного луча свежеприготовленным раствором моносахарида до установления равновесия между всеми формами называется мутаротацией.

Химические свойства.

Моносахаридам характерны свойства многоатомных спиртов и альдегидов, т.к.они содержат карбонильную и гидроксильные группы.

Образование гликозидов.

Неуглеводная часть гликозида называется агликон.

Образование простых эфиров.

+ 5СН₃I +Н₂О, Н⁺

- 5HI -СН₃ОН

-D-глюкоза пентаметилглюкоза

Гликозиды легко гидролизуются в кислой среде.

Образование сложных эфиров.

+ 5

- 5 СН₃СООН

уксусный ангидрид пентаацетилглюкоза

Сложные эфиры легко гидролизуются и в кислой и в щелочной среде.



+ 2

-D-фруктоза 1,6-дифосфат фруктозы

Все процессы метаболизма у растений, животных и человека осуществляются при участии фосфатов.

Восстановление моносахаридов.

+ Н₂ (Pd)

глюкоза сорбит заменители сахара

для больных диабетом

+ Н₂

ксилоза ксилит

Окисление моносахаридов.

а) В щелочной среде (качественные реакции на альдегидную группу).

б) в нейтральной среде

глюконовая кислота

Br₂ [O] (Са-соль-укрепляющее)

+

в) образование уроновых кислот

[O₂] + H₂O (H⁺)

гликозид б-D-глюкуроновая кислота

Галактуроновая кислота входит в состав пектиновых веществ плодов и ягод. Глюкуроновая кислота входит в состав гепарина. Уроновые кислоты служат для выведения с мочой токсичных веществ из организма.

г) Окисление в кислой среде.

[O]HNO₃ разб.

глюкоза глюкаровая кислота

Брожение.



Производные моносахаридов.

Аминосахара.

2-глюкозамин 2-галактозамин

(входит в состав хитина) (входит в состав хрящей)

Дезоксисахара.

-2-дезоксирибоза (входит в состав ДНК)

Роль моносахаридов.

Глюкоза. Встречается в соках, плодах, фруктах, входит в состав маннозы, лактозы, сахарозы, крахмала, гликогена, клечатки. Источник энергии для клеточных реакций. Входит в состав крови и тканей.

Фруктоза. В плодах и меде, в сахарозе.

Галактоза. Входит в состав лактозы молока.

Рибоза и д-рибоза. Входит в состав нуклеиновых кислот и нуклеотидов, витамина В₂.

Аскорбиновая кислота.

восстановленная форма окисленная форма

Содержится в цитрусовых, шиповнике, черной смородины, овощах, молоке. Участвует в окислительно-восстановительных реакциях организма.

Углеводы. Ди- и полисахариды

углевод моносахарид изомерия

Олигосахариды (О-гликозиды)

Растворяются в воде. Большинство сладкие.

Восстанавливающие дисахариды.

(Содержат свободный гликозидный гидроксил).

Мальтоза (солодовый сахар)



Мальтоза взаимодействует с реактивами Толленса и Фелинга (альдегидные реакции).

Лактоза (молочный сахар)

Содержится в молоке.

-D-галактоза или -D-глюкоза оксоформа

-1-4-гликозидная связь

Так же как и мальтоза дает альдегидные реакции.

Невосстанавливающие дисахариды.

(Свободный гликозидный гидроксил отсутствует)

Сахароза (тростниковый сахар)

Содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле, меде, фруктах. Применяется в кондитерской промышленности и медицине.



-D-глюкоза

-1-2-гликозидная связь

-D-фруктоза

Из-за отсутствия свободного гликозидного гидроксила не превращается в оксоформу и поэтому не дает альдегидных реакций.

Полисахариды (гомополисахариды)

Крахмал.

Состоит из остатков -D-глюкопиранозы. Резервное вещество растений (содержится в клубнях, корнях, семенах). Важное пищевое вещество. Нерастворим в холодной воде, в горячей - набухает. Состоит из двух полисахаридов:

Амилоза (10 - 20%), линейное строение, связи 1,4-гликозидная.

... ^{1 4} ...

-1-4

В пространстве свернут в виде спирали, дает с иодом синее окрашивание.

Амилопектин, разветвленное строение, связи 1,4-, 1,6-гликозидная.

Гидролиз крахмала:

Крахмал + Н₂О мальтоза + Н₂О глюкоза

Гликоген (животный крахмал)

Содержится в клетках мышц и печени. Состоит из -D-глюкопиранозы. Строение как у амилопектина, только гликоген более разветвлен. Запасное вещество животных и человека. Расщепляется только в экстремальных ситуациях.

Целлюлоза (клетчатка)

Содержится в древесине, хлопке, льне, конопле, крапиве. Сырье для бумажной промышленности, изготовления тканей (шелка) и взрывчатых веществ. Клетчатка состоит из Состоит из -D-глюкопиранозы.

... ...

-1-4-гликозидная связь

Гидролиз клетчатки:

клетчатка + Н₂О -D-глюкоза

В организме человека, в отличие от жвачных животных, нет фермента, расщепляющего такую связь.

Пектиновые вещества.

Содержится в овощах и фруктах, применяются для изготовления желе и мармелада. Состоят из остатков -D-галактуроновой кислоты.

... ...

-1-4-гликозидная связь

Размещено на Allbest.ru