Углеводы

Моносахариды. Глюкоза

Глюкоза (С₆Н₁₂О₆) – представляет собой кристаллы белого цвета, сладкие на вкус и хорошо растворимые в воде. Молекулы глюкозы могут существовать в линейной (альдегидоспирт с пятью гидроксильными группами) и циклической форме (α- и β-глюкоза), причем вторая форма получается из первой при взаимодействии гидроксильной группы при 5-м атоме углерода с карбонильной группой (рис. 1).

Рис. 1. Формы существования глюкозы: а) β-глюкоза; б) α-глюкоза; в) линейная форма

Для углеводов, в частности для глюкозы, характерны следующие химические свойства:

1. Реакции, протекающие при участии карбонильной группы:

— глюкоза окисляется аммиачным раствором оксида серебра и гидроксидом меди (II) в глюконовую кислоту при нагревании

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

CH₂OH-(CHOH)₄-CH=O + 2Cu(OH)₂ → CH₂OH-(CHOH)₄-COOH +Cu₂O + H₂O

— глюкоза способна восстанавливаться в шестиатомный спирт – сорбит

CH₂OH-(CHOH)₄-CH=O +2[H] → CH₂OH-(CHOH)₄-CH₂OH

— глюкоза не вступает в некоторые реакции, характерные для альдегидов, например, в реакцию с гидросульфитом натрия.

2. Реакции, протекающие при участии гидроксильных групп:

— глюкоза дает синее окрашивание с гидроксидом меди (II) (качественная реакция на многоатомные спирты);

— образование простых эфиров. При действии метилового спирта на один из атомов водорода замещается на группу СН₃. В эту реакцию вступает гликозидный гидроксил, находящийся при первом атоме углерода в циклической форме глюкозы

— образование сложных эфиров. Под действием уксусного ангидрида все пять групп –ОН в молекулу глюкозы замещаются на группу –О-СО-СН₃.

3. Брожение:

— спиртовое брожение

— молочнокислое брожение

C₆H₁₂O₆ → 2CH₃-CH(OH)-COOH

— маслянокислое брожение

C₆H₁₂O₆ → C₃H₇COOH + 2H₂ + 2CO₂

Моносахариды. Фруктоза

Фруктоза предсттавляет собой изомер глюкозы. Как и глюкоза, она может существовать в линейной (кетоноспирт) и циклической форме (рис. 1).

Рис. 1. Формы существования фруктозы

Фруктоза вступает во все реакции, характерные для глюкозы, но, в отличие от неё не вступает в реакцию «серебряного зеркала».

Олигосахариды. Сахароза

Молекула сахарозы содержит 2 цикла – 6-тичленный (остаток глюкозы) и 5-тичленный (остаток фруктозы), соединенных между собой за счет гликозидного гидроксила глюкозы:

Для сахаразы характерно наличие следующих химических свойств:

1. Гидролиз:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ (глюкоза) + C₆H₁₂O ₆ (фруктоза)

2. Сахароза реагирует с гидроксидом кальция с образованием сахарата кальция.

3. Сахароза не вступает в реакцию «серебряного зеркала», поэтому её называют не восстанавливающим дисахаридом.

Полисахариды

Это природный полимер. Его молекулы состоят из линейный и разветвленных цепей, содержащих остатки α-глюкозы. Фрагмент структуры крахмала выглядит следующим образом:

Крахмал способен гидролизоваться при нагревании в кислой среде, причем конечным продуктом гидролиза является глюкоза:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О → nC₆H₁₂O₆

Крахмал дает интенсивное синее окрашивание с йодом — это качественная реакция на йод.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Целлюлоза – (С₆Н₁₀О₅)_n – природный полимер, молекулы которого состоят только из линейных цепей, содержащих остатки β-глюкозы:

Для целлюлозы также, как и для крахмала характерна способность гидролизоваться при нагревании в кислой среде:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О → nC₆H₁₂O₆

Каждое структурное звено молекулы целлюлозы содержит по три –ОН группы, которые могут реагировать с азотной и уксусной кислотами с образованием сложных эфиров:

(C₆H₇O₂(OH)₃)_n + 3nCH₃COOH → (C₆H₇O₂(OCOCH₃) ₃)_n + 3nH₂O

(C₆H₇O₂(OH)₃)_n + 3nHNO₃ →(C₆H₇O₂(ONO₂) ₃)_n + 3nH₂O

Примеры решения задач