|
|
ОглавлениеЧасть I. Основы общей химии. Глава 1. Основные понятия и законы химии Глава 2. Строение атома. Периодичность химических свойств элементов Глава 3. Энергетика химических процессов Глава 4. Кинетика химических реакций Глава 6. Электрохимические системы Глава 7. Химия неорганических соединений Часть II. Основы биоорганической химии. Глава 8. Углерод - основа органических соединений Глава 12. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты Глоссарий основных терминов и понятий общей химии Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГЛАВА 10. УГЛЕВОДЫ10.1. Углеводы, их общая характеристика и классификацияПервоначально название «углеводы» было дано соединениям, в составе которых углерод, водород и кислород находятся в соотношении 1:2:1, т.е. формула имеет вид: Сn(Н20)n. Однако такой формуле удовлетворяет состав только простых углеводов (моносахаридов) и некоторых веществ неуглеводной природы. Поэтому определением, которое правильно отражает химическую природу углеводов, будет следующее: углеводы — это альдегидо- или кетоноспирты (простые углеводы, моносахариды) или продукты их конденсации (полисахариды). Иначе: моносахариды (монозы) — это углеводы, неспособные к гидролизу, полисахариды (полиозы) способны к гидролитическому расщеплению с образованием моноз. 10.2. Моносахариды, их состав, строение и физико-химические свойстваВ молекуле моносахаридов альдегидная и первичная спиртовая группировка находятся на противоположных концах углеродной цепочки, кетонная и вторичная спиртовая — в середине: Альдегидосахара называют альдозами, кетоносахара — кетозами. Простые углеводы имеют в основе молекулы от двух до семи углеродных атомов и классифицируются по этому признаку на биозы (С2), триозы (С3), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6), гептозы (С7). Физические свойства моносахаридов. Моносахариды — белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, дают истинные молекулярные растворы (не электролиты); оптически активные, т.е. отклоняют вправо (+) или влево (—) направленный на них луч поляризованного света. Растворы существуют в цепной (ациклической) и циклической форме, при этом преобладают циклические молекулы. Например, в нейтральном растворе глюкозы менее 0,1% молекул находятся в ациклической форме. При линейном изображении формулы моносахаридов (так называемая Фишеровская проекция) наглядно проявляется существование кето-енольной изомерии (изомерии карбонильной группы). В организме активно участвуют в обмене такие углеводы, как триозы, пентозы, гексозы и др. Кроме кето-енольной изомерии для моносахаридов характерна стереоизомерия. Стереоизомерами (от греч. stereos — объемный, пространственный) называются изомеры, отличающиеся расположением группировок у асимметрических углеродных атомов. Асимметрические углеродные атомы — это такие, у которых все четыре связи заняты различными группировками. Их принято обозначать звездочкой (*). Прежде всего, различают D- и L-ряды изомеров моносахаридов. Эталоном для определения принадлежности моносахарида к D-или L-ряду служит глицериновый альдегид. С глицериновым альдегидом сравнивают положение заместителей у асимметрического углеродного атома, ближайшего к первичной спиртовой группировке. Моносахариды, имеющие у асимметрического С-атома, ближайшего к первичной спиртовой группировке, такое же расположение Н и ОН, как и у асимметрического С-атома D-глицеринальдегида, относятся к D-ряду. L-изомеры того же моносахарида имеют противоположное расположение «заместителей» у всех асимметрических углеродных атомов и являются «зеркальным» отражением D-изомера. К ним относятся D- и L-глюкоза: Большинство природных моносахаридов является D-изомерами. Общее число изомеров определяется формулой: 2n, где n — число асимметрических углеродных атомов в молекуле. Изомеры, отличающиеся положением Н и ОН только у одного из асимметрических атомов углерода, называются эпимерами. Например, эпимерами D-глюкозы являются: Эти изомеры отличаются свойствами и биологической активностью. Моносахариды с пятью и более углеродными атомами существуют преимущественно в циклической форме. Образование циклической формы моносахаридов объясняется тем, что молекула вследствие вращения атомов углерода вокруг связей может принимать изогнутую форму и гидроксильная группа пятого (или четвертого) атома углерода может приблизиться к альдегидной группе (как у глюкозы) или кетонной группе (как у фруктозы). Под воздействием этой гидроксильной группы разрывается π-связь, молекула замыкается в кольцо, а свободная связь образует «кислородный мостик». Взаимодействие спиртовой и карбонильной группы приводит к образованию полуацеталя: R—O—CHOH—R'. В молекуле становится асимметрическим еще один углеродный атом и, следовательно, увеличивается число изомеров. В альдогексозах замыкание может происходить за счет гидроксильной группы С-5 с образованием шестичленного пиранового цикла или гидроксильной группы С-4 с образованием пятичленного фуранового цикла. Шестигранные кольца сахаров называют пиранозами, так как они являются производными гетероциклического соединения пирана, а пятичленные — фуранозами, так как они — производные фурана: Для изображения пространственной конфигурации кольцевых форм моносахаридов пользуются проекционными формулами Хеуорса, где цикл представлен в перспективе. Край кольца, обращенный к читателю, изображают жирной линией; ОН-группы, которые в Фишеровской проекции находятся справа, в проекции Хеуорса располагаются под плоскостью кольца, а группы, находящиеся слева, — над плоскостью кольца. Для глюкозы преобладающая форма — пиранозная, для фруктозы — фуранозная. Ранее указывалось, что циклические молекулы моносахаридов имеют на один асимметрический углеродный атом больше, чем цепные (ациклические) и поэтому увеличивается число возможных изомеров. Это связано с перемещением гидроксильной группы к первому углероду (С-1) у альдоз или ко второму углероду (С-2) у кетоз в результате замыкания кольца. По положению этой группы относительно плоскости кольца различают α - и β - изомеры. Эта гидроксильная группа наиболее активна в химическом отношении, придает углеводам способность присоединять, окисляться, восстанавливать; эта группа называется гликозидным или полуацетальным, или аномерным гидроксилом; α - и β - изомеры называются аномерами. В p-форме аномерная группа и СН2ОН у шестого углерода (С-6) находятся над плоскостью кольца, в α - аномерах — по разные стороны кольца. Переход одной аномерной формы в другую носит название мутаротации. Внимание! Авторские права на книгу "Основы общей и биоорганической химии. Учебное пособие" (Артёмова Э.К., Дмитриев Е.В.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
