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


В природе:

а) фотосинтез (растения):

хСО2 + уН2О + hn Сх(Н2О)у + хО2

(солнце)

 

б) метаболизм (животные и человек):

Сх(Н2О)у + хО2 хСО2 + уН2О + hn

Функции углеводов.

1. Питательная

2. Энергетическая (крахмал, гликоген)

3. Структурная (целлюлоза)

Моносахариды.

Классификация моносахаридов.

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

 

альдозы кетозы

2. По числу атомов углерода в цепи различают триозы (С3), тетраозы (С4), пентозы (С), 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.

                   
 
   
   
   
       
 
 
 
 

 


a-D-глюкофураноза a-D-глюкопираноза

               
 
   
     
   
 
 
 

 

 


D-глюкоза

оксоформа

равновесие

b-D-глюкофураноза b-D-глюкопираноза

3. 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 s–диастереомеры. s–Диастереомеры, которые отличаются конфигурацией у одного С* называются эпимеры.

               
 
   
       
 
 

 


 

 

глюкоза галактоза глюкоза манноза

эпимеры эпимеры

(s–диастереомеры) (s–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 a-, b- аномеры.

 

 
 

 


a–D–глюкоза b–D–глюкоза

аномеры

(s–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.

1. Образование гликозидов.

 

HCl сухой + Н2О, Н+

+ С2Н5ОН

–Н2О гидролиз

 

О-гликозид

       
   


 

+

– Н2О

 

О–гликозид (дисахарид)

 

+ RNH2

– H2O – агликон

N–гликозид

Неуглеводная часть гликозида называется агликон.

2. Образование простых эфиров.

           
   
     
 
 

 


+ 5СН3I +Н2О, Н+

       
   
 
 


– 5HI –СН3ОН

a–D–глюкоза пентаметилглюкоза

Гликозиды легко гидролизуются в кислой среде.

 

3. Образование сложных эфиров.

 
 

 


+ 5

– 5 СН3СООН

 

уксусный ангидрид пентаацетилглюкоза

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

       
 
   
 

 


+ 2

 

 

a–D–фруктоза 1,6–дифосфат фруктозы

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

 

4. Восстановление моносахаридов.

       
 
   
 

 

 


+ Н2 (Pd)

 

глюкоза сорбит заменители сахара для больных диабетом

       
 
   


+ Н2

 

 


ксилоза ксилит

 

5. Окисление моносахаридов.

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

 

NaOH, to

+ [Ag(NH3)2]OH Ag ¯ + продукты окисления глюкозы

реактив Толленса

реакция серебряного зеркала

 
 


NaOH, to

+ Cu2+ Cu2O ¯ + продукты окисления глюкозы

реактив Фелинга красно-коричневый

осадок

б) в нейтральной среде

       
 
   
 

 


глюконовая кислота

Br2 [O] (Са–соль–укрепляющее)

+

 

 

в) образование уроновых кислот

       
   

 


[O2] + H2O (H+)

       
   

 


гликозид α-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

6. Брожение.

дрожжи 2С2Н5ОН + 2СО2 спиртовое

молочнокислые бактерии 2СН3СНОН–СООН молочнокислое

С6Н12О6 + анаэробные бактерии СН3СН2СН2–СООН + 2СО2 + 2Н2 маслянокислое

+ 3/2 О2 грибы плесени

НООС–СН2–С–СН2–СООН + 2Н2О лимоннокислое

Производные моносахаридов.

Аминосахара.

       
 
   
 


2–глюкозамин (входит в состав хитина) 2–галактозамин (входит в состав хрящей)

Дезоксисахара.

 
 


b–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.