Вуглеводи. Моносахариди

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Способи добування та хімічні властивості:

Вуглеводи. моносахариди

Способи добування та хімічні властивості:

Характеристика Вуглеводи – один із найпоширеніших в природі клас органічних сполук , які відіграють важливу роль в житті людини, тварин та рослин. Понад 80% сухої маси рослин та біля 20% організму людини тварин становлять вуглеводи. Вуглеводи об’єднують різноманітні сполуки – від низькомолекулярних, до складу яких входить по кілька атомів Карбону, до високомолекулярних (біополімерів), побудованих із низькомолекулярних. Молекулярна маса таких біополімерів може сягати декількох мільйонів. Тому не існує чіткого визначення класу вуглеводів. До них належать глюкоза, фруктоза, цукор, крохмаль, целюлоза та ін. Згідно із правилами ІЮПАК вуглеводи називають  гліцидами  (від гр.  glykys  – солодкий), але ця назва не прижилась і її рідко застосовують.

Способи добування та хімічні властивості:

Характеристика Термін “вуглеводи” запропонував у 1844 р. К. Шмідт. Базуючись на даних аналізу відомих на той час представників даної групи сполук , була виведена їх загальна формула C n (H 2 O) m , згідно з якою запропонована назва “гідрати Карбону”; тобто – вуглеводи. З часом стало зрозуміло, що цю групу сполук ніяк не можна розглядати як “гідрати Карбону”, оскільки були знайдені сполуки, які не відповідають вказаній загальній формулі. І все ж стара назва “вуглеводи” міцно закріпилась в науці і на сьогодні є загальновизнаною. Перші досліджені вуглеводи мали солодкий смак, тому їх ще часто називають  сахаридами  чи  цукрами . За хімічною будовою вуглеводи – полігідроксикарбонільні речовини, які існують у вигляді сполук з відкритим карбоновим ланцюгом, циклічних сполук , а також продуктів їх поліконденсації – біополімерів.

Способи добування та хімічні властивості:

Характеристика Вуглеводи – продукти фотосинтезу, які здійснюють рослини за участю карбон (IV) оксиду, води і пігментів (хлорофіл та ін.), які поглинають сонячне світло: Процес фотосинтезу інколи називають містком між неорганічними та органічними сполуками. Вперше про можливість утворення органічних сполук із карбон (IV) оксиду і води в рослинах під дією сонячного світла висловив думку Теодор де Соссюр ще у 1794 р. У 1861 р. російський хімік О.М. Бутлеров полімеризацією формальдегіду вперше одержав “цукристу речовину”, яка давала характерні реакції на гексози.

Способи добування та хімічні властивості:

Характеристика За здатністю вуглеводів до гідролізу їх поділяють на три групи: моносахариди (гр.  monos  – один) – вуглеводи, молекули яких не гідролізують ; олігосахариди (гр.  olligos  – небагато) – вуглеводи, які при гідролізі утворюють від двох до десяти молекул моносахаридів; полісахариди (гр.  polyx  – численний) – вуглеводи, які при гідролізі утворюють від одинадцяти до декількох тисяч молекул моносахаридів. Вуглеводи, як один із найпоширеніших класів органічних сполук , відомі давно. Більшість із найважливіших представників цього класу мають тривіальні назви, визнані номенклатурними правилами ІЮПАК. Систематичні назви надто складні і не зручні для використання, тому застосовують тривіальні назви. Для найпростіших вуглеводів тривіальні назви мають спільне закінчення  – оза  (глюкоза, фруктоза, сахароза і т. д.).

Способи добування та хімічні властивості:

Моносахариди

Способи добування та хімічні властивості:

Класифікація та будова Моносахариди  – полігідроксикарбонільні сполуки, що містять від трьох до дев’яти атомів Карбону. Їх називають також монозами або простими вуглеводами. Моносахариди – найпростіші вуглеводи. Молекули природних моносахаридів мають, як правило, нерозгалужений ланцюг, вони трапляються у природі у вільному стані, і входять до складу оліго - та полісахаридів. Моносахариди класифікують за довжиною карбонового ланцюга та природою карбонільної групи (альдегідної чи кетонної ). За кількістю атомів Карбону виділяють  триози   (молекула містить три атоми Карбону),  тетрози  (чотири атоми Карбону), пентози  (п’ять атомів Карбону),  гексози  (шість атомів Карбону) і т.д . Моносахариди до складу яких входить альдегідна група називають  альдози   (від  альд егід +  оза ), а які містять кетонну групу –  кетози   (від  кет он +  оза ).

Способи добування та хімічні властивості:

Класифікація та будова Зазвичай моносахариди групують за двома ознаками, що відображається в назві такої групи вуглеводів. Найпоширенішими в  природі є моносахариди із 5 та 6 атомами Карбону, які поділяють на групи:  альдопентози і кетопентози та альдогексози та кетогексози . Перші моносахариди були виділені в індивідуальному вигляді ще в кінці XVIII ст. На встановлення їх будова пішло майже 100 років, коли стала відома формула глюкози. Вперше правильну структурну формулу глюкози запропонували Р. Фіттіг та А. Байєр у 1870-1878 рр.:

Способи добування та хімічні властивості:

Класифікація та будова Однак залишалось незрозумілим, чому моносахариди з однаковою послідовністю сполучення атомів мають різні фізичні та хімічні властивості. Виявилось, що на фізичні та хімічні властивості значно впливає просторова будова моносахаридів. Серією блискучих експериментальних робіт Е. Фішер (Німеччина) у 1884 – 1891 рр. встановив просторове розміщення атомів Гідрогену та ОН-груп вздовж карбонового ланцюга моносахариду . За проведені дослідження а також за вивчення гетероциклічних сполук Е. Фішер у 1902 р. одержав Нобелівську премію з хімії.

Способи добування та хімічні властивості:

Класифікація та будова Найважливіші представники моносахаридів – глюкоза і фруктоза. Вони мають однакову молекулярну формулу С 6 Н 12 О 6  і є структурними ізомерами. Глюкоза відноситься до альдогексоз :

Способи добування та хімічні властивості:

Класифікація та будова Фруктоза є кетогексозою : Молекули глюкози і фруктози зображені з використанням проекційних формул Фішера, які відтворюють просторове розташування атомів Гідрогену та гідроксильних груп відносно карбонового ланцюга. Карбонільну групу розміщують вгорі проекції. Поряд з цим, почали накопичуватись факти, які неможливо було співставити із запропонованою лінійною будовою моносахаридів. Так, глюкоза не вступає у деякі реакції, характерні для альдегідів.

Способи добування та хімічні властивості:

Класифікація та будова В результаті ряду досліджень встановлено, що моносахариди можуть існувати і у вигляді циклічних форм. Розглянемо це на прикладі глюкози: Циклічна структура утворюється за рахунок наявності у складі молекули глюкози альдегідної та спиртових груп, які можуть підходить близько одна до одної і взаємодіяти між собою. Циклізація молекули глюкози супроводжується утворенням двох ізомерних циклічних форм, які відрізняються положенням гідроксильної групи біля першого атома Карбону, відносно площини кільця.

Способи добування та хімічні властивості:

Класифікація та будова У циклічних форм немає альдегідної групи, внаслідок циклізації утворюється нова гідроксильна група, яка одержала назву напівацетальний гідроксил.  Він відрізняється від інших гідроксильних груп підвищеною реакційною здатністю (вплив атома Оксигену , який входить до складу циклу). У кристалічному стані глюкоза зазвичай має a-будову. У водному розчині існують обидва циклічні ізомери (a- і b-), між якими встановлюється динамічна рівновага. При цьому перетворення ізомерів ( аномерів ) один в одного відбувається через ациклічну (лінійну) форму, яка у незначній кількості може перебувати в розчині. Низькою концентрацією лінійної форми в розчині, пояснюється те, що глюкоза не дає деяких реакцій, характерних для альдегідів. Цікаво, що уже до 1885 р. накопичився ряд фактів, які свідчили про існування циклічних форм моносахаридів, але ще до 1926 р. проводились уточнення розмірів циклу.

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості Вуглеводи в природі утворюються в результаті фотосинтезу. Моносахариди добувають в основному з природних джерел – ди - і полісахаридів. При нагріванні дисахариду сахарози з мінеральними кислотами, він гідролізує з утворенням двох моносахаридів – глюкози та фруктози: В результаті кислотного гідролізу полісахаридів крохмалю та целюлози утворюється один моносахарид – глюкоза.

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості За продуктами гідролізу ди - та полісахаридів встановлюють, з яких моносахаридів вони складаються. Синтетичні методи добування моносахаридів застосовують рідко , в основному для малодоступних моносахаридів, або тих, які не зустрічаються в природі. Для моносахаридів, як полігідроксикарбонільних сполук , характерні реакції, в які вступають багатоатомні спирти, альдегіди чи кетони, а також реакції циклічних форм моносахаридів.

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості 1.  Взаємодія з купрум (ІІ) гідроксидом . Моносахариди, подібно до багатоатомних спиртів (етиленгліколю, гліцерину) на холоду розчиняють купрум (ІІ) гідроксид з утворенням розчину блакитного кольору: Ця реакція підтверджує наявність гліколевого фрагменту в молекулі глюкози.

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості 2. Відновлення . При відновлення моносахаридів утворюються багатоатомні спирти. Глюкоза дає сорбіт : Сорбіт, як і глюкоза має солодкий смак, але на відміну від неї, сорбіт не засвоюється організмом, тому його використовують як цукрозамінник , наприклад, для хворих цукровим діабетом.

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості 3. Окиснення . Реакції окиснення моносахаридів мають важливе значення. Їх використовують для синтезу полігідроксикислот (наприклад, глюконової кислоти), а також для ідентифікації моносахаридів. Серед численних методів розглянемо окиснення моносахаридів: а) бромною водою; б) амоніачним розчином аргентум гідроксиду; в) купрум (ІІ) гідроксидом в лужному середовищі. Обробка альдоз бромною водою дозволяє окиснити тільки альдегідну групу; кетони у цих умовах не окиснюються . Окиснення глюкози веде до утворення глюконової кислоти:

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості При окисненні глюкози амоніачним розчином аргентум гідроксиду на стінках пробірки осідає металічне срібло у вигляді дзеркального нальоту, тому цю реакцію називають реакція “срібного дзеркала”. При окисненні глюкози купрум (ІІ) гідроксидом в лужному середовищі спостерігається виділення червоно-коричневого осаду купрум (І) оксиду. Ці реакції є якісними на глюкозу. Окиснення моносахаридів, у тому числі і глюкози, у лужному середовищі супроводжується їх розщепленням за зв’язками С–С з утворенням суміші продуктів окиснення.

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості Фруктоза, незважаючи на те, що не містить альдегідної групи, теж дає реакцію “срібного дзеркала” і окиснюється купрум (ІІ) гідроксидом. Пояснюється це тим, що як перша, так і друга реакції відбуваються у лужному середовищі, в якому моносахариди зазнають епімеризації . При цьому в розчині встановлюється динамічна рівновага між моносахаридами та ендіольною структурою : Таким чином, в реакцію окиснення за таких умов вступає не фруктоза, а продукт епімеризації – глюкоза. Це не дозволяє відрізнити глюкозу від фруктози використовуючи дані реакції.

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості 4. Утворення етерів . При взаємодії моносахаридів із спиртами в присутності газоподібного хлороводню утворюються відповідні етери . У реакції бере участь лише напівацетальний гідроксил (ОН-група при С 1 ). Атом Карбону з яким зв’язана напівацетальна гідроксильна група безпосередньо зв’язаний з атомом Оксигену циклу, що і впливає на його підвищену реакційну здатність . В результаті реакції утворюються етери , які називають  глікозидами . Називають їх шляхом заміни суфікса  – оза  в назві моносахариду на  – озид .

Способи добування та хімічні властивості:

Способи добування та хімічні властивості 5. Бродіння . Під дією ферментів моносахариди піддаються бродінню – складному процесу їх розщеплення з виділенням у більшості випадків газоподібних продуктів (СО 2 , Н 2  та ін.). Залежно від кінцевих продуктів розщеплення розрізняють різні види бродіння: спиртове, молочнокисле, маслянокисле та ін . Цікаво, що із шістнадцяти мождивих альдогексоз у природі зустрічаються лише три: D-глюкоза, D- маноза та D-галактоза і лише одна кето гексоза – D-фруктоза. І лише ці моносахариди можуть піддаватись бродінню звичайними дріжджами.

authorStream Live Help