Моносахариды. Гексозы. Глюкоза

В природе наиболее распространены моносахариды, в молекулах которых содержится пять углеродных атомов (пентозы) или шесть (гексозы). Моносахариды - гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных. Например:

Таким образом, моносахариды - это полигидроксиальдегиды (рибоза, глюкоза) или полигидроксикетоны (фруктоза).

Однако не все свойства моносахаридов согласуются с таким строением. Так, моносахариды не участвуют в некоторых реакциях, типичных для карбонильной группы. Одна из гидроксигрупп отличается повышенной реакционной способностью и ее замещение на группу -OR приводит к исчезновению свойств альдегида (или кетона).

Это приводит к выводу, что моносахаридам, кроме приведенных формул, свойственна также иная структура, возникающая в результате внутримолекулярной реакции между карбонильной группой с одним из спиртовых гидроксилов.

Реакция присоединения спирта к альдегиду приводит к образованию полуацеталя R-CH(OH)R'. Такая реакция внутри одной молекулы сопровождается ее циклизацией, т.е. образованием циклического полуацеталя.

Известно, что наиболее устойчивыми являются 5-ти и 6-ти членные циклы. Поэтому, как правило, происходит взаимодействие карбонильной группы с гидроксилом при 4-м или 5-м углеродном атоме (нумерация начинается с карбонильного углерода или ближайшего к нему конца цепи).

Таким образом, в результате взаимодействия карбонильной группы с одной из гидроксильных моносахариды могут существовать в двух формах: линейной (оксо-форме) и циклической (полуацетальной). В растворах моносахаридов эти формы находятся в равновесии друг с другом. Например, в водном растворе глюкозаы существуют следующие структуры:

Циклические a- и b-формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца.

В a-глюкозе этот гидроксил находится в цис-положении к гидроксилу при С2, в b-глюкозе - в транс-положении.

С учетом пространственного строения шестичленного цикла (аним.5.1.1.) формулы этих изомеров имеют вид:

Равновесие трех форм глюкозы в одном растворе

В кристаллическом состоянии моносахариды имеют циклическое строение.

Химические свойства моносахаридов обусловлены наличием в молекуле функциональных групп двух видов:

• глюкоза как многоатомный спирт образует простые и сложные эфиры

• комплексное соединение с гидроксидом меди (II)

• как альдегид она окисляется аммиачным раствором оксида серебра в глюконовую кислоту

• восстанавливается водородом в шестиатомный спирт - сорбит

• В полуацетальной форме глюкоза способна к нуклеофильному замещению полуацетального гидроксила на группу -OR (образование гликозидов, олиго- и полисахаридов).

Практическое значение имеет реакция брожения - расщепление глюкозы под действием различных микроорганизмов:

а) спиртовое брожение

C₆H₁₂O₆ --> 2C₂H₅OH + 2CO₂

б) молочнокислое брожение

C₆H₁₂O₆ --> 2CH₃-CH-COOH

I

OH

(молочная кислота)

Аналогично ведут себя в химических реакциях и другие моносахариды.

Видео для урока:

• Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II)

• Качественная реакция глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра (I)

  • Распознавание глюкозы с помощью качественных реакций

  • Окисление глюкозы кислородом воздуха в присутствии метиленового голубого

• Определение глюкозы в виноградном соке

• Применение глюкозы

Задания:

1. Напишите уравнения химических реакций, характеризующие свойства глюкозы как альдегидоспирта

2. Задача. Смешали 100 г 10%-го раствора и 200 г 5%-го раствора глюкозы. Чему равна массовая доля (в процентах) углевода в полученном растворе? Ответ округлите до сотых долей.