Моносахариды

Генетический D- ряд сахаров

Родоначальником
альдоз
является
глицериновый
альдегид.
Рассмотрим
генетическое
родство
сахаров D- ряда
с D-
глицериновым
альдегидом.

В
органической
химии
существует
метод
увеличения
углеродной
цепи
моносахаридов
путем
последовательного
введения
группы

Н–

I СI

–ОН

между
карбонильной
группой и
соседним атомом
углерода.
Введение
этой группы в
молекулу D-
глицеринового
альдегида
приводит к
двум диастереомерным
тетрозам – D-
эритрозе и D-
треозе. Это
объясняется
тем, что
введенный в
цепь
моносахарида
новый атом
углерода становится
асимметрическим.
По этой же
причине
каждая
полученная
тетроза, а
далее и пентоза
при введении
в их молекулу
еще одного
углеродного
атома тоже
дают два
диастереомерных
сахара.
Диастереомеры
– это стереоизомеры,
отличающиеся
конфигурацией
одного или
нескольких
асимметрических
атомов
углерода.

Так получен D-
ряд сахаров
из D-
глицеринового
альдегида.
Как видно,
все члены приведенного
ряда, будучи
полученными
из D-
глицеринового
альдегида,
сохранили
его асимметрический
атом
углерода. Это
– последний
асимметрический
атом
углерода в
цепи
углеродных
атомов
представленных
моносахаридов.

Каждой
альдозе D-ряда
соответствует
стереоизомер
L-
ряда,
молекулы
которых
относятся
между собой
как предмет и
несовместимое
с ним зеркальное
изображение.
Такие
стереоизомеры
называются
энантиомерами.

Следует
отметить в
заключение,
что приведенный
ряд
альдогексоз
не
исчерпывается
четырьмя
изображенными.
Представленным
выше образом
из D-
рибозы и D- ксилозы
можно
получить еще
две пары
диастереомерных
сахаров.
Однако мы
остановились
лишь на
альдогексозах,
имеющих
наибольшее
распространение
в природе.»

Общие сведения

Простые сахара — легкоусвояемые, быстро расщепляемые элементы, состоящие из 1 молекулы. В структуре последней присутствуют 3-7 атомов углерода.

Вещества способны образовывать однородные системы с водой. В соединениях со спиртом монозы изменяют свое состояние минимально.

Кристаллы элементов окрашены в белый цвет, изменяющийся при нагревании до бурого.

Большинство моносахаридов отличается сладким вкусом; некоторые разновидности горчат.

В организм человека вещества попадают при употреблении пищи, всасываются в кишечнике. Распад легких сахаров сопровождается выделением значительного объема энергии.

Характеристика пищевых моносахаров

Глюкоза

Название этого моносахарида с древнегреческого обозначает «сладкий», а в химии глюкоза известна также под названием «виноградный сахар». Содержится в виноградном соке, фруктах, а также есть в крови. Это вещество с формулой С₆Н₁₂О₆ представляет собой сладкие белые кристаллы, которые довольно легко растворяются в воде.

Этот вид моносахара считается наиболее важным в природе. Глюкоза – составляющий элемент дисахаридов и полисахаридов. В природных условиях образуется в результате фотосинтеза. Также производится из полисахаридов, таких как целлюлоза и крахмал, в результате гидролиза и ферментирования. В процессе ферментирования глюкозы образовываются диоксид углерода и этиловый спирт. И эта способность характерна для всех углеводов, так как в результате позволяет крови транспортировать сахара ко всем клеткам организма. В человеческом организме играет роль поставщика энергии. Является важнейшим веществом для работы мышц.

Фруктоза

Свое второе название – «плодовый, или фруктовый сахар» – фруктоза получила из-за того, что содержится преимущественно в ягодах и фруктах. А вот химики называют это вещество левулозой. Является компонентом сахарозы и лактулозы. И хоть во многих плодах фруктоза содержится в паре с глюкозой, но плодовый сахар является более сладким веществом. Также он входит в состав меда. И что интересно, это единственный вид сахаров, содержащийся в сперме человека и быка.

Главное отличие фруктозы от глюкозы – в неустойчивости к щелочным и кислым растворам. Активно применяется для производства мороженого, как вещество, предотвращающее песчанистость. Употребляемая в больших количествах, вызывает расстройство пищеварения. А также увеличивает концентрацию липидов в крови, что, как полагают, является фактором риска развития кардиологических болезней.

Галактоза

Как правило, она, не встречается в природе, но гидролизуется из лактозы, которая содержится в молоке. Хотя галактоза не так активно растворяется в воде и является менее сладким веществом, чем глюкоза, она имеет ряд других преимуществ. В частности, образует гликолипиды и гликопротеины, которые содержатся во многих тканях.

Моносахарид галактоза представлен сразу в двух формах: циклической и ациклической. Содержится в тканях растений, а также является элементом некоторых полисахаридов, в том числе и бактериальных. Посему нередко становится участником процессов брожения и трансформации в так называемые лактозные дрожжи. В человеческом организме представлена в составе лактозы (молочный сахар) и некоторых других веществ. В результате химических реакций легко трансформируется в глюкозу, что помогает более легкому усваиванию углерода. Также при определенных обстоятельствах способна переходить в галактуроновую или аскорбиновую кислоту. В женском организме галактоза может воспроизводиться из глюкозы, чтобы дальше трансформироваться в лактозу, содержащуюся в молочных железах.

Наличие галактозы обнаружено в молоке, помидорах и многих других овощах и фруктах. В пищевой промышленности галактоза активно используется в качестве активного ингредиента энергетических напитков.

Галактоза обладает разными уникальными свойствами. В частности, она способствует более быстрой потери и затем удержанию веса, служит профилактическим средством против диабета у взрослых. Также является стабильным источником энергии для спортсменов и работающих физически.

Учитывая уникальные возможности галактозы, исследователи все чаще называют ее «сахаром новой эпохи», хотя и признаются, что многое о свойствах этого вещества пока не знают.

Характеристика пищевых моносахаридов

Глюкоза

В переводе с греческого глюкоза обозначает «сладкий» или «виноградный сахар» в химии. Найти ее можно в фруктовых салатах, виноградном соке. Она содержится в крови. Формула глюкозы – С₆H₁₂O₆ – это быстрорастворимые в воде сладкие белые кристаллы.

Глюкоза является частью дисахаридов и полисахаридов, считается одним из основных среди существующих в природе простых углеводов. Формируется благодаря фотосинтезу или же добывается из полисахаридов (крахмала, целлюлозы) методом ферментирования и гидролиза. В результате разложения глюкозы на ферменты появляется диоксид углерода и этиловый спирт. Такой способностью обладают все углеводы, она позволяет обеспечивать транспортировку сахара в крови до всех клеток в организме. Для человека глюкоза – это один из основных источников энергии, который обеспечивает нормальную работу мышц.

Видео

Фруктоза

Фруктозу принято по-другому называть «плодовым сахаром» или «фруктовым сахаром». Такое название она получила из-за того, что находится в основном в ягодах и фруктах. У химиков для фруктозы есть свое название – левулоза. Фруктоза – это один из составляющих элементов лактулозы и сахарозы.

От глюкозы фруктоза отличается отсутствием стойкости к щелочной и кислой среде. Фруктоза – это основной компонент, используемый в производстве мороженого, так как он способен предотвратить песчанистость. Когда сахар в большом количестве попадает в человеческий организм, он способен вызывать всевозможные расстройства при работе органов пищеварения, способствует увеличению содержания липидов в крови, что является предпосылкой для развития болезней из области кардиологии.

Галактоза

В чистом виде галактозу встретить в природе не удастся. Она образуется в результате гидролиза из лактозы, входящей в состав молока. По сравнению с двумя другими моносахаридами галактоза является наименее сладкой. Она не так быстро растворяется в воде, но имеет существенные отличия и преимущества. Галактоза способствует формированию гликолипидов и гликопротеинов, входящих в основу многих тканей организма. Галактоза может быть двух форм: циклической и ациклической. Найти ее можно в тканях растений, она выступает в качестве элемента определенных полисахаридов, в том числе и бактериальных. Поэтому галактоза очень часто принимает участие в процессах брожения и превращения в лактозные дрожжи. В человеческом организме галактозу можно найти как составляющую часть лактозы или молочного сахара, а также нескольких других веществ. При химической реакции очень легко видоизменяется в глюкозу и способствует упрощению усвоения углерода. В отдельных случаях вещество может остановиться частью галактуроновой и аскорбиновой кислот. В организме женщин галактоза образуется из глюкозы, чтобы в дальнейшем превратиться в лактозу, которая содержится в молочных железах. В пищевых продуктах галактозу можно найти в помидорах, молоке, а также других овощных и фруктовых плодах. Также ее активно используют в качестве основного активного компонента энергетических напитков.

Индивидуальные свойства галактозы:

• способствует стремительному снижению и стабилизации веса;
• является веществом для профилактики сахарного диабета у взрослых людей;
• выступает источником энергии для людей с активным образом жизни и большими физическими нагрузками, в том числе спортсменов.

До конца все свойства галактозы до сих пор не изучены, но ученые уже обнаружили ее уникальные возможности, поэтому считают ее «сахаром новой эпохи».

Видео

Продукты богатые моносахаридами

Лидерами по содержанию простых углеводов являются сиропы, шоколад, мучные изделия, безалкогольные сладкие напитки, крупы, бобовые, злаковые.

Содержание моносахаридов в продуктах растительного происхождения (на 100 грамм продукта):

• в меде – 80 грамм;
• в финиках – 69 грамм;
• в изюме – 66 грамм;
• в горохе – 64 грамма;
• в сухих яблоках, грушах – 59-62 грамма;
• в сухих инжире, персике, черносливе – 58 грамм;
• в урюке – 53 грамма;
• в кураге – 51 грамм;
• в картофеле – 18 грамм;
• в свекле – 18 грамм;
• в моркови – 8-9 грамм;
• в винограде – 7-8 грамм;
• в бананах – 6 грамм;
• в сливах – 5 грамм;
• в вишне – 4 грамма;
• в кукурузе – 3,5 грамма;
• в смородине (белой, красной) – 3 грамма;
• в яблоках, грушах – 2,5 грамма;
• в красном сладком перце – 2 грамма;
• в свежей белокочанной капусте – 2 грамма;
• в виноградном соке – 7 грамм;
• в соке манго – 5,5 грамма;
• в апельсиновом соке – 2,5 грамма.

У каких продуктов богатое содержание моносахаридов (на сто грамм):

• у сахара-песка – 99,8 г;
• у леденцовой карамели – 96 г;
• у муки из риса, пастилы, зефира, жевательного мармелада – 80 г;
• у пряников – 75 г;
• у сахарного печенья, варенья из клубники, риса – 74 г;
• у муки из кукурузы – 72 г;
• у баранок сушек, крупы из кукурузы – 71 г;
• у манки, гречки, пшеничной крупы, макарон, варенья из малины, пшеничной муки – 70 г;
• у пшеничной крупы, сдобного печенья – 68 г;
• у перловой крупы, сдобных сухарей, пшенной крупы – 67 г;
• у муки из ржи, отрубей овса – 66 г;
• у ячневой крупы, овсяной муки, толокна – 65 г;
• у бисквитных пирожных, вафель – 63 г;
• у риса, геркулеса – 62 г;
• у овсяной крупы, пшеницы, шоколадных конфет – 60 г;
• у сгущенного молока – 57 г;
• у ячменя, гречихи, ржи, сдобных булочек – 56 г;
• у овса – 55 г;
• у подсолнечной халвы – 54 г;
• у сухого молока – 53 г;
• у песочного пирожного – 52 г;
• у батона – 51 г;
• у молочного шоколада – 50 г.

Моносахариды не содержатся в клетках животных организмов, или их там незначительное количество. Например, устрицы содержат на 100 г всего около одного гр. глюкозы, желток яйца курицы – 0,2 г, коровье молоко средней жирности – 0,01 г.

Углеводы. Генетический D- ряд сахаров

«Углеводы
широко
распространены
в природе и
выполняют в
живых
организмах
различные
важные
функции. Они
поставляют
энергию для
биологических
процессов, а
также
являются
исходным
материалом
для синтеза в
организме
других
промежуточных
или конечных
метаболитов.
Углеводы
имеют общую
формулу C_n(H₂O)_m,
откуда и
возникло
название
этих
природных
соединений.

Углеводы
делятся на
простые
сахара или моносахариды
и полимеры
этих простых
сахаров или
полисахариды.
Среди
полисахаридов
следует выделить
группу
олигосахаридов,
содержащих в молекуле
от 2 до 10
моносахаридных
остатков. К
ним
относятся, в
частности,
дисахариды.

Моносахариды
являются
гетерофункциональными
соединениями.
В их
молекулах
одновременно
содержатся и
карбонильная
(альдегидная
или кетонная),
и несколько
гидроксильных
групп, т.е.
моносахариды
представляют
собой полигидроксикарбонильные
соединения —
полигидроксиальдегиды
и
полигидроксикетоны.
В зависимости
от этого
моносахариды
подразделяются
на альдозы (в
моносахариде
содержится
альдегидная
группа) и
кетозы
(содержится
кетогруппа). Например,
глюкоза – это
альдоза, а
фруктоза –
это кетоза.

(глюкоза
(альдоза))                    (фруктоза
(кетоза))

В зависимости
от числа
атомов
углерода в молекуле
моносахарид
называется
тетрозой, пентозой,
гексозой и
т.д. Если
объединить
последние
два типа
классификации,
то глюкоза –
это
альдогексоза,
а фруктоза –
кетогексоза.
Большинство
встречающихся
в природе моносахаридов
– это пентозы
и гексозы.

Моносахариды
изображаются
в виде проекционных
формул
Фишера, т.е. в
виде
проекции тетраэдрической
модели
атомов
углерода на
плоскость
чертежа.
Углеродная
цепь в них записывается
вертикально.
У альдоз
наверху
помещают
альдегидную
группу, у
кетоз –
соседнюю с
карбонильной
первичноспиртовую
группу. Атом
водорода и
гидроксильную
группу при
асимметрическом
атоме
углерода
располагают
на горизонтальной
прямой.
Асимметрический
атом
углерода
находится в
образующемся
перекрестье
двух прямых и
не
обозначается
символом. С
групп, расположенных
вверху,
начинают
нумерацию
углеродной
цепи. (Дадим
определение
асимметрическому
атому
углерода: это
атом углерода,
связанный с
четырьмя
различными
атомами или
группами).

Установление
абсолютной
конфигурации,
т.е.
истинного
расположения
в пространстве
заместителей
у
асимметрического
атома
углерода
является
весьма трудоемкой,
а до
некоторого
времени было
даже невыполнимой
задачей.
Существует
возможность
характеризовать
соединения
путем сравнения
их конфигураций
с
конфигурациями
эталонных соединений,
т.е.
определять
относительные
конфигурации.

Относительная
конфигурация
моносахаридов
определяется
по
конфигурационному
стандарту –
глицериновому
альдегиду,
которому еще
в конце
прошлого
столетия
произвольно были
приписаны
определенные
конфигурации,
обозначенные
как D- и L-
глицериновые
альдегиды. С
конфигурацией
их
асимметрических
атомов
углерода
сравнивается
конфигурация
наиболее
удаленного
от
карбонильной
группы
асимметрического
атома
углерода
моносахарида.
В пентозах
таким атомом
является
четвертый
атом
углерода (С₄), в
гексозах –
пятый (С₅), т.е.
предпоследние
в цепи
углеродных
атомов. При
совпадении
конфигурации
этих атомов
углерода с
конфигурацией
D-
глицеринового
альдегида
моносахарид
относят к D-
ряду. И,
наоборот, при
совпадении с
конфигурацией
L-
глицеринового
альдегида
считают, что
моносахарид
принадлежит
к L-
ряду. Символ D
означает, что
гидроксильная
группа при соответствующем
асимметрическом
атоме углерода
в проекции
Фишера
располагается
справа от
вертикальной
линии, а
символ L- что
гидроксильная
группа
расположена
слева.

Целлюлоза (клетчатка)

Целлюлоза – наиболее распространенный растительный
полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и исполняет роль
опорного материала растений. Древесина содержит 50-70% целлюлозы, хлопок
представляет собой почти чистую целлюлозу.

Как и у крахмала, структурной единицей целлюлозы
является D-
глюкопираноза, звенья которой связаны (1-4) -гликозидными связями. Однако, от
крахмала целлюлоза отличается b- конфигурацией гликозидных связей
между циклами и строго линейным строением.

Целлюлоза состоит из нитевидных молекул, которые
водородными связями гидроксильных групп внутри цепи, а также между соседними
цепями собраны в пучки. Именно такая упаковка цепей обеспечивает высокую
механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую
инертность, что делает целлюлозу идеальным материалом для построения клеточных
стенок.

b- Гликозидная связь не разрушается пищеварительными ферментами человека,
поэтому целлюлоза не может служить ему пищей, хотя в определенном количестве
является необходимым для нормального питания балластным веществом. В желудках
жвачных животных имеются ферменты, расщепляющие целлюлозу, поэтому такие
животные используют клетчатку в качестве компонента пищи.

Несмотря на нерастворимость целлюлозы в воде и обычных
органических растворителях, она растворима в реактиве Швейцера (раствор
гидроксида меди в аммиаке), а также в концентрированном растворе хлористого
цинка и в концентрированной серной кислоте.

Как и крахмал, целлюлоза при кислотном гидролизе дает
глюкозу.

Целлюлоза – многоатомный спирт, на элементную ячейку
полимера приходятся три гидроксильных группы. В связи с этим, для целлюлозы
характерны реакции этерификации (образование сложных эфиров). Наибольшее
практическое значение имеют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом.

целлюлоза

+ 3n HNO3

H2SO4 ––––

тринитрат целлюлозы

+ 3nH2О

Полностью
этерифицированная клетчатка известна под названием пироксилин, который после
соответствующей обработки превращается в бездымный порох. В зависимости от
условий нитрования можно получить динитрат целлюлозы, который в технике
называется коллоксилином. Он так же используется при изготовлении пороха и
твердых ракетных топлив. Кроме того, на основе коллоксилина изготавливают
целлулоид.

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в
присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза.

+ 3n

триацетилцеллюлоза

+ 3n СH3СOOН

Триацетилцеллюлоза (или ацетилцеллюлоза) является ценным продуктом для
изготовления негорючей кинопленки и ацетатного шелка. Для этого ацетилцеллюлозу
растворяют в смеси дихлорметана и этанола и этот раствор продавливают через
фильеры в поток теплого воздуха. Растворитель испаряется и струйки раствора
превращаются в тончайшие нити ацетатного шелка.

Целлюлоза не дает реакции «серебряного зеркала».

Говоря о применении целлюлозы, нельзя не сказать о том, что большое
количество целлюлозы расходуется для изготовления различной бумаги. Бумага –
это тонкий слой волокон клетчатки, проклеенный и спрессованный на специальной
бумагоделательной машине.

Из приведенного выше уже видно, что использование
целлюлозы человеком столь широко и разнообразно, что применению продуктов
химической переработки целлюлозы можно посвятить самостоятельный раздел.

Химические свойства рибозы. Химические реакции (уравнения) рибозы:

Рибоза восстанавливается водородом или амальгамой натрия до соответствующего альдита (рибита) и окисляется по альдегидной группе до соответствующей альдоновой (рибоновой) кислоты, способной циклизоваться в условиях синтеза в рибонолактон. Рибоза с гидразинами образует озазоны.

Рибоза, как и другие моносахариды, в растворах существует в виде равновесной смеси ациклической и циклических: пиранозной и фуранозной форм (аномерные α- и β-рибопиранозы и α- и β-рибофуранозы). Соотношение этих форм в растворе: β-рибопираноза (59 %), α-рибопираноза (20 %), β-рибофураноза (13 %), α-рибофураноза (7 %), ациклическая (0,1 %).

Углеводы. Генетический D- ряд сахаров

«Углеводы широко распространены в природе и выполняют в живых
организмах различные важные функции. Они поставляют энергию для биологических
процессов, а также являются исходным материалом для синтеза в организме других
промежуточных или конечных метаболитов. Углеводы имеют общую формулу C_n(H₂O)_m, откуда и возникло название
этих природных соединений.

Углеводы делятся на простые сахара или моносахариды и полимеры этих
простых сахаров или полисахариды. Среди полисахаридов следует выделить группу
олигосахаридов, содержащих в молекуле от 2 до 10 моносахаридных остатков. К ним
относятся, в частности, дисахариды.

Моносахариды являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах
одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько
гидроксильных групп, т.е. моносахариды представляют собой
полигидроксикарбонильные соединения — полигидроксиальдегиды и
полигидроксикетоны. В зависимости от этого моносахариды подразделяются на
альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится
кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а
фруктоза – это кетоза.

 (глюкоза
(альдоза))                    (фруктоза (кетоза))

В зависимости от числа атомов углерода в молекуле
моносахарид называется тетрозой, пентозой, гексозой и т.д. Если объединить
последние два типа классификации, то глюкоза – это альдогексоза, а фруктоза –
кетогексоза. Большинство встречающихся в природе моносахаридов – это пентозы и
гексозы.

Моносахариды изображаются в виде проекционных формул
Фишера, т.е. в виде проекции тетраэдрической модели атомов углерода на
плоскость чертежа. Углеродная цепь в них записывается вертикально. У альдоз
наверху помещают альдегидную группу, у кетоз – соседнюю с карбонильной
первичноспиртовую группу. Атом водорода и гидроксильную группу при
асимметрическом атоме углерода располагают на горизонтальной прямой.
Асимметрический атом углерода находится в образующемся перекрестье двух прямых
и не обозначается символом. С групп, расположенных вверху, начинают нумерацию
углеродной цепи. (Дадим определение асимметрическому атому углерода: это атом
углерода, связанный с четырьмя различными атомами или группами).

Установление абсолютной конфигурации, т.е. истинного
расположения в пространстве заместителей у асимметрического атома углерода
является весьма трудоемкой, а до некоторого времени было даже невыполнимой
задачей. Существует возможность характеризовать соединения путем сравнения их конфигураций
с конфигурациями эталонных соединений, т.е. определять относительные
конфигурации.

Относительная конфигурация моносахаридов определяется по
конфигурационному стандарту – глицериновому альдегиду, которому еще в конце
прошлого столетия произвольно были приписаны определенные конфигурации,
обозначенные как D- и L- глицериновые
альдегиды. С конфигурацией их асимметрических атомов углерода сравнивается
конфигурация наиболее удаленного от карбонильной группы асимметрического атома
углерода моносахарида. В пентозах таким атомом является четвертый атом углерода
(С₄), в гексозах – пятый (С₅), т.е.
предпоследние в цепи углеродных атомов. При совпадении конфигурации этих атомов
углерода с конфигурацией D-
глицеринового альдегида моносахарид относят к D- ряду. И, наоборот, при совпадении с конфигурацией L- глицеринового
альдегида считают, что моносахарид принадлежит к L- ряду. Символ D означает, что
гидроксильная группа при соответствующем асимметрическом атоме углерода в
проекции Фишера располагается справа от вертикальной линии, а символ L- что
гидроксильная группа расположена слева.

Моносахариды и сахар в крови

Моносахариды, как и большинство других питательных веществ, всасываются организмом на уровне тонкой кишки. Они могут быть поглощены без предварительной ферментации и расщепления. Более того, все остальные, более сложные углеводы организм «проглатывает» в форме моновеществ. Глюкозу и галактозу человек усваивает легче и быстрее, чем другие углеводы, а для поглощения фруктозы организму требуется больше времени и сил, при этом она всасывается не полностью. После потребления глюкоза и галактоза быстро попадают в кровь и резко повышают уровень сахара, поскольку обладают высоким гликемическим индексом. В это же время фруктоза, благодаря низкому гликемическому показателю, повышает сахар в крови медленнее и мягче.

Генетический D- ряд сахаров

Родоначальником альдоз является глицериновый альдегид.
Рассмотрим генетическое родство сахаров D- ряда с D- глицериновым альдегидом.

В органической химии существует метод увеличения
углеродной цепи моносахаридов путем последовательного введения группы

Н–

I СI

–ОН

между карбонильной группой и соседним атомом углерода.
Введение этой группы в молекулу D- глицеринового альдегида приводит к двум диастереомерным тетрозам – D- эритрозе и D- треозе. Это
объясняется тем, что введенный в цепь моносахарида новый атом углерода
становится асимметрическим. По этой же причине каждая полученная тетроза, а
далее и пентоза при введении в их молекулу еще одного углеродного атома тоже
дают два диастереомерных сахара. Диастереомеры – это стереоизомеры,
отличающиеся конфигурацией одного или нескольких асимметрических атомов
углерода.

Так получен D- ряд сахаров из D-
глицеринового альдегида. Как видно, все члены приведенного ряда, будучи
полученными из D-
глицеринового альдегида, сохранили его асимметрический атом углерода. Это –
последний асимметрический атом углерода в цепи углеродных атомов представленных
моносахаридов.

Каждой альдозе D-ряда соответствует
стереоизомер L- ряда, молекулы которых
относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.
Такие стереоизомеры называются энантиомерами.

Следует отметить в заключение, что приведенный ряд альдогексоз не
исчерпывается четырьмя изображенными. Представленным выше образом из D- рибозы и D- ксилозы можно
получить еще две пары диастереомерных сахаров. Однако мы остановились лишь на
альдогексозах, имеющих наибольшее распространение в природе.»

Важнейшие моносахариды, примеры содержащих их продуктов

Представителями группы являются глюкоза (декстроза), галактоза, фруктоза (левулоза), манноза, фукоза, рибоза. Монозы содержатся в сиропах, шоколаде, хлебобулочных изделиях из муки грубого помола, безалкогольных сладких напитках, цельнозерновых крупах, бобовых и злаковых..

Первое из перечисленных веществ относится к наиболее распространенным. Перечень основных продуктов, богатых декстрозой, приведен в таблице ниже.

Список	Содержание элемента (г) в 0,1 кг
Мед	36
Финики сорта Меджул (Маджуль)	33,7
Курага	33,1
Виноград (зеленый, красный)	7,2
Слива, бананы	5
Вишня	4,2
Кукуруза	3,4
Смородина (белая, красная)	3,2
Яблоки, груши	2,5
Красный перец (сладкие сорта)	1,9
Свежая белокочанная капуста	1,8
Соки:	6,8
виноградный
манго	5,3
апельсиновый	2,3

Продукты животного происхождения содержат минимальное количество моносахарида глюкозы. Так, в 0,1 кг устриц выявлено 0,96 г декстрозы, в аналогичном количестве желтка куриного яйца — 0,23 единицы, молока (коровьего, 2% жирности) — 0,01 грамм.

Голодания, строгие диеты и несбалансированное питание приводят к развитию гипогликемии (дефицита рассматриваемого вещества). Следствиями патологического состояния являются расстройства памяти, нарушения клеточного обмена, сбои в работе сердца, бессонница, хроническая усталость.

Моносахарид фруктоза отличается от глюкозы более насыщенным сладким вкусом, неустойчивостью к кислым и щелочным растворам, относительно низкой скоростью всасывания. Расщепляется в печени.

Левулоза содержится в тех же растительных продуктах, что и декстроза. Лидерами по количеству элемента являются: мед (34-42%), финики и курага (32 и 12 г в 0,1 кг сухофруктов соответственно). Употребление пищи, богатой фруктозой, не приводит к резкому повышению уровня сахара в крови.

Моносахариды формула. Моносахариды

Моносахариды (монозы)  – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных групп.

Т.е. моносахариды являются альдегидоспиртами или кетоспиртами . Следовательно, углеводы являются полигидроксикарбонильными соединениями ( полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны ).

Моносахариды с альдегидной группой называются альдозами , с кетогруппой – кетозами:

Учебный фильм « Углеводы. Моносахариды»

По числу углерордных атомов в молекуле моносахариды делятся на тетрозы, пентозы, гексозы.

Альдозы и кетозы с одинаковым числом атомов углерода изомерны между собой.

В природе наиболее распространены моносахариды, в молекулах которых содержится пять углеродных атомов (пентозы) или шесть (гексозы).

Например:

возможно и такое обозначение глюкозы и фруктозы:

Из этих формул видно, что моносахариды – это полигидроксиальдегиды ( альдозы , альдегидоспирты) или полигидроксикетоны ( кетозы , кетоноспирты).

Рибоза и глюкоза – альдозы (альдопентоза и альдогексоза), фруктоза – кетоза (кетогексоза).

Глюкоза

Химические свойства глюкозы

Самые распространенные моносахариды – глюкоза и фруктоза, имеющие общую формулу (СН₂О)₆.

Модели молекул

Нумерация цепи начинается с атома углерода альдегидной группы (в случае альдоз) или с крайнего атома углерода, к которому ближе располагается кетогруппа (в случае кетоз):

Моносахариды обладают восстанавливающими свойствами из-за наличия гидроксильных групп: реакция «серебряного зеркала» (осаждение серебра из раствора соли) и реакция Фелинга (осаждение меди из растовра медного купороса).

Физические свойства 

Моносахариды представляют собой бесцветные кристаллические вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде, нерастворимые в эфире, имеющие невысокие температуры плавления. Сладость моносахаридов различна. Например, фруктоза слаще глюкозы в три раза.

Циклические формы

Для моносахаридов в их циклической форме инфикс помещается перед суффиксом «-ose», «-ulose» или « n -ulose», чтобы указать размер кольца. Инфикс — фуран для 5-атомного кольца, пиран для 6, септан для 7 и т. Д.

Замыкание кольца создает еще один хиральный центр на аномерном атоме углерода (тот, который имеет полуацетальную или ацетальную функциональность), и поэтому каждый стереоизомер с открытой цепью дает два различных стереоизомера ( аномера ). Они обозначены приставками «α-» и «β-», которые обозначают относительную конфигурацию аномерного углерода по отношению к конфигурации стереоцентра на другом конце углеродной цепи. Если конформация (R или S) идентична как для аномерного углерода, так и для наиболее удаленного стереоцентра, конфигурация является «α-». Если конформации разные, конфигурация — «β-»

Примеры

Классификация простых углеводов

В современной науке применяют разные классификации для определения типов моносахаридов.

Но для начала важно сказать, что существует две формы этих веществ:

• открытая (оксоформа);
• циклическая.

Моносахариды открытой формы – это вещества, молекула которых состоит из карбонильной и нескольких гидроксильных групп. Это значит, что они могут быть альдегидоспиртами и кетоноспиртами. Отсюда и названия групп – альдозы и кетозы.

Моносахариды циклической формы могут создавать так называемые циклы, замыкаясь в кольца. Этот вид вещества более устойчив, поэтому и в природе они представлены в большем количестве.

Кроме того, моносахариды различают по длине углеродной цепи (количеству атомов углерода). Отсюда и систематизация веществ на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и так далее.

Классификация моносахаридов по генетическому ряду D, L

Все моносахариды содержат асимметричные атомы – атомы углерода, связанные с четырьмя разными заместителями. В структурных формулах такие атомы обычно отмечают звездочкой. Наличие асимметрических атомов в веществе обуславливает пространственную изомерию, то есть разное расположение в пространстве групп –ОН и –Н относительно углеродной цепи.

Например, простейший представитель моноз глицериновый альдегид имеет один асимметрический атом углерода и может находиться в виде двух пространственных изомеров. У одного из них группа –ОН расположена справа от углеродной цепи и его навали D-глицериновый альдегид (от лат. dexter – правый). У другого группа –ОН расположена слева и его называют L-глицериновым альдегидом (от лат. leaves — левый).

Все пространственные изомеры моносахаридов также делят на D- и L. Для определения, к какому генетическому ряду относится моносахарид, его пространственное строение сравнивают со строением глицеринового альдегида. Значение имеет конфигурация последнего, считая от альдегидной группы, асимметрического атома углерода.

Если группы –ОН и –Н расположены здесь так же, как у D-глицеринового альдегида, этот моносахарид относят к D-генетическому ряду, если они расположены, как у L-глицеральдегида — то к L-ряду. Подавляющее большинство встречающихся в природе сахаридов относится к D-генетическому ряду.

Количество пространственных изомеров считают по формуле Фишера: N=2n, где n — количество асимметрических атомов углерода.

II. Реакции по гидроксильным группам

Реакции по гидроксильным группам моносахаридов
осуществляются, как правило, в полуацетальной (циклической) форме.

1.Алкилирование (образование простых эфиров).

При действии метилового спирта в присутствии
газообразного хлористого водорода атом водорода гликозидного гидроксила
замещается на метильную группу.

a, D- глюкопираноза

+ СH3ОН

HCl(газ) ––––

метил- a,D- глюкопиранозид

+ H2О

При использовании более сильных алкилирующих средств,
каковыми являются, например, йодистый метил или
диметилсульфат, подобное превращение затрагивает все гидроксильные группы
моносахарида.

СH3I –––– NaOH

пентаметил- a,D- глюкопираноза

2.Ацилирование (образование сложных эфиров).

При действии на глюкозу уксусного ангидрида образуется
сложный эфир – пентаацетилглюкоза.

––––––––

пентаацетил- a,D- глюкопираноза

3.Как и все многоатомные спирты, глюкоза с гидроксидом
меди (II) дает интенсивное
синее окрашивание (качественная реакция).