Углеводы

Химические свойства моносахаридов Горение. Углеводы сгорают с образованием углекислого газа и воды. Уравнение реакции сгорания глюкозы идентично суммарному уравнению, которое описывает её разрушение в процессе дыхания живых организмов: $$ C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \longrightarrow 6CO_2 + 6H_2O $$ Взаимодействие с $Cu(OH)_{2}$. Подобно многоатомным спиртам, моносахариды растворяют гидроксид меди(II) c образованием комплексного соединения синего цвета. Окисление альдоз. Для окисления углеводов можно использовать целый ряд окислителей, каждый из которых оказывает специфическое действие на моносахарид. окисление -СHO группы : при окислении альдоз мягкими окислителями альдегидная группа превращается в карбоксильную группу; образующиеся монокарбоновые кислоты называются альдоновыми кислотами . Реактив Толленса ($[Ag(NH_{3})_{2}]OH$) окисляет глюкозу до аммониевой соли глюконовой кислоты, на стенках колбы при этом образуется налёт металлического серебра (реакция серебряного зеркала): При окислении глюкозы свежеосаждённым $Cu(OH)_{2}$ при нагревании образуется непосредственно глюконовая кислота, а появление кирпично-красной окраски оксида меди(I) однозначно свидетельствует о наличии в структуре моносахарида легко окисляемой альдегидной группы. Бромная вода приводит к тому же продукту окисления. Эта реакция протекает гладко и не сопровождается образованием продуктов изомеризации. окисление -CHO и $CH_{2}OH$ групп : при окислении моносахаридов разбавленной азотной кислотой получают дикарбоновые – альдаровые кислоты : Восстановление. При взаимодействии с восстановителями альдозы и кетозы превращаются в многоатомные спирты – глициты . В частности, при действии натрийборгидрида или водорода на катализаторе на D-глюкозу образуется D-глюцит или сорбит. Глициты используются как сахарозаменители и назначаются больным сахарным диабетом вместо сахарозы. Алкилирование. Можно проводить прицельное и исчерпывающее алкилирование моносахаридов. гликозилирование: если пропускать газообразный HCl через раствор D-глюкозы в спирте, протекает процесс гликозилирования с образованием аномерных алкилацеталей: В общем случае циклические ацетали углеводов называются O-гликозидами . В качестве спирта может выступать другая молекула углевода. O-гликозиды устойчивы в нейтральной и в щелочной среде, но гидролизуются с образованием исходного моносахарида при подкислении. алкилирование OH-группы при С-6: алкилирование стерически доступной OH-группы при шестом атоме углерода возможно с помощью массивных алкилирующих агентов таких, как тритилхлорид $TrCl$: Тритильная алкильная группа используется в качестве защитной и легко удаляется в кислой среде. исчерпывающее алкилирование: алкилирование более сильными алкилирующими агентами, например, диметисульфатом или метилиодидом, протекает менее избирательно и затрагивает все доступные ОН-группы: Ацилирование. При ацилировании моносахаридов образуются продукты полноценного O-ацилирования. В качестве ацилирующих агентов используются галогенангидриды или ангидриды карбоновых кислот. Образование фенилозазонов. В результате взаимодействия альдоз с избытком фенилгидразина при нагревании образуются продукты с двумя фенилгидразоновыми фрагментами в молекуле – фенилозазоны . Благодаря хорошей кристаллизации и чёткой температуре плавления, озазоны ранее использовались для идентификации углеводов. Наращивание цепи по Килиани-Фишеру. Удлинение молекулы моносахарида возможно по следующему принципу. Путём нуклеофильного присоединения HCN к карбонильной группе альдозы получают смесь изомерных циангидринов. Её разделяют и дальнейшие превращения проводят с индивидуальными диастереомерами. Циангидрины гидролизуют и тем самым получают лактоны. Восстановление лактонов приводит к моносахаридам с длиной цепочки на один атом углерода больше, чем в исходной молекуле: Брожения. Молекулы углеводов могут расщепляться под действием различных микроорганизмов. Этот процесс называют брожением. Основные типы брожения: спиртовое брожение: $$ C_6H_{12}O_6 \longrightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow $$ молочнокислое брожение: $$ \begin{array}{c} C_6H_{12}O_6 \longrightarrow 2CH_3--CH(OH)--COOH \\[0.5em] молочная кислота \end{array} $$ маслянокислое брожение: $$ \begin{array}{c} C_6H_{12}O_6 \longrightarrow CH_3CH_2CH_2COOH + 2CO_2\uparrow + 2H_2\uparrow \\[0.5em] масляная кислота \end{array} $$ Обезвоживание по действием серной кислоты. Углеводы дегидратируются под действием концентрированной серной кислоты с образованием углерода и воды. Это свойство характерно не только для моносахаридов. Если палочкой, смоченной серной кислотой провести по бумаге, то останется жжёный след. Дисахариды Углеводные остатки могут объединяться между собой, образуя олиго- и полисахариды. Взаимодействие двух моносахаридов представляет собой процесс гликозилирования, а образуемая связь называется гликозидной. В зависимости от конфигурации аномерного гидроксила выделяют $\alpha$- и $\beta$-гликозидные связи. Самые популярные представители дисахаридов: мальтоза, целлобиоз...