Класифікація і хімічні властивості моносахаридів

Хімічний склад моносахаридів описується загальною формулою С_n H_2n О_n , де n — числа натурального ряду.

Одна з назв моносахаридів утворюється з грецького числівника, що вказує кількість вуглецевих атомів у молекулі + закінчення – оза. В залежності від кількості вуглецевих атомів у молекулі,моносахариди поділяються на:

біози : n=2; С₂ Н₄ О₂.

тріози : n =3; С₃ Н₆ О₃.

Н–С=О Н₂С–ОН

Н–С–ОН С=О

Н₂С–ОН Н₂С–ОН

гліцериновий альдегід

диоксіацетон

тетрози : n = 4 ; С₄Н₈ О₄.

пентози : n =5; С₅Н₁₀О₅.

Н–С=О Н₂ С–ОН

Н–С–ОН С=О

Н–С–ОН Н–С–ОН

Н₂ С– ОН Н₂С–ОН

рибоза рибульоза

гексози: n = 6 ; С₆ Н₁₂ О₆.

Н–С=О Н₂С–ОН

Н–С–ОН С=О

НО–С–Н НО–С–Н

Н–С–ОН Н–С–ОН

Н–С– ОН Н–С–ОН

Н₂С–ОН Н₂С–ОН

Глюкоза фруктоза

Деякі моносахариди (глюкоза – фруктоза),(рибоза – рибульоза), маючи одна-ковий кількісний і якісний склад відрізняються будовою, а значить і властивостями.

Речовини які мають однаковий кількісний і якісний склад але різну будову властивості називаються ізомерами.

Моносахаридам характерно декілька видів ізомерії: По розміщенню карбонільної групи їх поділяють на альдози і кетози.

1. Якщо карбонільна група знаходиться біля первинного атома вуглецю, то вона трансформується у альдегідну. Відповідний моносахарид називається альдозою (гліцериновий альдегід – альдотріоза; рибоза – альдопентоза ; глюкоза – альдо-гексоза ).

2. Якщо карбонільна група знаходиться біля вторинного атома вуглецю, то вона перетворюється у кетонну, а відповідний моносахарид отримує назву кетози.

(Диоксіацетон – кетотріоза; рибульоза – кетопентоза; фруктоза – кетогексоза).

Циклічна ізомерія. Утворення циклічних форм моносахаридів пояснюють без-ліччю конформацій , яких набуває вуглецевий ланцюг моносахариду в розчині.

1. Якщо у молекулі альдози відбувається зближення 1-го і 5-го (у кетози 2-го і 6-го) атомів вуглецю, то взаємодія функціональних груп що знаходяться біля них, приводить до утворення шестичленного циклу який називається піранозним.

Глюкоза у даній циклічній формі носить назву глюкопіранози; рибоза – рибо-піранози ; фруктоза – фруктопіранози.

2. Якщо у молекули альдози відбувається зближення 1-го і 4-го (у кетози 2-го і 5-го) атомів вуглецю, то взаємодія функціональних груп, що знаходяться біля них, приводить до утворення п‘ятичленного ( фуранозного ) циклу.

Новий гідроксил, що утворюється під час циклізації (–ОН) – більш активний ніж інші спиртові гідроксили, носить назву глікозидного.

Якщо глікозидний гідроксил розміщений у просторі праворуч від С–С ланцю-га,то моносахарид називається - аномером, а якщо ліворуч – -аномером.

У першому випадку глюкоза зоображена у вигляді аномеру, а аномер зображено на прикладі фруктози у фуранозній формі.

Основні вимоги до написання перспективних (циклічних) формул моносахаридів.

1. Піранозні кільця мають вигляд правильних шестикутників, фуранозні – правильних п‘ятикутників.

2. Кисневий атом, що замикає цикл, розміщується на рисунку у верхньому правому куті для піранозних структур чи у вершині для фуранозних.

3. Атом вуглецю що сполучений з глікозидним гідроксилом розміщується праворуч від кисневого атома.

4. Групи атомів що розміщуються праворуч від С–С скелету моносахариду, записують під площиною циклу; ті що зліва – над площиною циклу.

5. Якщо останній атом вуглецю циклу зв‘язаний з яким-небудь угрупуванням атомів ,то воно записується над площиною циклу.У разі його відсутності, вільні валентності вуглецю заповнюються атомами водню.

6. Атоми вуглецю,як правило, в циклі не записують.

Наприклад: взаємодія функціональних груп 1-го і 5-го атомів вуглецю у глюкози приводить до утворення піранозного циклу.

Хімічні властивості моносахаридів визначаються властивостями карбонільної групи, глікозидного та спиртових гідроксилів.

Окислення: альдози легко окислюються різними окисниками з утворенням відпо-відних кислот:

Остання, в складі похідних, входить до складу сполучних тканин організму.

Кетози окислюються з розривом вуглецевого ланцюга молекули, утворюючи суміш кислот:

Н–С–ОН CH₂–COOH + СН–СН–СН–СООН

С=О ОН ОН ОН ОН

НО–С–Н (гліколева) (триоксімасляна)

Н–С–ОН

Н–С–ОН НООС–СООН + НООС–СН–СН–СН–СО

Н–С–ОН ОН ОН ОН

Н (щавлева) (винна)

Відновлення альдоз та кетоз приводить до утворення відповідних багатоатомних спиртів.

+Н

СН₂–СН–СН–СН–СН–СНО СН₂–СН–СН–СН–СН–СН₂

ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН

(глюкоза) (сорбіт–замінник цукру для діабетиків. При вживанні не піднімає рівень глюкози у крові)

+Н

СН₂–СН–СН–СН–СНО СН₂–СН–СН–СН–СН₂

ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН

(рибоза ) (рибітол –вихідна форма для Vit B₂

Велике значення для протікання процесів метаболізму мають складні моно – і дифосфорні ефіри глюкози, фруктози, рибози та фосфорної кислоти.

Взаємодіючи із спиртами по глікозидному гідроксилу, моносахариди утворюють прості ефір– глікозиди, які володіють біологічною активністю та входять до складу багатьох лікарських препаратів.

CH₂OH CH₂OH

H H H H

H H

OH H +CH₃OH OH H +H₂O

OH OH OH O–CH₃

H OH H OH

(метил–глюкозид

При взаємодії двох молекул моносахаридів по глікозидних та спиртових гідроксилах утворюються прості ефіри – дисахариди.

–Глюкопіраноза взаємодіючи з –фруктофуранозою утворює сахарозу:

CH₂OH CH₂OH

H H H H

H H