Строение. Молекула дисахарида состоит из двух молекул моносахаридов, соединенных гликозидной связью. В зависимости от того, какие атомы углерода участвуют в образовании гликозидной связи, молекула дисахарида может или не может содержать свободную карбонильную группу.
Дисахариды можно разделить на две группы: невосстанавливающие и восстанавливающие. Невосстанавливающие сахара не имеют ОН-группы ни при одном аномерном центре, восстанавливающие – имеют свободную ОН-группу при аномерном центре.
Невосстанавливающие сахара называют гликозил-гликозидами; восстанавливающие – гликозил-гликозами.
Мальтоза – восстанавливающий дисахарид, образующийся при ферментативном гидролизе крахмала. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединенных гликозидной связью по положениям 1,4.
Целлобиоза, или 4-(β-глюкозидо) – глюкоза построена также, как и мальтоза, но представляет собой β-гликозид.
Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы, соединенных 1,2-гликозидной связью. У сахарозы полуацетальные гидроксильные группы обеих молекул моносахаридов участвуют в образовании гликозидной связи, вследствие чего сахароза является невосстанавливающим сахаром.
Химические свойства дисахаридов:
1) способность гидролизоваться: под действием кислоты или соответствующего фермента разрывается гликозидная связь и образуются два моносахарида;
2) окисляются ионами меди, серебра, ртути, образуют озазоны и вступают во все реакции, характерные для соединений, содержащих свободные карбонильные группы;
3) дисахариды могут быть окислены до диоксида углерода и воды. Под действием ферментов дрожжей сахароза и мальтоза дают этанол, а лактоза не изменяется.
Характерные особенности крахмала:
1) относится к полисахаридам;
2) молекулярная масса этого вещества точно не установлена, но она очень велика (порядка 100 000) и для разных образцов может быть различна;
3) формулу крахмала, как и других полисахаридов, можно записать в виде (С6H10O5)n;
4) для каждого полисахарида n имеет различные значения;
5) представляет собой безвкусный белый порошок, не растворимый в холодной воде.
Способы получения крахмала:
1) крахмал широко распространен в природе;
2) он является для различных растений запасным питательным материалом и содержится в них в виде крахмальных зерен;
3) наиболее богаты крахмалом зерно злаков: риса (до 86 %), пшеницы (до 75 %), кукурузы (до 72 %), а также клубни картофеля (до 24 %);
4) крахмал является одним из продуктов фотосинтеза;
5) из растений извлекается крахмал путем разрушения его клеток и отмывания его водой;
6) в промышленном масштабе крахмал получается из клубней картофеля (в виде картофельной муки).
При действии фермента или при нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором) крахмал, как и все сложные углеводы, подвергается гидролизу.
Особенности гидролиза:
1) при гидролизе сначала образуется растворимый крахмал, далее сложные вещества – декстрины, мальтоза;
2) конечным продуктом гидролиза является глюкоза;
3) суммарное уравнение можно записать следующим образом:
(С6H10O5)n + nН2О → nС6Н12O6;
4) гидролиз крахмала – это его важное химическое свойство;
5) крахмал не дает реакции «серебряного зеркала», но ее дают продукты его гидролиза.
Особенности процесса образования крахмала:
а) соединение молекул глюкозы происходит с участием наиболее реакционноспособных гидроксильных групп, а исчезновение последних исключает возможность образования альдегидных групп, и они в молекуле крахмала отсутствуют;
б) раствор йода окрашивает крахмал в синий цвет;
в) при нагревании окраска синего цвета исчезает, при охлаждении вновь появляется;
г) раствор йода используется для обнаружения крахмала, а раствор крахмала (клейстер) – для обнаружения йода.
Применение крахмала:
1) крахмал является основным углеводом пищи человека – хлеба, круп, картофеля;
2) в значительных количествах крахмал перерабатывается на декстрины, патоку и глюкозу, которые используются в кондитерском производстве;
3) из крахмала, который содержится в картофеле и зерне злаков, получается этиловый спирт.
64. Рибоза и дезоксирибоза
Известны углеводы с пятью углеродными атомами в молекуле – это пентозы.
Особенности рибозы и дезоксирибозы.
1. Рибоза С5H10O5 и дезоксирибоза С5H10O4 – кристаллические вещества сладкого вкуса, растворимые в воде.
2. Состав дезоксирибозы не отвечает формуле Сn(Н2О)m, считавшейся общей формулой всех углеводов.
3. Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием в молекуле одной гидроксильной группы (оксигруппы), которая заменена атомом водорода. Отсюда и произошло название вещества (дезоксирибоза).
Структурные формулы:
СН2-СН-СН-СН-С-Н=О (рибоза).
4. Они точно указывают, при каком именно атоме углерода дезоксирибозы нет гидроксильной группы.
5. Подобно глюкозе молекулы пентоз существуют не только в альдегидной, но и в циклической форме.
Замыкание кольца в них можно представить аналогичным образом.
Отличие будет лишь в том, что карбонильная группа взаимодействует с гидроксилом не пятого, а четвертого атома углерода, и в результате перегруппировки атомов образуется не шестичленный, а пятичленный цикл.
Как и в случае глюкозы, пентозы известны в двух циклических формах (α и β); в водном растворе они находятся в подвижном равновесии с альдегидной формой.
Фруктоза как изомер глюкозы.
Известен ряд углеводов, состав которых отвечает формуле С6Н12O6.
Все они являются изомерами и как вещества, содержащие шесть атомов углерода в молекуле, называются гексозами.
Распространенный их представитель – фруктоза. По стоению фруктоза является кетоспиртом.
Свекловичный или тростниковый сахар: получается из сахарной свеклы или сахарного тростника; содержится также в соке березы, клена и некоторых фруктах, меде.
Химические свойства рибозы и дезоксирибозы.
1. При окислении по альдегидной группе они образуют соответствующие кислоты.
2. При восстановлении пентозы превращаются в многоатомные спирты.
3. Рибоза и дезоксирибоза имеют большое биологическое значение.
4. Они входят в состав нуклеиновых кислот, которые осуществляют в клетках организмов синтез белков и передачу наследственных признаков.
65. Сахароза, ее физические и химические свойства
Физические свойства и нахождение в природе.
1. Она представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, хорошо растворима в воде.
2. Температура плавления сахарозы 160 °C.
3. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса – карамель.
4. Содержится во многих растениях: в соке березы, клена, в моркови, дыне, а также в сахарной свекле и сахарном тростнике.
Строение и химические свойства.
1. Молекулярная формула сахарозы – С12Н22О11.
2. Сахароза имеет более сложное строение, чем глюкоза.
3. Наличие гидроксильных групп в молекуле сахарозы легко подтверждается реакцией с гидроксидами металлов.
Если раствор сахарозы прилить к гидроксиду меди (II), образуется ярко-синий раствор сахарата меди.
4. Альдегидной группы в сахарозе нет: при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра (I) она не дает «серебряного зеркала», при нагревании с гидроксидом меди (II) не образует красного оксида меди (I).
5. Сахароза, в отличие от глюкозы, не является альдегидом.
6. Сахароза является важнейшим из дисахаридов.
7. Она получается из сахарной свеклы (в ней содержится до 28 % сахарозы от сухого вещества) или из сахарного тростника.
Реакция сахарозы с водой.
Если прокипятить раствор сахарозы с несколькими каплями соляной или серной кислоты и нейтрализовать кислоту щелочью, а после этого нагреть раствор с гидроксидом меди (II), выпадает красный осадок.
При кипячении раствора сахарозы появляются молекулы с альдегидными группами, которые и восстанавливают гидроксид меди (II) до оксида меди (I). Эта реакция показывает, что сахароза при каталитическом действии кислоты подвергается гидролизу, в результате чего образуются глюкоза и фруктоза:
С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6.
6. Молекула сахарозы состоит из соединенных друг с другом остатков глюкозы и фруктозы.
Из числа изомеров сахарозы, имеющих молекулярную формулу С12Н22О11, можно выделить мальтозу и лактозу.
Особенности мальтозы:
1) мальтоза получается из крахмала под действием солода;
