Вуглеводи 3

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Вуглеводи
Зміст
Введення
1. Класифікація і будова вуглеводів
2. Найважливіші моносахариди
3.Епімерізація
4. Циклічні форми моноз, мутаратація
5. Освіта глікозидів

Введення

У живій природі широко поширені речовини, багатьом з яких відповідає формула С х2 О) у. Вони являють собою, таким чином, як би гідрати вуглецю, що і зумовило їх назва - вуглеводи. До вуглеводів належить звичайний цукор - сахароза, виноградний цукор - глюкоза, фруктовий цукор - фруктоза і молочний цукор - мальтоза. Цим пояснюється ще одне їх загальноприйнята назва цукру. Рослини синтезують вуглеводи з двоокису вуглецю та води в процесі фотосинтезу. При цьому сонячна енергія перетворюється на хімічну:
ХСО 2 + уH 2 О + сонячна енергія ¾ ® З х2 О) у + ХВ 2
При окисленні вуглеводів в організмі енергія вивільняється і використовується для життєдіяльності:
С х2 О) у + ХВ 2 ¾ ® ХСО 2 + уH 2 О + енергія

1. Класифікація і будова вуглеводів
Найпростіші вуглеводи, не гидролизующиеся в більш прості, називають моносахаридами або моноз. Вуглеводи, при гідролізі яких утворюються дві молекули моносахаридів, називають дисахаридами, або біозамі. При гідролізі полісахаридів, або поліоза, утворюється велика кількість молекул моноз. Вуглеводи, що складаються з 2-10 молекул моносахаридів, часто називають олігосахариди.
Вуглеводи є поліоксіальдегідамі або поліоксікетонамі. Поліоксил-альдегіди називають альдозамі а поліоксікетони - кетозом. У залежності від числа атомів вуглецю в моноз її називають тріозой, тетрозой, пентози або гексоз.
У моносахаридам є кілька стерео центру, і тому для їх написання часто використовуються проекційні формули Фішера. Конфігурація кожного моносахарида визначається за найбільш старшому хіральними центру (найбільш віддаленого від карбонільної групи). Найпростішими тріозамі є гліцериновий альдегід носно 2 СН (ОН) СНТ та дігідроксіацетон носно 2 СОСН 2 ВІН. У гліцеринового альдегіду є один стерео центру, і тому він існує у вигляді двох енантіомерів:

(R )-(+)- гліцериновий альдегід (S )-(-)- гліцериновий альдегід
D-гліцериновий альдегід L-гліцериновий альдегід
D-Гліцериновий альдегід обертає площину поляризованого світла вправо (+), в той час як L-гліцериновий альдегід - вліво (-). Обидва ізомеру гліцеринового альдегіду використовуються як конфігураційних стандартів для всіх моносахаридів. У формулах Фішера моносахаридів D-ряду гідроксил у передостаннього атома вуглецю пишеться справа, а у L-ряду - зліва.
На початку століття, коли абсолютну конфігурацію органічних сполук встановлювати ще не вміли, користувалися іншою системою позначення конфігурації. За цією системою (+)-гліцериновий альдегід позначали D-(+)-гліцериновим альдегідом, а (-)-гліцериновий альдегід - L (-)-гліцериновим альдегідом. Обидва ізомеру гліцеринового альдегіду і зараз використовуються як конфігураційних стандартів для всіх моносахаридів. У формулах Фішера моносахаридів D-ряду гідроксил у передостаннього атома вуглецю пишеться справа, а у L-ряду - зліва.

Упр. 1. Напишіть формули Фішера альдотетроз і позначте конфігурації їх стерео центру. Які з них відносяться до D-, а які до L-ряду. Тетрози з розташуванням гідроксильних груп у формулах Фішера з одного боку називають ерітрозамі, а з різних сторін - треозамі. Підпишіть назви тетроз під їх формулами.

Відповідь: (2R, 3R) -2,3,4-трігідроксібутаналь називають D-ерітрозой.

  D-ерітроза L-ерітроза D-треоза L-треоза
2. Найважливіші моносахариди
Найбільш поширеним моносахаридів є D-глюкоза. Її формулу запам'ятати дуже легко: це альдогексоза, у формулі Фішера якої всі гідроксильні групи, за винятком однієї - другий зверху (у C-3) розташовуються праворуч.

  D-маноза D-глюкоза D-галактоза
Альдогексозу, що відрізняється від D-глюкози розташуванням перших гідроксильної групи (у C-2), називають D-манози, а третій (у C-4) - D-галактозою. D-Фруктоза відрізняється від D-глюкози тим, що вона кетозу, а не альдоза.

  D-фруктоза D-арабіноза L-арабіноза
Крім гексоз велике значення мають і пентози. D-арабіноза відрізняється від D-глюкози як би відсутністю С-1. У природі поширена L-арабіноза, що є дзеркальним зображенням D-арабінози. Вона міститься у вишневому клеї. Формулу ксилози можна вивести з формули глюкози видаленням останнього атома вуглецю. У формулі D-рибози, що входить до складу нуклеїнових кислот, все гідроксильні групи розташовуються праворуч. До складу нуклеїнових кислот входить також 2-дезокси-D-рибоза, що відрізняється від D-рибози відсутністю гідроксильної групи у другого атома вуглецю.
Упр. 2. Зобразіть проекційні формули Фішера наступних гексоз D-ряду: глюкоза, маноза, галактоза і фруктоза.

  D-ксилоза D-рибоза 2-дезокси-D-рибоза
3. Епімерізація
При дії підстав, наприклад на глюкозу, водень a-вуглецевого атома по відношенню до карбонільної групи переходить до кисню цієї групи, в результаті чого утворюється єнольна форма. При цьому зникає хіральність другий вуглецевого атома. При зворотному перетворенні повертається протон може підходити з будь-якою зі сторін площині, що буде призводити як до утворення вихідної D-глюкози, так і нового вуглеводу D-манози, тобто виникає ізомер з новим положенням гідроксильної групи. Крім того, виникає ще один вуглевод з новим розташуванням карбонільної групи. Таке перетворення називається епімерізаціей.

  D-глюкоза єнольна форма (ендіол) D-маноза


D-фруктоза
Два стереоізомер, містять декілька хіральних центрів, але різняться конфігурацією тільки одного з центрів, називають епімер. Два вуглеводу, що відрізняються різним положенням гідроксильної групи називаються епімер. Освіта рівноважної суміші трьох вуглеводів може проходити при обробці підставами будь-якого з цих трьох вуглеводів.
Упр. 3. Які моносахариди називають епімернимі? Напишіть проекційні формули моноз епімерних D-манозу.
4. Циклічні форми моноз, Мутаротація
Характерною особливістю гідроксіальдегідов і гідроксікетонов, до яких відносяться моноз, є їх схильність до утворення циклічних полуацеталей і полукеталей; особливо це відбувається, якщо утворюються цикли складаються з 5 і 6 атомів, включаючи кисень.

5-гідроксіпентаналь (відкрита форма) (циклічна форма)
Відкриті та циклічні форми вуглеводів знаходяться між собою в рівновазі, яка внаслідок тавтомерної перетворення. Такий вид таутомерії називають кільчасто-ланцюгової таутомерії.
Розмір циклу зазначено шляхом заміни родового суфікса моноз - оза на - піраноза - для шестичленних циклів і - фураноза для п'ятичленних циклів. Назви циклів походять від назв відповідних кисневмісних гетероциклів:

фуран Піран
На відміну від звичайних альдегідів альдози не реагують з бісульфіта натрію і не дають червоного забарвлення з фуксінсерной кислотою. Це пояснюється тим, що альдози існують переважно в циклічних формах.
Глюкоза зазвичай дає шестичленна полуацеталь і, отже, для цього використовується гідроксильна група, що знаходиться при С-5. При утворенні циклічної форми С-1 стає стерео центру: появляюшаяся у нього полуацетальная гідроксильна група (її називають глікозидної) може розташовуватися як зліва, так і праворуч:

aD-глюкопіраноз D-глюкоза bD-глюкопіраноз
(Формула Толленса) (формула Фішера) (формула Толленса)
Циклічні форми альдоз є полуацеталямі. Вони утворюються шляхом внутрішньомолекулярного взаємодії гідроксильної і карбонільної груп. При цій реакції утворюється новий стерео центру у С-1 атома. Циклічні форми моноз представляють собою діастереомери. Такого роду діастереомери називають аномерамі. Полуацетальний атом вуглецю називають аномерних атомом. Аномери позначають a і b-аномерамі в залежності від розташування гідроксильної групи у С-1 атома. У a-аномера Глікозидний гідроксил розташовується по той самий бік, що й у передостаннього атома вуглецю (в D-ряду праворуч), а у b-аномера - по другий (в D-ряду - ліворуч). Повна назва обох аномеров D-глюкози буде відповідно a-або bD-глюкопіраноз.
У конформаційної формулою b-аномера D-глюкопіраноз всі гідроксильні групи і група-СН 2 ВІН займають екваторіальне становище. Формула a-аномера відрізняється аксіальним розташуванням аномерних гідроксилу. Обидва аномера
D-глюкози в кристалічному стані цілком стійкі і кожен з них може бути виділений в чистому вигляді, обидва вони обертають площину поляризованого світла.
Для позначення циклічних форм в даний час в хімії вуглеводів частіше застосовують кресловідние формули, аналогічні тим, якими позначають циклогексан і його похідні.

Т.пл. 146 про З Т. пл. 150 про З
  D-глюкоза aD-глюкопіраноз bD-глюкопіраноз
[A] 20 D +112 O +19 O
36% 64%
D-(+)-Глюкоза кристалізується з води у вигляді aD-глюкопіраноз, а з піридину - у вигляді bD-глюкопіраноз. У водному розчині встановлюється рівновага, при якому є 36% aD-глюкопіраноз і 64% bD-глюкопіраноз, що дає для питомого обертання розчину усереднене значення [a] 20 D = +52,5 O.
Це явище називається Мутаротація. Кут обертання площини поляризованого світла розчину під час встановлення рівноваги між ізомерами поступово змінюється. Явище Мутаротація пояснюється тим, що при расціклізаціі зникає стерео центру у С-1 (перетворення на карбонільну групу), а подальша циклізація веде до утворення обох аномеров. Мутаротація піддаються лише цукру з вільним глікозидних гідроксилом, тобто здатні до кільчасто-ланцюгової таутомерії.
Якщо один з аномеров перевести в розчин, то кожен з них перетвориться в рівноважну суміш аномеров з питомою оптичним обертанням +52,5 про, що складається на 36% з a-аномера і на 64% з b-аномера. Концентрація відкритої форми, через яку взаімопревращается аномери, становить лише 0,024%.
Іноді циклічні форми зображують без уточнення орієнтації глікозидного гідроксилу:

D-глюкопіраноз
Оскільки D-маноза відрізняється від D-глюкози розташуванням гідроксильної групи лише у С-2, а D-галактоза - у С-4, то конформаційні формули цих моноз легко виводяться з конформаційних формул відповідних аномеров глюкози:

bD-маннопіраноза aD-галактопіраноза
Перевагу аксіального положення гідроксильної групи називається аномерних ефектом.
Упр. 4. На відміну від глюкози D-маноза на 69% складається з a-аномера і на 31% з b-аномера. Напишіть формули обох аномеров маннопіранози.
Упр.5. Гексоз, у формулі Фішера якої всі гідроксильні групи
розташовуються праворуч, називають D-Аллозия. Зобразіть відкриту і циклічну формули D-Аллозия.
Крім конформоціонних формул для циклічних форм вуглеводів часто користуються спрощеними циклічними формулами по Хейворт (Хеуорсу) (Haworth). Перехід від конформаційних формул до формул Хейворт дуже простий: цикл уплощаются, зв'язки з атомом вуглецю заступників зображують вертикально.

конформационная формула формула Хеуорса
bD-глюкопіраноз bD-глюкопіраноз
Формули Хеуорса інших альдогексоз легко виводяться з формули
bD-глюкопіраноз. Все, що у формулі Фішера пишеться справа в циклічних формулах, пишеться знизу і навпаки:

D-фруктоза bD-фруктофураноза bD-глюкопіраноз
Якщо ми хочемо перевернути циклічну формулу з виносом із площини малюнка, то слід усі заступники поміняти місцями.

bD-фруктофураноза
Упр. 6. Назвіть наступні моноз:
(А) (Б)

(В) (г) (д)
Упр. 7. Напишіть конформаційні формули aD-глюкопіраноз, bD-глюкопі-ранози, aD-фруктофуранози, bD-галактопіранози і aD-маннопіранози.
Упр. 8. Гексоз, що відрізняється від глюкози лише розташуванням альдегідної групи, називається гулозой. Напишіть формулу цієї гексози і в її назві вкажіть, до якого ряду (D або L) вона відноситься.
Упр. 9. Напишіть перспективні формули по Хеуорсу bD-глюкопіраноз, aD-глюкопіраноз, bD-фруктофуранози, aD-галактопіранози і bD-маннопіранози.
Упр.10. Яке явище називають Мутаротація? Поясніть на прикладі D-манози, враховуючи, що обидва аномера в рівноважній системі знаходяться в пиранозной формі. Як можна виявити Мутаротація?
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
26.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Вуглеводи, 4
Вуглеводи
Вуглеводи 2
Жири білки і вуглеводи
Білки вуглеводи жири і липоиди
Вуглеводи Глюкоза - представник моносахаридів
© Усі права захищені
написати до нас