§ 42. Глюкоза. Строение, свойства, распространение в природе, применение глюкозы

Из курса биологии повторите материал об образовании глюкозы и ее роли в процессе жизнедеятельности организма.

Чем объясняется особое место глюкозы в ряду прочих многочисленных углеводов?
Как связаны между собой состав крови человека, заболевание сахарный диабет и глюкоза?

Строение глюкозы

Мы уже выяснили, что глюкоза является многоатомным альдегидоспиртом и, следовательно, должна проявлять свойства альдегидов. Однако опытным путем было установлено: ее раствор не дает окрашивания с фуксинсернистой кислотой, являющейся реактивом для обнаружения альдегидов.

Проблема. Как объяснить это противоречие? (Известно, что цепочки углеродных атомов имеют зигзагообразное строение, что атомы углерода могут вращаться вокруг σ-связей, а также то, что все молекулы пребывают в постоянном движении.)

Уникальность структуры углеводов, и в первую очередь глюкозы, обусловлена наличием в их молекулах гибких цепочек углеродных атомов, соединенных с карбонильными и гидроксильными группами, способных к обратимым внутримолекулярным взаимодействиям, образованию циклов и множества изомеров (у глюкозы их 70!).

Если учесть, что карбонильная группа глюкозы может взаимодействовать с одним из собственных гидроксилов, легко представить себе, что молекулы линейного строения, существующие в альдегидной форме (ациклической), могут приобретать циклическую форму:

Установлено: если во время внутреннего вращения молекулы альдегидная группа приблизится к спиртовой группе 5-го атома углерода, происходит образование новой химической связи, которое приводит к возникновению замкнутого цикла.

Возможность такого химического взаимодействия объясняется тем, что атом кислорода карбонильной группы несет на себе частичный отрицательный заряд, а атом водорода спиртовой группы — частичный положительный заряд. В результате происходит разрыв π-связи карбонильной группы, к атому кислорода присоединяется водород, а кислород спиртовой группы замыкает шестичленный цикл с атомом углерода.

Такая перегруппировка атомов приводит к образованию прочного цикла.

В результате в растворе глюкозы подавляющее большинство молекул имеет циклическое строение. Ациклическая (альдегидная) форма характерна для очень незначительной части молекул (рис. 63).

Поскольку гидроксильные группы взаимно отталкиваются, они располагаются не по одну, а по обе стороны плоскости кольца. Следовательно, над и под его плоскостью происходит чередование протонов и ОН-групп (такое строение оказывается наиболее энергетически выгодным).

Образовавшаяся в результате замыкания цикла новая гидроксильная группа у первого атома углерода (он обозначен звездочкой) может занимать в пространстве два положения — над или под плоскостью кольца. Она делает этот атом асимметрическим и называется полуацеталъной гидроксильной группой. Именно поэтому возможно существование двух циклических форм: α-формы и β-формы глюкозы:

Продолжение >>>